ACT-I自控理论实验实验指导书

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1、自动控制原理实验指导书张翼成编茂名学院自动化系2007年8月概述1实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究14实验二典型系统动态性能和稳定性分析21实验三典型环节（或系统）的频率特性测量25实验四线性系统串联校正29实验五典型非线性环节的静态特性35实验六非线性系统和平面法42实验七非线性系统描述函数法48实验八极点配置全状态反馈控制53实验九采样控制系统动态性能和稳定分析的混合仿真研究59实验十采样控制系统串联校止的混合仿真研究64一、实验系统功能特点1.系统可以按教学需要组合，满足“自动控制原理”课程初级与高级实验的需要。只配备AC

2、T-I实验箱，则实验时另需配备示波器，且只能完成部分基本实验。要完成与软件仿真、混合仿真有关的实验，则必须配备上位机（包含相应软件）及并口通讯线。2.ACT-1实验箱内含有实验必要的电源、信号发生器以及非线性与高阶电模拟单元，可根据教学实验需要进行灵活纽合，构成各种典型坏节或系统。此外，ACT-I实验箱内还可含有数据处理单元，用丁•数据釆集、输出以及和上位机的通讯。3.配备PC微机作操作台时，将高效率支持“自动控制原理”的教学实验。系统提供界血友好、功能丰富的上位机软件。PC微机在实验中，除了满足软件仿真需要外，乂可成为测试所需的虚拟

3、示波器、测试信号发生器以及具有很强柔性的数字控制器。4.系统的硬件、软件设计，充分考虑了开放型、研究型实验的需要。除了指导书所提供的10个实验外，还可自行设计实验。5.增加选件（如MCL13或MCL14）后，对构成综合性很强的以感应电机或直流方波无刷电机为具体控制対象的研究型高级实验系统。二、系统构成实验系统山上位PC微机（含实验系统上位机软件）、ACT-I实验箱、并行通讯线等纟I［成。ACT-I实验箱内装有以ADpC812芯片（含数据处理系统软件）为核心构成的数据处理卡，通过并口与PC微机连接。1.实验箱ACT-I简介ACT-I控制

4、理论实验箱主要由电源部分U1单元、信号源部分U2单元、MPC机进行通讯的数据处理U3单元、元器件单元U4、非线性单元U5〜U7以及模拟电路单元U8〜U16等共16个单元组成，详见附图。（1）电源单元U1包括电源开关、保险丝、+5V、一5V、+15V、一15V、OV以及1.3V〜15V4调电压的输出，它们提供了实验箱所需的所有工作电源。（2）信号源单元U2口J以产生频率与幅值可调的周期方波信号、周期斜坡信号、周期抛物线信号以及止弦信号，并提供与周期阶跃、斜坡、抛物线信号相配合的周期锁零信号。该单元面板上配置的拨键S1和S2用于周期阶跃、

5、斜坡、抛物线信号的频率段选择，可有以下4种状态：①S1和S2均下拨——输出信号周期的调节范围为2〜60ms；②S1上拨、S2下拨一一输出信号周期的调节范围为0.2〜6s；③S1下拨、S2上拨一一输出信号周期的调节范围为20〜600ms；④S1和S2均上拨——输出信号周期的调节范围为0.16〜7s；另有电位器RP1用于以上频率微调。电位器RP2、RP3和RP4依次分别用于周期阶跃、斜坡与抛物线信号的幅值调节。在上述S1和S2的4种状态下，阶跃信号的幅值调节范围均为0〜14V；除第三种状态外，其余3种状态的斜坡信号和抛物线信号的幅值调节范

6、围均为0〜15V；在第三种状态时，斜坡信号的幅值调节范围为0〜10V,抛物线信号的幅值调节范围为0〜2.5V。信号单元面板上的拨键S3川于正弦信号的频率段的选择：当S3上拨时输出频率范围为140Hz〜14KHz；当S3下拨时输出频率范围为2〜160Hzo电位器RP5和RP6分别川于正弦信号的频率微调和幅值调节，其幅值调节范围为0-14V。（3）数据处理单元U3内含以AD^C812为核心组成的数据处理卡（含软件），通过并行口与上位PC进行通讯。内部包禽6路A/D采集输入通道（II〜16）和两路D/A输出通道（01和02）,以及与该两路D

7、/A输出通道同步的运算放大器锁零用信号（G1和G2）。•上位机一起使用时，可同时使用其中两个输入和两个输出通道。结合上位机及其软件，用以实现虚拟示波器、测试信号发牛器以及数字控制器功能。（4）元器件单元U4单元提供了实验所需的电容、电阻与电位器，另提供插接电路供放置自己选定大小的元器件。（5）非线性环节单元U5、U6和U7U5,U6,U7分别用于构成不同的典型非线性环节。单元U5川通过拨键S4选择具有死区特性或间隙特性的非线性环节模拟电路。单元U6为具有继电特性的非线性环节模拟电路。单元U7为具有饱和特性的非线性环节模拟电路。（6）模

8、拟电路单元U8〜U16U8〜U16为山运算放大器与电阻，电容等器件纽成的模拟电路单元。其中U8为倒和电路，实验时通常川作反号器。U9〜U16的每个单元内，都有丿IJ场效应管组成的锁零电路和运放调零电位器。1.系统上位机软