自动控制实验指导书22（精品）

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1、自动控制原理实验指导书东南大学自动化学院自动控制原理实验室2012.8第一章实验系统概述3第二章硬件的组成及使用4第三章THBDC-1软件的使用说明7第一节THBDC-1界面介绍7第二节THBDC-1软件的使用说明10第四章自动控制原理实验13实验一典型环节的电路模拟13实验二二阶系统的I瞬态响应18实验三闭环屯压控制系统研究21实验四系统频率特性的测试23实验五Matlab/Simulink仿真实验25实验六串联校正研究26实验七非线性系统的相平面分析法28实验八采样控制系统的分析33实验九控制系统极点的任意配置36实验十状态观测器设计

2、39实验十一控制系统大型设计实验43第一章实验系统概述“THBDCJ改进型控制理论•计算机控制技术实验平台”是天煌公司结合教学和实践的需要，根据东南人学白动控制原理实验室提出的要求，而进行精心设计的实验系统。适用于高校的自动控制原理、计算机控制技术等课程的实验教学。该实验平台貝-有实验功能全、资源丰富、使用灵活、接线可靠、操作快捷、维护简单等优点。实验台的硬件部分主要由肓流稳压电源、低频信号发生器、阶跃信号发生器、低频频率计、交/直流数字电压表、模拟运算放大器、数据采集接口单元、步进电机单元、轴流电机单元、温度控制单元、力矩电机系统、通用

3、单元电路、电位器组等单元组成。上位机软件则集中了虚拟示波器、信号发生器、VBScript脚木编程器、实验仿真等多种功能于-•体。其中虚拟示波器可显示各种波形，有X・T、X・Y、Bode图三种显示方式，并具有图形和数据存储、打印的功能，而VBScript脚本编程器提供了一个开放的编程环境，用八可在上面编写各种算法及控制程序，由于使用了研华公司开发的PCI-1711转接卡，可以十分方便的利用Matlab/Simulink软件对被控对象进行实时控制。实验台通过电路单元模拟控制工程中的各种典型环节和控制系统，并対控制系统进行模拟仿真研究，使学生通

4、过实验对控制理论及计算机控制算法有更深一步的理解，并提高分析与综合系统的能力。同时通过对木实验装置屮轴流电机、步进电机、炉温系统、力矩电机系统四个实际被控对象的控制，使学生熟悉各种算法在实际控制系统中的应用。在实验设计上，控制理论既有连续部分的实验，又冇离散部分实验；既有-经典理论实验，又有现代控制理论实验；而计算机控制系统除了常规的实验外，还增加了当前工业上应用广泛、效果卓著的模糊控制、神经元控制、二次型最优控制等实验。第二章硬件的组成及使用一、直流稳压电源肓流稳压电源主要用于给实验平台提供电源。有土5V/0.5A.±15V/0.5A及

5、+24V/1.0A五路,每路均有短路保护自恢复功能。它们的开关分别山相关的钮子开关控制，并由相应发光二极管指示。其中+24V主用于温度控制单元和直流电机单元。实验前，启动实验平台左侧的空气开关和实验台上的电源总开关。并根据需要将±5V、±15V、+24V钮子开关拔到“开”的位置。实验时，通过2号连接导线将直流电压接到需要的位置。二、低频函数信号发生器及锁零按钮低频函数信号发牛•器山单片集成函数信号发牛器专用芯片及外围电路组合而成，主要输岀有正弦信号、三角波信号、方波信号、斜坡信号和抛物线信号。输出频率分为Tl、T2、T3、T4四档。其屮正

6、弦信号的频率范围分别为0.1Hz〜3.3Hz、2.5Hz〜86.4Hz、49.8Hz〜1.7KHz、700Hz〜lOKHz三档，Vp_p值为16V。使用时先将信号发生器单元的钮了开关拔到“开”的位置，并根据需要选择合适的波形及频率的档位，然后调节“频率调节”和“幅度调节”微调电位器，以得到所需要的频率和幅值,并通过2号连接导线将其接到需要的位置。另外本单元还有一个锁零按钮，用于实验前运放单元中电容器的放电。当按下按钮时，通用单元屮的场效应管处于短路状态，电容器放电，让电容器两端的初始电压为0V；当按钮复位时，单元中的场效应管处于开路状态，

7、此时可以开始实验。三、阶跃信号发生器阶跃信号发生器主要提供实验时的阶跃给定信号，其输出电压范围为・5〜+5V,正负档连续可调。使用时根据需要可选择正输出或负输出，具体通过“阶跃信号发牛•器”单元的拔动开关來实现。当按下自锁按钮时，单元的输出端输出一个可调（选择正输岀时，调RP1电位器；选择负输出时，调RP2电位器）的阶跃信号（当输出电压为IV时，即为单位阶跃信号），实验开始；当按钮复位时，单元的输出端输出电压为0V。注：单元的输出电压可通过实验台上的直流数字电压表来进行测量。四、低频频率计低频频率计是由单片机89C2051和六位共阴极LE

8、D数码管设计而成的，具何输入阻抗大和灵敏度高的优点。其测频范围为：0.1Hz〜lO.OKHz。低频频率计主要用来测最函数信号发生器或外来周期信号的频率。使用时先将低频频率计的电源钮子开关拔到“