自动及智能控制实验指导书

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1、自动控制原理与智能控制实验指导书第1篇自动控制原理模拟实验1实验一控制系统典型环节的模拟1实验二一阶系统的时域响应及参数测定5实验三二阶系统的瞬态响应分析7实验四三阶系统的瞬态响应及稳定性分析9实验五PID控制器的动态特性11实验六控制系统的动态校正13实验七典型环节频率特性的测试17实验八线性系统频率特性的测试21第2篇自动控制原理MATLAB仿真实验24实验一典型环节的MATLAB仿真24实验二线性系统时域响应分析28实验三线性系统的根轨迹34实验四线性系统的频域分析39实验五线性系统串联校正43实验六数字PID控制49第3篇智能控制一模糊控制53实验一认识

2、实验53实验二模糊逻辑工具箱的应用55实验三模糊PD控制器设计57实验四模糊PID控制器设计59第4篇智能控制二神经网络63实验一BP神经网络设计63实验二基于BP神经网络自整定PID控制65第1篇自动控制原理模拟实验实验一控制系统典型环节的模拟一、实验目的(1)熟悉超低频扫描示波器的使用方法。(2)掌握用运放组成控制系统典型环节的模拟电路。(3)测量典型环节的阶跃响应

3、11

4、线。(4)通过实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响。二、实验所需挂件及附件序号型号备注1DJKO1电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等儿个模块。2DJK15控制理论实验或D

5、JK16控制理论实验3双踪慢扫描示波器或数字示波器4万用表三、实验线路及原理以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图1-1-UoZ2G(s)=-^(1)图1-1运放的反馈连接所示。图屮Z1和Z2为复数阻抗，它们都是由R、C构成。基于图中A点的电位为虚地，略去流入运放的电流，则由图1T得：rti上式M求得，rti下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单•位阶跃响应。(1)比例环节比例环节的模拟电路如图1-2所示：g(s)=—=^7=2Zi410K—IR2=820KUo接示波器-Uo2—()——图1-2比例环节(2)惯性环

6、节惯性环节的模拟电路如图1-3所示。取参考值R1=1OOK,R2=100K,C=luFoR丄Cs(2)C(,)二Z2二忌+1/CS•邛21二KZjR}RR2Cs+Ts+接示波器+图1-3惯性环节⑶积分环节沖牛竽吩1Ts(3)(1)比例微分环节(PD)比例微分环节的接线图如图及阶跃响应如图1-5所示。G(v)Z2Z?RiRJCs/?i+l/Cv—(/?iCs+r)R=K(7>+1)(4)参考值R1=2OOK,R2=410K,C二0.IuF其中k=r2/r[9td=r{coG(沪牛=—(1+^—)RRiCs=K(1+(1)比例积分环节比例积分环节的接线图单

7、位阶跃响应如图1-6所示。Ri+MCs(RzCs+)Ri1==1(5)RRiCsRRCs其中K=Ri/R,Ti=RiCo参考值RfIOOK,R尸200K,C二0.luF。(2)振荡环节振荡环节的原理框图、接线图及单位阶跃响应波形分别如图1-7.1-8所示。图1-8为振荡环节的模拟线路图，它是由惯性环节，积分环节和一个反号器组成。根据它们的传递函数,可以画出图1-7所示的方框图，图中K=R2/Rl9Tl=RlCl9T2=R3C2O由图1-7可求得系统的开环传递函数为其中K=KJT,则U心)KUi(s)~Ts2+s+Ks2+s/Ti+K/TiK!T®=

8、”+2如+©212现严亓‘“21X2曲欲使图1-8为振荡环节，须调整参数K和71,使0<^<1,呈欠阻尼状态。即环节的单位阶跃响应呈振荡衰减形式。四、实验内容⑴分别画出比例、惯性、积分、微分和振荡环节的模拟电路图。(2)按下列各典型环节的传递函数，调节相应的模拟电路的参数，观察并记录其单位阶跃响应波①比例环节②积分环节③比例微分环节④惯性环节⑤比例积分环节(PT)Gi(S)=l和G2(S)=2Gi(S)=l/S和G2⑸=1/(0.5S)Gi(S)=2+S和G2(S)=1+2SGi(S)=1/(S+1)和G2(S)二1/(0.5S+1)⑥震荡环节G(S)=1+1/

9、S和G(S)=2(1+1/2S)五、思考题(1)用运放模拟典型环节时，其传递函数是在哪两个假设条件下近似导出的？(2)积分环节和惯性环节主耍差别是什么？在什么条件下，惯性环节可以近似地视为积分环节?在什么条件下，乂可以视为比例环节？(3)如何根据阶跃响应的波形，确定积分环节和惯性环节的时问常数？六、实验报告(D画岀六种典型坏节的实验电路图，并注明相应的参数。(2)画出各典型环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响。(3)写出实验的心得与体会。七、注意事项(1)输入的单位阶跃信号取口实验箱中的函数信号发牛器。(2)电子电路中的电阻取千欧，电容为微法。实验

10、二一阶系统的时域响应及参