自动控制原理课程实验指导书 （修改4）2011.doc

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1、自动控制原理实验指导书（第3版）郑普亮嵇启春郑普亮陈登峰编写西安建筑科技大学信控学院信息技术实验中心2011年9月目录1课程简介、实验项目及学时安排11.1课程简介11.2实验项目及学时安排12实验仪器仪表设备简介22.1自动控制原理实验箱22.2其它实验设备23自动控制原理课程实验33.1实验1自动控制系统典型环节的模拟33.2实验2二阶系统的模拟及动态分析,以及高阶系统的稳定性分析83.3实验3元部件及系统频率特性的测试13123.4实验4自动控制系统的校正20183.5实验5典型非线性环节及非线性系统模拟、非线性系统分析22201课程简介、实验项目及学时安排1.1

2、课程简介《自动控制原理》是控制类专业一门重要的专业基础课，属于技术学科。它研究的主要对象是自动控制系统；研究的中心问题是自动控制的共同规律；其基本内容是数学模型、系统分析和系统设计，它是自动化技术的基础理论。它具有很强的理论性、系统性和抽象性，而且有很强的应用背景。它与其它学科如数学、物理、电路、电子学、电力电子学、电机及拖动、计算机等联系非常紧密。它既是一门技术学科，更重要的是具有普适性的方法论。学生仅进行理论学习有一定的难度，开设实验课使学生对自动控制和系统具有感性的认知，加深对控制原理的理解；通过实验初步掌握自动控制系统的构成和一般调试的方法和基本技能，培养学生运

3、用理论进行系统分析、系统设计的思想方法和解决问题的能力，强化理论联系实际，促进和巩固课程理论的学习。1.2实验项目及学时安排自动控制原理实验课是以认识和熟悉自动控制系统的构成和模拟验证所学理论为基础，在此基础上开展自行设计系统、确定实验方案和实验线路，进行自主实验，学习系统分析和系统设计的思维方法，培养研究系统的能力。所以安排了验证性、设计性和综合性不同属性的实验项目。序号实验项目学时实验性质验证综合设计1自动控制系统典型环节的模拟2√2二阶系统的模拟及动态分析,以及高阶系统的稳定性分析2√3自动控制系统频率特性的测试2√4自动控制系统的设计与校正2√5典型非线性环节的

4、模拟及系统的分析2√注：实验项目根据实验教学安排选取。2实验仪器仪表设备简介2.1自动控制原理实验箱自控/计控原理实验机由以下七个模块组成：1.自动控制原理实验模块2.计算机控制原理实验模块3.信号源模块4.控制对象模块5.虚拟示波器模块6.控制对象输入显示模块7.CPU控制模块各模块相互交联关系框图如图2.1所示：信号源自动控制原理实验模块计算机控制原理实验模块虚拟示波器控制对象模块控制对象输出显示模块CPU控制模块上位机RS232接口图2.1各模块相互交联关系框图2.2其它实验设备微型计算机AspireT135、数字万用表。3自动控制原理课程实验3.1实验1自动控制

5、系统典型环节的模拟一、实验目的1.熟悉典序号不对！型环节的数学模型与元部件物理性质的关系；2.了解典型环节的模拟方法；3.深入理解各典型环节阶跃响应的特点，掌握各典型环节的静动态特性。二、实验原理、内容及步骤自动控制系统是由许多元部件有机组合构成的，但具有相同数学模型（如传递函数）的元部件称为环节，而具有代表性的环节称为典型环节。因此实际的自动控制系统就是由许多典型环节组成的。用直流运算放大器引入深度负反馈组成的单元模拟典型环节，研究其阶跃响应，对深刻理解各典型环节的物理属性和特性本质及其在系统中所起的作用是至关重要的。典型环节的方块图及传递函数如表3.1.1所示。表3

6、.1.1典型环节的方块图及传递函数典型环节方框图传递函数比例（P）惯性环节（T）积分（I）比例微分（PD）延迟环节振荡环节比例积分（PI）比例微分（PD）惯性环节（T）比例积分微分（PID）另外，比例积分（PI）和比例积分微分（PID）也是自控系统中的常用的典型环节，其方框图和传递函数如表3.1.2所示。表3.1.2其它常用典型环节比例积分（PI）比例积分微分（PID）实验内容：1.在实验箱上模拟各种典型环节；2.观测各典型环节的阶跃响应及其特征；3.改变环节的参数，观测阶跃响应的变化。实验步骤：1.将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT），作为系统的信号

7、输入（Ui）；该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。将“SST”跳针用短路套短接，并调节信号周期和幅度满足实验要求。2.按照图3.1.1和—图3.1.6，安置短路套、联线，构造各典型环节的模拟电路。图3.1.1典型比例环节电路图图3.1.2典型惯性环节电路图图3.1.3典型比例微分环节电路图图3.1.4典型积分环节电路图图3.1.5典型比例积分环节电路图图3.1.6典型比例积分微分环节电路图1.观测各典型环节的阶跃响应：将环节输入端（Ui）与函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT）相连，环节的输出端（Uo）接至示波器，示波器