控制工程基础实验指导书.doc

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1、实验教学指导书张永胜洪荣晶编机械与动力工程学院2012年2月目录概述…………………………………………………………………………2第一章实验系统构成及说明……………………………………………………4第二章控制工程基础实验项目……………………………………………………12实验一典型环节的模拟研究……………………………………………12实验二实验系统瞬态响应和稳定性……………………………………20实验三系统校正………………………………………………26实验四控制系统的频率特性………………………………………29实验五典型非线性环节……………

2、…………………………31实验六非线性系统一……………………………………………37实验七非线性系统二……………………………………………43实验八状态反馈……………………………………………………47概述“控制工程基础”是自动化、自动控制、电气技术、精密仪器等专业教学中的一门重要专业基础课程。为满足教学需要，我实验室采用性能优越的DVCC-ZK2自动控制教学实验系统。该产品采用模块化结构，可灵活构造出各种形式和阶次的模拟环节和控制系统，具有二次开能力。系统配置的连PC机软件具有许多独到的功能：同时支持汇语言和C语言的调试和运行；

3、本实验系统还配置了功能强大的虚拟示波器，它可以取代常规的交直流数字仪表。主要功能模块：1、核心控制部件：微处理器8088。2、运算放大器共六个单元，可以自由组合成多级放大电路。每个单元由运算放大器、输入回路6组电阻或电容，反馈回路7组电阻或电容组成。3、低频信号发生器（斜波、阶跃、抛物线），信号宽度2MS～6S可调，幅值可调。4、正弦波、方波发生器，频率范围0.2HZ～400HZ，幅值可调。5、阶跃信号发生器：0V到+5V的跳跃，-5V到+5V的跳跃。和其它单元组合使用，可以产生0~5V可调的阶跃信号，－5V～+5V可调的

4、阶跃信号。6、基准电压±5V。7、采样/保持及单稳态电路。8、非线形单元。9、8位一路D/A数模转换器，输出模拟电压0～+5V、-5V～+5V。10、8路8位A/D模数转换器，其中6路0～+5V，2路-5V～+5V。11、模拟电压产生单元，0～+5V连续可调，－5V～+5V连续可调。12、步进电机控制与驱动单元电路。13、直流电机测速、调速单元。14、温度测量、控制单元，测温范围0～200℃，电加热器用电热杯。15、虚拟示波器单元：提供2路模拟信号输入，输入信号可以衰减5倍、10倍，也可以不衰减。可以测量各种图形信号，包括

5、各种响应曲线，幅频特性、相频特性曲线和李沙育图形等等。软件特点：1、软件支持WIN9X/2000/XP2、调试软件部分：·彩色关键字编辑源文件。·支持两种语言汇编语言ASM和C语言，便于移植各种基于C语言的自控算法。·编译连接（错误显示定位）下载一步完成，方便操作。·计算机控制综合实验用虚拟示波器观察实验结果，直观清晰，参数调整方便。并且提供C语言源程序。3、虚拟示波器部分：·真正的高速双通道存储虚拟示波器，可切换为单通道提高采样率。·带有实时X-Y示波器：自动同步显示功能。·存储功能：存储/栽入/分析历史波型。·输入模拟

6、电压信号幅值由软件调整，勿需硬件开关切换。·带有幅频/相频特性专用虚拟示波器。可以保存波型文件，图片文件，方便插入在教学课件中。第一章实验系统构成及说明第一节系统介绍1．系统构成DVCC-ZK2自动控制原理实验系统由实验区、CPU系统控制器、机电实验小平台和虚拟示波器构成，见图1-1-1所示。实验系统通过RS232接口与上位机（PC机）实现信息数据的交互。机电平台实验区CPU系统控制器稳压电源图1-1-1系统构成2．DVCC-ZK2实验区DVCC-ZK2实验区包含了实验有关的各种信号源、信号采集和转换电路、运算模拟电路等，

7、其具体功能和使用将在第二节中详细说明。实验区由模块A~Q组成，如表1-1-1所示：表1-1-1实验区组成运算放大器一~六单元A~F绕线变阻器单元JD/A数模转换器P基准电压H信号发生器UA/D模数转换器Q采样/保持电器N阶跃电压信号G非线形单元K正弦波发生器T步进电机单元O直流电机调速单元L温度测控单元M模拟电压产生单元I3．机电小平台机电平台包含电子音响电路、步进电机、直流电机及测速机构、温度测量/控制模块，后两者可以作为被控对象，构成闭环控制系统。（1）步进电机步进电机模块的目的是演示步进电机的步距角和自锁等基本概念和

8、不同驱动方式的实现和现象。使用四相步进电机，驱动部分由实验板上模块O单元提供。（2）直流电机及测速机构直流电机及测速机构（模块）包括直流电机和光电测速机构。直流电机驱动由实验区上模块L单元提供,简易的光电测速机构由光电耦合元件和光栅盘构成，与实验区之间通过4芯电缆线将DMOT插座对应相连接。其原理如下图