自動(dòng)控制原理試驗(yàn)指導(dǎo)書.docx

1、自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書湖北文理學(xué)院物理與電子工程學(xué)院自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)室前言自動(dòng)控制原理是自動(dòng)化、自動(dòng)控制、電子電氣技術(shù)等專業(yè)教學(xué)中的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。本套 EL-AT-III型自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用DA/AD卡通過 USB口和計(jì)算機(jī)連接實(shí)現(xiàn)信號(hào)源信號(hào)的輸出和系統(tǒng)響應(yīng)信號(hào)的采集，采集后的信號(hào)通過計(jì)算機(jī)顯示屏顯示，省去了外接信號(hào)源和示波器測(cè)量相應(yīng)信號(hào)的麻煩。通過這套儀器可使學(xué)生進(jìn)一步了解和掌握自動(dòng)控制理論的基本概念、控制系統(tǒng)的分析方法和設(shè)計(jì)方法，學(xué)習(xí)和掌握系統(tǒng)模擬電路的構(gòu)成和測(cè)試技術(shù)。通過對(duì)單元電路的靈活組合， 可構(gòu)造出各種型式和階次的模擬環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)?？梢允箤W(xué)生把主要精力集中在系統(tǒng)電路和系統(tǒng)

2、特性的研究上。目錄EL-AT-III.3EL-AT-III.6.9.9.14.18.2 1.2 7PID.3 2. .35.3 8.4 1.4 5. 47 AD/DA . . . . . .64第一章EL-AT-III型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介EL-AT-III型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、AD/DA采集卡、 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)箱、打印機(jī) （可選） 組成如圖1，其中計(jì)算機(jī)根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)分別起信號(hào)產(chǎn)生、測(cè)量、顯示、系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理的作用，打印機(jī)主要記錄各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，實(shí)驗(yàn)箱主要構(gòu)造被控模擬對(duì)象。顯示器打印機(jī)計(jì)算機(jī)AD/DA卡實(shí)驗(yàn)箱電路圖 1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成實(shí)驗(yàn)箱面板如圖2：圖 1 實(shí)驗(yàn)箱面板下面主要介紹實(shí)驗(yàn)箱的

3、構(gòu)成：一、 系統(tǒng)電源EL-AT-III系統(tǒng)采用本公司生產(chǎn)的高性能開關(guān)電源作為系統(tǒng)的工作電源，其主要技術(shù)性能指標(biāo)為：1 輸入電壓： AC 220V2 輸出電壓 /電流： 12V/0.5A,-12V/0.5A,+5V/2A3 輸出功率： 22W4 工作環(huán)境：5 40。二、AD/DA采集卡AD/DA采集卡如圖為 SPI 總線轉(zhuǎn)換， AD 為轉(zhuǎn)換速率為1K 。 AD/DA3 采用 EZUSB2131 芯片做為主控芯片，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和USB 通信，用EPM7128 作TL1570I 其采樣位數(shù)為10 位，采樣率為1KHz 。DA 為 MAX5159 轉(zhuǎn)換位數(shù)為10 位，采集卡有兩路輸出（DA1 、DA2

4、 ）和兩路輸入（ AD1 、AD2 ），其輸入和輸出電壓均為 5V+5V 。圖 2AD/DA 采集卡三、 實(shí)驗(yàn)箱面板實(shí)驗(yàn)箱面板布局如圖4AD/DA 卡電源模塊實(shí)驗(yàn)?zāi)K 1實(shí)驗(yàn)?zāi)K 2輸入輸出模塊模擬開關(guān)二極管區(qū)EL-CAT-II電阻、電容、二極管區(qū)實(shí)驗(yàn)?zāi)K 3實(shí)驗(yàn)?zāi)K 4變阻箱、變?nèi)菹淠K實(shí)驗(yàn)?zāi)K5實(shí)驗(yàn)?zāi)K8實(shí)驗(yàn)?zāi)K6實(shí)驗(yàn)?zāi)K7圖 3 實(shí)驗(yàn)箱面板布局實(shí)驗(yàn)箱面板主要由以下幾部分構(gòu)成：1 實(shí)驗(yàn)?zāi)K本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有八組由放大器、電阻、電容組成的實(shí)驗(yàn)?zāi)K。每個(gè)模塊中都有一個(gè)由 UA741 構(gòu)成的放大器和若干個(gè)電阻、電容。這樣通過對(duì)這八個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的靈活組合便可構(gòu)造出各種型式和階次的模擬環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)。2 二

5、極管，電阻、電容、二極管區(qū)這些區(qū)域主要提供實(shí)驗(yàn)所需的二極管、電阻和電容。3 AD/DA卡輸入輸出模塊該區(qū)域是引出 AD/DA 卡的輸入輸出端，一共引出兩路輸出端和兩路輸入端，分別是 DA1 、DA2 ， AD1 、AD2 。有一個(gè)按鈕復(fù)位，按下一次對(duì) AD/DA 卡進(jìn)行一次復(fù)位。 20 針的插座用來和控制對(duì)象連接。4 電源模塊電源模塊有一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱電源開關(guān)，有四個(gè)開關(guān)電源提供的DC 電源端子， 分別是 12V 、-12V 、+5V 、GND ，這些端子給外擴(kuò)模塊提供電源。5 變阻箱、變?nèi)菹淠K變阻箱、變?nèi)菹涫潜緦?shí)驗(yàn)系統(tǒng)的一個(gè)突出特點(diǎn)，只要按動(dòng)數(shù)字旁邊的“”、“”按鈕便可調(diào)節(jié)電阻電容的值，而且電阻

6、電容值可以直接讀出。第二章EL-AT-III型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用說明1軟件啟動(dòng)在 Windows 桌面上或“開始程序”中雙擊“快捷方式 到 Cybernation_A.exe ”快捷方式，便可啟動(dòng)軟件如圖 152實(shí)驗(yàn)前計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的連接用實(shí)驗(yàn)箱自帶的USB線將實(shí)驗(yàn)箱后面的USB口與計(jì)算機(jī)的USB口連接，啟動(dòng)“ Cybernation_A ”軟件。3 軟件使用說明本套軟件界面共分為三個(gè)組畫面A.軟件說明和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書畫面（如圖15）B.數(shù)據(jù)采集顯示畫面（如圖16）圖 4圖 5下面介紹軟件具體操作和功能：一：工具欄按鈕：1. 點(diǎn)擊或按 F1可以選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為當(dāng)前實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，系統(tǒng)在指導(dǎo)書窗口顯示相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)

7、指導(dǎo)書，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中處于禁止?fàn)顟B(tài)。2. 點(diǎn)擊或按 F2切換回 指導(dǎo)書 窗口。3. 點(diǎn)擊或按 F3切換到 示波器 窗口。4. 點(diǎn)擊或按 F4切換到 頻率特性 窗口。5. 點(diǎn)擊或按 F5開始放棄當(dāng)前實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在沒有選擇任何實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的時(shí)候?yàn)榻範(fàn)顟B(tài)。6. 點(diǎn)擊或按 F6彈出 關(guān)于 對(duì)話框，顯示程序信息、版本號(hào)和版權(quán)信息。二：1. 測(cè)量示波器操作：在 示波器 窗口單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出菜單中選擇 測(cè)量 打開測(cè)量游標(biāo)（重復(fù)前述步驟隱藏測(cè)量游標(biāo)），拖動(dòng)任一游標(biāo)到感興趣的位置，圖表區(qū)下方會(huì)顯示當(dāng)前游標(biāo)的位置和與同類的另一游標(biāo)之間距離的絕對(duì)值。如果想精確定位游標(biāo)只需用鼠標(biāo)左鍵單擊相應(yīng)的游標(biāo)位置欄并在編輯框中

8、輸入合法值回車即可。2. 快照 在 示波器 窗口單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出菜單中選擇 快照 將當(dāng)前圖像復(fù)制到剪貼板，以便粘貼到畫圖或其他圖像編輯軟件中編輯和保存。3. 打印 目前尚不支持。4.線型在 示波器 窗口單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出菜單中可點(diǎn)擊直線 、折線 或點(diǎn)線 來選擇數(shù)據(jù)點(diǎn)和數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的連接方式，體會(huì)各種連接方式的差異。5.配色用鼠標(biāo)左鍵雙擊圖表區(qū)除曲線之外的元素會(huì)彈出標(biāo)準(zhǔn)顏色對(duì)話框，用戶可以更改相應(yīng)元素的顏色（比如將網(wǎng)格顏色改成與背景相同顏色）。6.縮放用鼠標(biāo)左鍵單擊圖表區(qū)刻度區(qū)的邊界刻度并在編輯框中輸入和法值回車即可改變當(dāng)前顯示范圍。第三章實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.

9、 掌握控制模擬實(shí)驗(yàn)的基本原理和一般方法。2. 掌握控制系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)的測(cè)量方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器1 EL-AT-III型自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2 計(jì)算機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理1模擬實(shí)驗(yàn)的基本原理：控制系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)采用復(fù)合網(wǎng)絡(luò)法來模擬各種典型環(huán)節(jié)，即利用運(yùn)算放大器不同的輸入網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)模擬各種典型環(huán)節(jié)，然后按照給定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來，便得到了相應(yīng)的模擬系統(tǒng)。再將輸入信號(hào)加到模擬系統(tǒng)的輸入端，并利用計(jì)算機(jī)等測(cè)量?jī)x器，測(cè)量系統(tǒng)的輸出，便可得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)。若改變系統(tǒng)的參數(shù)，還可進(jìn)一步分析研究參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。2 時(shí)域性能指標(biāo)的測(cè)量方法：超調(diào)量 %：1) 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌

10、面雙擊圖標(biāo) 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。2)檢查 USB線是否連接好，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目下拉框中選中任實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊按鈕，出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框設(shè)置好參數(shù)按確定按鈕，此時(shí)如無警告對(duì)話框出現(xiàn)表示通信正常，如出現(xiàn)警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3)連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U(xiǎn)1 接 A/D、 D/A 卡的 DA1輸出，電路的輸出 U2接 A/D、D/A 卡的 AD1輸入。檢查無誤后接通電源。4)在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)一 典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng) 。5)鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)

11、果。6) 用軟件上的游標(biāo)測(cè)量響應(yīng)曲線上的最大值和穩(wěn)態(tài)值，代入下式算出超調(diào)量：YmaxY%100%YTP與 T ：S利用軟件的游標(biāo)測(cè)量水平方向上從零到達(dá)最大值與從零到達(dá)95%穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間值， 便可得到 TP 與 TS。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容構(gòu)成下述典型一階系統(tǒng)的模擬電路，并測(cè)量其階躍響應(yīng)：1.比例環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)如圖1-1 。G（ S）=R2/R12. 慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)如圖1-2 。G（ S） =K/TS+1K=R2/R1， T=R2C3.積分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)如圖1-3 。G（ S） =1/TST=RC4.微分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)如圖1-4 。G（ S） =RCS5

12、. 比例 +微分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)如圖1-5 （未標(biāo)明的C=0.01uf ）。G（ S） =K（ TS+1）K=R2/R1， T=R2C6. 比例 +積分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)如圖1-6 。G（ S） =K（ 1+1/TS ）K=R2/R1， T=R2C五、實(shí)驗(yàn)步驟1. 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。2. 測(cè)試計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的通信是否正常 , 通信正常繼續(xù)。 如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。比例環(huán)節(jié)3.連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路( 圖 1-1) 。電路的輸入 U1 接 A/D、D/A 卡的 DA1輸出，電路的輸出 U2接 A/D、 D/A

13、 卡的 AD1輸入。檢查無誤后接通電源。4.在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)一 一、典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng) 。5.鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果6. 觀測(cè)計(jì)算機(jī)屏幕顯示出的響應(yīng)曲線及數(shù)據(jù)。7. 記錄波形及數(shù)據(jù)（由實(shí)驗(yàn)報(bào)告確定） 。慣性環(huán)節(jié)8. 連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路( 圖 1-2) 。電路的輸入U(xiǎn)1 接 A/D、D/A 卡的 DA1輸出，電路的輸出U2接 A/D、 D/A 卡的 AD1輸入。檢查無誤后接通電源。9. 實(shí)驗(yàn)步驟同 4 7積分環(huán)節(jié)10. 連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路( 圖 1-3) 。電路的

14、輸入U(xiǎn)1 接 A/D、 D/A 卡的 DA1 輸出，電路的輸出U2 接 A/D、D/A 卡的 AD1輸入，將積分電容兩端連在模擬開關(guān)上。檢查無誤后接通電源。11. 實(shí)驗(yàn)步驟同 4 7微分環(huán)節(jié)12. 連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路( 圖 1-4) 。電路的輸入 U1 接 A/D、 D/A 卡的 DA1 輸出，電路的輸出U2 接 A/D、D/A 卡的 AD1輸入。檢查無誤后接通電源。13. 實(shí)驗(yàn)步驟同 4 7比例 +積分環(huán)節(jié)14. 連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路( 圖 1-6) 。電路的輸入U(xiǎn)1 接 A/D、 D/A 卡的 DA1 輸出，電路的輸出U2 接 A/D、D/A 卡的 AD1輸入，將積分電容

15、連在模擬開關(guān)上。檢查無誤后接通電源。15. 實(shí)驗(yàn)步驟同 4 716. 測(cè)量系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，并記入上表。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 由階躍響應(yīng)曲線計(jì)算出慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，并與由電路計(jì)算的結(jié)果相比較。2. 將實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的曲線、數(shù)據(jù)及理論計(jì)算值，整理列表。七、預(yù)習(xí)要求1閱讀實(shí)驗(yàn)原理部分，掌握時(shí)域性能指標(biāo)的測(cè)量方法。2分析典型一階系統(tǒng)的模擬電路和基本原理。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試表(學(xué)生填寫 )TS（秒）參數(shù)階躍響應(yīng)曲線理論值實(shí)測(cè)值比例環(huán)節(jié)R1=R2=慣性環(huán)節(jié)100K積分環(huán)節(jié)C=1uf微分環(huán)節(jié)K=1比例 +微分環(huán)節(jié)T=0.1S比例 +積分環(huán)節(jié)比例環(huán)節(jié)R1=100K慣性環(huán)節(jié)R2=200K積分環(huán)節(jié)C=1uf微分

16、環(huán)節(jié)K=2比例 +微分環(huán)節(jié)T=1S比例 +積分環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)二二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究二階系統(tǒng)的特征參數(shù)，阻尼比和無阻尼自然頻率n 對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。定量分析和n 與最大超調(diào)量Mp和調(diào)節(jié)時(shí)間t S 之間的關(guān)系。2 進(jìn)一步學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的使用方法3 學(xué)會(huì)根據(jù)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線確定傳遞函數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)儀器1 EL-AT-III 型自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2計(jì)算機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理1模擬實(shí)驗(yàn)的基本原理：控制系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)采用復(fù)合網(wǎng)絡(luò)法來模擬各種典型環(huán)節(jié)，即利用運(yùn)算放大器不同的輸入網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)模擬各種典型環(huán)節(jié)，然后按照給定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來，便得到了相應(yīng)的模擬系統(tǒng)。再將輸入信號(hào)加到模擬系

17、統(tǒng)的輸入端，并利用計(jì)算機(jī)等測(cè)量?jī)x器，測(cè)量系統(tǒng)的輸出，便可得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)。若改變系統(tǒng)的參數(shù)，還可進(jìn)一步分析研究參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。2. 域性能指標(biāo)的測(cè)量方法：超調(diào)量 %：1）啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。2)檢查 USB線是否連接好，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目下拉框中選中實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊按鈕，出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框設(shè)置好參數(shù)，按確定按鈕，此時(shí)如無警告對(duì)話框出現(xiàn)表示通信正常，如出現(xiàn)警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3)連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U(xiǎn)1 接 A/D、 D/A 卡的 DA1輸出，電路的輸出 U2 接 A/D、 D/A 卡的 AD

18、1輸入，將兩個(gè)積分電容連在模擬開關(guān)上。檢查無誤后接通電源。4)在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)二 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng) 。5)鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果6) 利用軟件上的游標(biāo)測(cè)量響應(yīng)曲線上的最大值和穩(wěn)態(tài)值，代入下式算出超調(diào)量：YMAX- Y %=100%YTP與TP：利用軟件的游標(biāo)測(cè)量水平方向上從零到達(dá)最大值與從零到達(dá)95%穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間值，便可得到TP與 TP。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容典型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為2n（S） =2 2ns 2（ 1）sn其中和n 對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)有決定的影響。構(gòu)成圖 2-1 典型二階

19、系統(tǒng)的模擬電路，并測(cè)量其階躍響應(yīng)：圖 2-1二階系統(tǒng)模擬電路圖電路的結(jié)構(gòu)圖如圖2-2 ：圖 2-2二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為（ 2）式中T=RC ， K=R2/R1。比較（ 1）、（ 2）二式，可得n=1/T=1/RC=K/2=R2/2R1（ 3）由（ 3）式可知，改變比值R2/R1，可以改變二階系統(tǒng)的阻尼比。改變RC值可以改變無阻尼自然頻率n。今取 R1=200K，R2=100K 和 200K ，可得實(shí)驗(yàn)所需的阻尼比。電阻 R取 100K，電容 C分別取 1 f 和 0.1f,可得兩個(gè)無阻尼自然頻率n。五、實(shí)驗(yàn)步驟1. 連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U(xiǎn)1 接 A/D、 D/A

20、 卡的 DA1輸出，電路的輸出U2 接 A/D、D/A 卡的 AD1輸入，將兩個(gè)積分電容得兩端連在模擬開關(guān)上。檢查無誤后接通電源。2. 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。3. 測(cè)查 USB線是否連接好，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目下拉框中選中任實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊按鈕，出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框設(shè)置好參數(shù)按確定按鈕，此時(shí)如無警告對(duì)話框出現(xiàn)表示通信正常，如出現(xiàn)警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4. 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)二 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng),鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果5. 取 n=1

21、0rad/s, 即令 R=100K ，C=1f ；分別取 =0.5 、1、2，即取 R1=100K，R2分別等于100K 、200K 、400K 。輸入階躍信號(hào)，測(cè)量不同的時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，并由顯示的波形記錄最大超調(diào)量Mp和調(diào)節(jié)時(shí)間 Ts 的數(shù)值和響應(yīng)動(dòng)態(tài)曲線，并與理論值比較。6. 取 =0.5 。即電阻 R2 取 R1=R2=100K ； n=100rad/s, 即取 R=100K ，改變電路中的電容C=0.1 f( 注意：二個(gè)電容值同時(shí)改變 ) 。輸入階躍信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并由顯示的波形記錄最大超調(diào)量p 和調(diào)節(jié)時(shí)間 Tn。7. 取 R=100K ；改變電路中的電容 C=1 f,R1=1

22、00K, 調(diào)節(jié)電阻 R2=50K 。輸入階躍信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，記錄響應(yīng)曲線，特別要記錄Tp 和 p 的數(shù)值。8. 測(cè)量二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)并記入表中：實(shí)驗(yàn)結(jié)果%tp（ ms）ts（ ms）階躍響應(yīng)曲線參數(shù)R1 =100KR2 =0K =0R1 =100KR2 =50KR =100K =0.25C =1 fR1 =100K n=10rad/sR2 =100K =0.5 =1R2 =100KR1=100K =0.5C1=C 2=0.1 fR1 =50K n=100rad/sR2 =200K =1六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 畫出二階系統(tǒng)的模擬電路圖，討論典型二階系統(tǒng)性能指標(biāo)與，n 的關(guān)系。2. 把不同 和

23、n 條件下測(cè)量的Mp和 ts 值列表，根據(jù)測(cè)量結(jié)果得出相應(yīng)結(jié)論。3. 畫出系統(tǒng)響應(yīng)曲線，再由 ts 和 Mp計(jì)算出傳遞函數(shù)，并與由模擬電路計(jì)算的傳遞函數(shù)相比較。七、預(yù)習(xí)要求1. 閱讀實(shí)驗(yàn)原理部分，掌握時(shí)域性能指標(biāo)的測(cè)量方法。2. 按實(shí)驗(yàn)中二階系統(tǒng)的給定參數(shù)，計(jì)算出不同、n 下的性能指標(biāo)的理論值。實(shí)驗(yàn)三控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 觀察系統(tǒng)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。2研究系統(tǒng)開環(huán)增益和時(shí)間常數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的影響。二、實(shí)驗(yàn)儀器1EL-AT-III型自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2計(jì)算機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容系統(tǒng)模擬電路圖如圖3-1圖 3-1系統(tǒng)模擬電路圖其開環(huán)傳遞函數(shù)為:G（ s） =10K/s(0.1s+1)(Ts+1

24、)式中K1=R3/R2 ， R2=100K ， R3=0 500K； T=RC，R=100K ， C=1 f 或 C=0.1 f 兩種情況。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U(xiǎn)1接 A/D、D/A 卡的 DA1輸出，電路的輸出U2 接 A/D、D/A 卡的 AD1輸入，將純積分電容兩端連在模擬開關(guān)上。檢查無誤后接通電源。2. 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。3. 檢查 USB線是否連接好，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目下拉框中選中任實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊按鈕，出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框設(shè)置好參數(shù)按確定按鈕，此時(shí)如無警告對(duì)話框出現(xiàn)表示通信正常，如出現(xiàn)警告表示通信不正常，找出原因使通信正常

25、后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4. 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)三 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析,鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置目的電壓U1=1000mV鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。5. 取 R3的值為 50K ， 100K ， 200K ，此時(shí)相應(yīng)的 K=10， K1=5， 10， 20。觀察不同 R3 值時(shí)顯示區(qū)內(nèi)的輸出波形 ( 既 U2的波形 ) ，找到系統(tǒng)輸出產(chǎn)生增幅振蕩時(shí)相應(yīng)的R3及 K 值。再把電阻R3 由大至小變化，即 R3=200k ，100k ， 50k ，觀察不同 R3 值時(shí)顯示區(qū)內(nèi)的輸出波形 , 找出系統(tǒng)輸出產(chǎn)生等幅振蕩變化的 R3及 K

26、 值，并觀察 U2 的輸出波形。6. 在步驟 5 條件下，使系統(tǒng)工作在不穩(wěn)定狀態(tài)，即工作在等幅振蕩情況。改變電路中的電容C 由 1 f 變成 0.1 f ，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟 4 觀察系統(tǒng)穩(wěn)定性的變化。7. 將實(shí)驗(yàn)結(jié)果添入下表中：參數(shù)系統(tǒng)響應(yīng)曲線R3=50KK=5R3=100KC=1ufK=10R3=200KK=20R3=50KK=5R3=100KC=0.1ufK=10R3=200KK=20五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 畫出步驟 5 的模擬電路圖。2 畫出系統(tǒng)增幅或減幅振蕩的波形圖。3 計(jì)算系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)，并與步驟 5 中測(cè)得的臨界放大系數(shù)相比較。六、預(yù)習(xí)要求1 分析實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電路，掌握其工作原理。2 理論計(jì)算系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩、增幅振蕩、減幅振蕩的條件。實(shí)驗(yàn)四系統(tǒng)頻率特性測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 加深了解系統(tǒng)及元件頻率特性的物理概念。2 掌握系統(tǒng)及元件頻率特性的測(cè)量方法。3 掌握利用“李沙育圖形法”測(cè)量系統(tǒng)頻率特性的方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器1.EL-AT-III型自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2. 計(jì)算機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理頻率特性的測(cè)量方法：1. 將正弦信號(hào)發(fā)生器、被測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集卡按圖4-1