自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書資料

1、自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書邢陽陽馬冬梅王勇等重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院、夕 4刖 百XMN-2型自動(dòng)控制原理學(xué)習(xí)機(jī)是在 XMN-1型模擬計(jì)算機(jī)(自動(dòng)控制學(xué)習(xí) 機(jī))的基礎(chǔ)上的改型機(jī)。原 XMN-1型機(jī)能完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 XMN-2型機(jī)均可以 完成。改進(jìn)的內(nèi)容如下：(1)將電容C的容量縮小十倍，挑選精度提高。將電阻 R的阻值增大十 倍，挑選的精度提高。這樣在 RC常數(shù)不變的情況下精度有所提高。(2)將運(yùn)算放大器由通用型 LM741改為OP07 (低失調(diào)電壓型)，使得 其電性能得到進(jìn)一步的提高。例如：Vos減少100倍，Ios減少200倍。(詳 見本書中OP07電性能參數(shù))(3)增加了與CAE-98型計(jì)算機(jī)輔助

2、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的接口。(4)將運(yùn)放的調(diào)零電位器改為帶有鎖緊裝置電位器。(5)面板上的標(biāo)記使操作更為方便。實(shí)驗(yàn)一典型線性環(huán)節(jié)的模擬 1.實(shí)驗(yàn)二二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)4.實(shí)驗(yàn)三線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究 7.實(shí)驗(yàn)四二階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)9.附錄一1.2附錄二1.314實(shí)驗(yàn)典型線性環(huán)節(jié)的模擬、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .學(xué)習(xí)典型線性環(huán)節(jié)的模擬方法。2 .研究阻、容參數(shù)對(duì)典型線性環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1 . XMN-2 型機(jī).2 .示波器或CAE98（見前言）。3 .萬用表。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容RfEi方塊圖模擬電路圖Rf圖中：KP LR分別求取 Ri=1M , Rf=510K(Kp=0.5); Ri=1M , Rf=1M(Kp=1

3、); Ri=510K, Rf=1M(K p=2)時(shí)的階躍響應(yīng)。2.積分環(huán)節(jié)：耳(S)f三f匕方塊圖圖中：XR©分別求取 Ri=1M , Cf=1p(T=1 秒);Cf=10N (T=10.0秒)時(shí)的階躍響應(yīng)曲線。3.比例積分環(huán)節(jié)：CfRi=1M , Cf=4.7 p （T4.7 秒）；Ri=1M ,方框圖模擬電路圖Kp =詈；工=Rf ,Cf圖中： R1分別求取 Ri=Rf=1M, Cf=4.7 n(K=1, Ti=4.7 秒)；Ri=Rf=1M, Cf=10p(K=1, Ti=10 秒)；Ri=2M, Rf=1M, Cf=4.7 (K=0.5,=4.7 秒)時(shí)的階躍響應(yīng)曲線。4.一

4、階慣性環(huán)節(jié)：方塊圖Rf模擬電路圖Rf T n 入T = Rf Cf圖中： -分別求取(Ri=Rf=1M , C=1 p (K=1, T=1 秒)；Ri=Rf=1M , C=4.7 (Kp=1 T=4.7 秒)；Ri=510K, Rf=1M, C=4.7p(K=2 T=4.7 秒)時(shí)的階躍響應(yīng)曲線。四、思考題：1 .設(shè)計(jì)一個(gè)能滿足ei+e2+e3=e。運(yùn)算關(guān)系的實(shí)用加法器。2 . 一階慣性環(huán)節(jié)在什么條件下可視為積分環(huán)節(jié)；在什么條件下可視為比例環(huán)節(jié)？3實(shí)驗(yàn)二二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .學(xué)習(xí)二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的實(shí)驗(yàn)測試方法。2 .研究二階系統(tǒng)的兩個(gè)重要參數(shù) 面對(duì)階躍瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的影響、實(shí)驗(yàn)設(shè)

5、備1 . XMN-2 型機(jī)。2 .示波器或CAE98(見前言)3 .萬用表。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容典型二階系統(tǒng)方塊圖會(huì)F lLS)式s + 2的產(chǎn)其閉環(huán)傳遞函數(shù)：Y_式X(S) - S2 +2風(fēng)5 + 玳s =無阻尼自然頻率C 陽尼比8tl =1T時(shí)間常數(shù)T模擬電路圖運(yùn)算放大器運(yùn)算功能:(oplh-5分| -.T = RC: TS 7(op2)枳分3p9>反相(一 I)；R(op6)反相比例一K,K =-I R；1 . 調(diào)整 Rf=40K,使 K=0.4( ( =0.2)取 R=1M, C=0.47 從使 T=0.47 秒(con=1/0.47),加入單位階躍擾動(dòng) X(t)=1(t)V ,記錄響應(yīng)

6、曲線 Y(t),記作。2 .保持(=0.壞變、階躍擾動(dòng) X(t)=1(t)V 不變，取 R=1M, C=1.47內(nèi)使T=1.47 秒(w n =1/1.47)記錄響應(yīng)曲線 Y(t),記作。3 .保持(=0.%變、階躍擾動(dòng) X(t)=1(t)V 不變，取 R=1M, C=1.0內(nèi) 使T=1.0 秒(w n =1/1.0)記錄響應(yīng)曲線 Y(t),記作。4 .保持 w n =1/1.0不變，階躍擾動(dòng) X(t)=1(t)V 不變，調(diào)整 Rf=80K,使K=0.8 (1=0.4)記錄響應(yīng)曲線Y(t),記作。5 .保持 co n =1/1.0不變，階躍擾動(dòng)X(t)=1(t)V 不變，調(diào)整 Rf=200K,

7、使K=2.0( (=1.0)記錄響應(yīng)曲線 Y(t),記作。以上內(nèi)容用表格表小為:><020.41010,471I1L47分別標(biāo)出各條曲線的 Mp(tp)、ts,將曲線、進(jìn)行對(duì)比；、進(jìn)行 對(duì)比；將中的Mp(tp)、ts與理論值進(jìn)行比較。二、 思考題丫一 1 .推導(dǎo)模擬電路的閉環(huán)傳遞函數(shù) X(S) 確定 函、(和R, C, Rf ,Ri的關(guān)系。2 .若模擬實(shí)驗(yàn)中Y的穩(wěn)態(tài)值不等于階躍輸入函數(shù) X(t)的幅度，其主要原因可能是什么？實(shí)驗(yàn)三線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.研究線性系統(tǒng)的開環(huán)比例系數(shù) K對(duì)穩(wěn)定性的影響。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1 . XMN-2 型機(jī)。2 .示波器或CAE983 .萬用表。三

8、、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三階系統(tǒng)方塊圖三階系統(tǒng)模擬電路圖圖中:1M100K + WrK = KrKrK3TIM * Cn： TIM * Cc：1 .求取給定三階系統(tǒng)的臨界開環(huán)比例系數(shù)Kji;給定三階系統(tǒng)如上圖所示，其中：Cfi=Cf2=Cf3=0.47 仙；Ri3=1Mo臨界開環(huán)比例系數(shù) Kj的求取方法：(1)先將電位器 Wr置于最大(470K)。(2)加入X=0.5V的階躍擾動(dòng)。(3)調(diào)整 Wr使系統(tǒng)輸出y呈等幅振蕩，記錄此輸出 y 。(t=5秒/cm； y=0.5V/cm)。(4)保持 Wr不變，斷開反饋線，維持 X=0.5V的擾動(dòng)，測取系統(tǒng)輸出電壓 Uy 。UyK _ _則： 二2 .系統(tǒng)的開環(huán)比例系

9、數(shù) K對(duì)穩(wěn)定性的影響。對(duì)于前面給定的三階系統(tǒng)(1)適當(dāng)調(diào)整 WR,觀察K增大；K減小時(shí)的系統(tǒng)響應(yīng)曲線。(2)記錄當(dāng)K = 1/2* Kji時(shí)的系統(tǒng)響應(yīng)曲線。(t=5秒/cm； y=100mV/cm)(3)記錄當(dāng)K = 5/4* Kji時(shí)的系統(tǒng)響應(yīng)曲線。(t=5秒/cm； y=0.5V/cm)四、思考題1.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)開環(huán)比列系數(shù) K影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的規(guī)律。5實(shí)驗(yàn)四二階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .學(xué)習(xí)頻率特性的實(shí)驗(yàn)測試方法；2 .掌握根據(jù)頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制Bode圖的方法；3 .根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果所繪制的 Bode圖，分析二階系統(tǒng)的主要?jiǎng)討B(tài)特性（Mp, ts）.、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1 . XMN-2 型機(jī)

10、2 .示波器。3 .函數(shù)信號(hào)發(fā)生器4 .萬用表。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容典型二階系統(tǒng)方塊圖。 無阻尼自然頻率(s + 2g)i工阻尼比其閉環(huán)頻率響應(yīng)為:% = (rad *其中：模擬電路圖YM運(yùn)算放大器運(yùn)算功能：opl一積分($.T = RC)；op2一積分K.T = RC)；op9反相(1);(R 呼6反相比例K.K =|；【R1/1 1 % = - =.T RC產(chǎn) K 1 RfI = - = x 2 2 R1 .選定 R, C, Rf 值，使 3 = 1 , 1 =0.22 .用信號(hào)發(fā)生器的正弦波作為系統(tǒng)的輸入信號(hào)，即x(t尸XSin卬t穩(wěn)態(tài)時(shí)其響 應(yīng)為y(t尸YSin(t+W )3 .改變輸入信號(hào)的頻

11、率，使角頻率 分別等于(或接近等于)，0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 2.0, 3.0rad/s,穩(wěn)態(tài)時(shí)，由雙筆記錄儀同時(shí)分別記 錄正弦輸入x(t)=XSin cot和正弦輸出響應(yīng) y(t)=YSin(t+4記錄曲線序號(hào)依次 記作，；4 .按下述表格整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：紀(jì)錄曲線序 號(hào)后闡卬（rad/。A（3）L(wXdB)?。ùǎ╠eg）5 .根據(jù)上述表格所整理出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制Bode圖，標(biāo)出Mr , r ;6 .根據(jù)所繪Bode圖分析二階系統(tǒng)的主要瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo) Mp, ts；7,改變二階系統(tǒng)的 s值或（值，重復(fù)上述步驟3

12、, 4, 5, 6,（選作）。四、思考題1 .理論計(jì)算不同 值時(shí)的L（和小（0 ）并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。YG）_ 少2 .能否根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得 Bode圖確定一個(gè)二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù) X（k）6附錄OP07運(yùn)算放大器1 .管腳圖及典型電路(見圖 1和圖2)-I vos T| v+ T| OUT VI NCNC = NO CONNECT圖1管腳圖TRIM圖2典型電路2 .主要電特性(1)輸入失調(diào)電壓：85 W (typ)(2)輸入失調(diào)電壓溫漂：0.5 M 0c(typ)(3)輸入電阻：(4)電壓增益：(5)增益帶寬積:(6)電源電壓：33M Q (typ)400V/mV (typ)0.6MHz (typ)垓V(max)(7)輸出電壓:士1V(Vs=±5V附錄二CAE-98簡介CAE-98型計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是以 PC機(jī)（不限機(jī)型286586）為基礎(chǔ), 配合XMN-2 （1）型、KJ82型等自動(dòng)控制原理學(xué)習(xí)機(jī)及其它類型學(xué)習(xí)機(jī)的新一 代計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。它集長余輝（低頻存儲(chǔ)）示 波器、函數(shù)記錄儀、程控 信號(hào)源、超低頻信號(hào)發(fā)生器于一身，您無需再購買這些昂貴的儀器，即可完成 復(fù) 雜的各種實(shí)驗(yàn)。CAE-98硬件技術(shù)指標(biāo)如下：A. 采集輸入通道：雙通道存儲(chǔ)示波器,工作電壓范圍：-5V+5V。信號(hào)采集時(shí)間：