自動(dòng)控制理論試驗(yàn)指導(dǎo)書

1、、八 、亠前言自動(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。它可以處理時(shí)變、非線性以及多輸入、多輸出等復(fù)雜的控制系統(tǒng)等問題。本套 EL-AT-III 型自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)克服了以前做自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)時(shí)，連線復(fù)雜，連接不穩(wěn) 定的缺點(diǎn)，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)特性的研究上。本系統(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。 EL-AT-III 型自動(dòng)控

2、制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)支持自動(dòng)控制理論課的所有實(shí)驗(yàn)，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)，提高應(yīng)用計(jì)算機(jī)的能力和水平。本書分為三章，第一章為 EL-AT-III 型實(shí)驗(yàn)箱硬件資源，主要介紹實(shí)驗(yàn)箱的硬件組成和系統(tǒng)單元電路。第二章為系統(tǒng)集成操作軟件，主要介紹系統(tǒng)軟件的安裝，操作以及計(jì) 算機(jī)和實(shí)驗(yàn)箱的通訊設(shè)置。第三章為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)部分，主要介紹各個(gè)實(shí)驗(yàn)的電路組成，原 理和實(shí)驗(yàn)步驟。另外，在附錄部分由部分實(shí)驗(yàn)的說明和參考結(jié)果。自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書56.目 錄第一章 硬件資源 .2第二章軟件安裝及使用 .5第三章 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)部分

3、 .11實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng) 12實(shí)驗(yàn)二二階系統(tǒng)階躍響應(yīng) .17實(shí)驗(yàn)三 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 .21實(shí)驗(yàn)四系統(tǒng)頻率特性測(cè)量 .24實(shí)驗(yàn)五連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正 .30實(shí)驗(yàn)六數(shù)字PID控制 .35實(shí)驗(yàn)七采樣實(shí)驗(yàn) 38第一章硬件資源EL-AT-HI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。圖1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成實(shí)驗(yàn)箱面板如圖2 :圖2實(shí)驗(yàn)箱面板F面主要介紹實(shí)驗(yàn)箱的構(gòu)成:系統(tǒng)電源EL-AT-III系統(tǒng)采用本公司生產(chǎn)的

4、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：5C+ 40C。二、AD/DA采集卡AD/DA采集卡如圖3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作為SPI總線轉(zhuǎn)換，AD為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，轉(zhuǎn)換速率為1K。 AD/DA采集卡有兩路輸出 （DA1、 DA2 ）和兩路輸入（AD1、AD2 ）,其輸入和輸出電壓均為一 5V+5V

5、。圖3 AD/DA采集卡實(shí)驗(yàn)箱面板實(shí)驗(yàn)箱面板布局如圖 4AD/DA 卡輸入輸出模塊實(shí)驗(yàn)?zāi)K1實(shí)驗(yàn)?zāi)K2電源模塊模擬開關(guān)二極管區(qū)EL-CAT-II實(shí)驗(yàn)?zāi)K3電阻、電容、二極管區(qū)實(shí)驗(yàn)?zāi)K4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4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

6、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，而且電阻電容值可以直接讀出。第二章軟件安裝及使用一、軟件安裝軟件安裝（分兩大部分）一、安裝應(yīng)用軟件1按照軟件提示，一步

7、一步完成安裝圖1進(jìn)入安裝界面圖2選擇安裝路徑圖3單擊In stall圖4安裝完畢界面2 完成應(yīng)用軟件的安裝；應(yīng)用軟件會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)在“開始一程序”列表中。二、USB驅(qū)動(dòng)安裝（操作系統(tǒng)不同安裝步驟有差別）Windows 2000操作系統(tǒng)下：1通過USB硬件接口，連接實(shí)驗(yàn)箱與計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)顯示圖5圖5進(jìn)入安裝界面謖岀殞Hrrt旺儆申盹與？frtt薩吿二作M占網(wǎng)呼.陰黑需器席二詔刖黔fl諾課蔚號(hào);心 '諾f 莘低電略工石導(dǎo)irrt 二.= iTFJt于住I盤踽日隔運(yùn)胄蚩：祁 r 土亍:巳燈嚴(yán)馮降冊(cè)序的吧：R*從亡準(zhǔn)昨洛通注序ip圖6選擇單選按鈕后，單擊下一步2圖6的驅(qū)動(dòng)安裝文件在第一步安裝

8、的應(yīng)用程序文件中，所以應(yīng)選擇第一步安裝應(yīng)用程 序的路徑和文件名，然后單擊”確定",系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)查找驅(qū)動(dòng)安裝文件。圖7選擇如圖的復(fù)選按鈕后，單擊下一步圖8選擇驅(qū)動(dòng)安裝文件路徑圖9單擊下一步圖10安裝完成界面Windows XP操作系統(tǒng)下：1. 通過USB硬件接口，連接實(shí)驗(yàn)箱與計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)顯示圖12圖2的驅(qū)動(dòng)安裝文件在第一步安裝的應(yīng)用程序文件中，所以應(yīng)選擇第一步安裝應(yīng)用程 序的路徑和文件名，然后單擊”確定",系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)搜索驅(qū)動(dòng)安裝文件。圖11選擇如圖的單選按鈕后，單擊下一步；T2*ui'；W :.尼ir命E機(jī)nfl建電也.c-m* qj EmCTtgWTMtt

9、O；圖12選擇驅(qū)動(dòng)安裝文件路徑圖13單擊“仍然繼續(xù)”圖14安裝完成界面應(yīng)用軟件和USB驅(qū)動(dòng)都安裝完成后，可以運(yùn)行實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Windows 98操作系統(tǒng)下：1 通過USB硬件接口，連接實(shí)驗(yàn)箱與計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)顯示圖1圖2選擇如圖的單選按鈕后， 單擊下一步圖1進(jìn)入安裝界面2. 圖3的驅(qū)動(dòng)安裝文件在第一步安裝的應(yīng)用程序文件中，所以應(yīng)選擇第一步安裝應(yīng)用程 序的路徑和文件名，然后單擊”下一步",系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)搜索驅(qū)動(dòng)安裝文件。HI ?沖崔找宜繃UF血施甜襁豊It &I»TET廠;m誰爆哄r trt （U-Jjfl TWr"羈轉(zhuǎn) u幽恤 J）r* U|F、耐、rt&g

10、t;嚴(yán)， “ 勺冃媲一 I二 r i | -手.取 >9faflivn*"耳31!再肚索逹工楚崗旳tUM B駅嗥千棗節(jié)垂疵:mtiigm 汁 fiuEDimnwK up£上乜曲1.：7?續(xù)廠| _|圖4單擊下一步圖3選擇驅(qū)動(dòng)安裝文件路徑圖5安裝完成界面二、軟件啟動(dòng)與使用說明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

11、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） 自動(dòng)控制理迄實(shí)起系統(tǒng)問憲驗(yàn)頂目肝1:工具換盤"F71函上點(diǎn)擊或按F辺可以選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作対當(dāng)前實(shí)驗(yàn)項(xiàng)耳 系 統(tǒng)在指導(dǎo)書窗口縣示相巫的實(shí)驗(yàn)指卑書，在實(shí)驗(yàn)遊行過程 中處干禁止?fàn)顟B(tài)。點(diǎn)擊或搜陀51切換叵r指導(dǎo)書簡口.點(diǎn)擊K或按F測(cè)切換到'示波器"窗口.點(diǎn)擊K或按國）1切換至頻率特性，窗口- I點(diǎn)擊K或搜F邊開抬/欣棄當(dāng)前實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在沒有選擇任 何實(shí)唸項(xiàng)目的時(shí)候九禁止?fàn)顟B(tài)-點(diǎn)擊1或彈出"關(guān)于壞寸話框，顯示程序信懇、版本 號(hào)和版權(quán)信息口就緒

12、大寫數(shù)孚廠圖151 自動(dòng)控制理論實(shí)耋系統(tǒng)回實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目EF1JH |二工具扌定鈕！匡也固13O 200400 6oo 000 1000 12CU 1400 1600 1600 200050004000300020001000圖16F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)指導(dǎo)書，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中處于禁止?fàn)顟B(tài)。2囚 點(diǎn)擊或按F2切換回”指導(dǎo)書"窗口。3二 點(diǎn)擊或按F3切換到”示波器"窗口。4團(tuán) 點(diǎn)擊或按F4切換到”頻率特性”窗口。5. U 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)

13、目的時(shí)候?yàn)榻範(fàn)顟B(tài)。6. 弓 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:示波器操作：1. 測(cè)量在"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。

14、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)系統(tǒng)部分本套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一共提供了 12個(gè)實(shí)驗(yàn)：典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)、二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)頻率特性測(cè)量、連續(xù)系統(tǒng)

15、串聯(lián)校正、數(shù)字PID控制、狀態(tài)反饋及狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)驗(yàn)、解耦控制實(shí)驗(yàn)、采樣系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、非線性實(shí)驗(yàn)、相軌跡觀測(cè)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn) 。除了我們公司配套的這12個(gè)實(shí)驗(yàn)外，各高?？勺约红`活地組合各種形式的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以滿足教學(xué)的要求。實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 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-HI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)

16、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)量儀器，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o %：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

17、，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 上按鈕，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）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 100%YT p與 Ts：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%急態(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。2.3.E22O0KU2

18、A/D1園1-i慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)如圖積分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)如圖A/D1(S)=R2/R11-2。1-3。(S)=K/TS+1，T=R2CGT=RC4.微分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)如圖（S） =1/TS1-4。G（ S）= RCS5.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 ）。U2A/B16.比例+積分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)如圖（S）= K（ TS+1）K=R2/R1, T=R2C1-6。（S）=K（ 1 + 1/TS），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

19、，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)單擊土d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 U1接A/D

20、、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47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，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47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47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

21、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，將積分電容連在模擬開關(guān)上。檢查無誤后接通電源。15. 實(shí)驗(yàn)步驟同4716. 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。參數(shù)階躍響應(yīng)曲線Ts （秒）理論值實(shí)測(cè)值比例環(huán)節(jié)R仁 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

22、+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)數(shù)據(jù)測(cè)試表（學(xué)生填寫）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ts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-HI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)

23、，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)量儀器，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o %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)擊創(chuàng)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

24、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 上按鈕，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 80 %X 100%Y8T p 與 Tp：95%穩(wěn)態(tài)值所需的利用軟件的游標(biāo)測(cè)量水平方向上從零到達(dá)最大值與從零到達(dá)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(

25、S)= s2 2+ 2 nS + n(1)構(gòu)成圖2-1典型二階系統(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1/T1cp Cs）=LJ2 Cs） /U1 （s）=孑+（N/T）S + 1A?（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

26、0.1 f,可得兩個(gè)無阻尼自然頻率no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)擊二J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)

27、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=10rad/s, 即令 R=100K，C=1 f ;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 R仁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)

28、時(shí)間Tn。7. 取R=100K ；改變電路中的電容 C=1 f,R1=100K ,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)果參數(shù)(T %tp (ms)ts (ms)階躍響應(yīng)曲線R=100KC =1 卩 f3 n=10rad/sR1=100KR2=0KZ =0R1=100KR2=50KZ =0.25R1=100KR2=100KZ =0.5R1=50KR2=200KZ =1R1=100KC1=C2=0.1 3 f3 n=100rad/sR1= 100KR2=100KZ =0.5R1=50KR2=200

29、KZ =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Z,3n的關(guān)系。2. 把不同 和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Z、3n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)

30、內(nèi)容系統(tǒng)模擬電路圖如圖3-1100K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)式中 K仁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)

31、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)三控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析,鼠標(biāo)單擊創(chuàng)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5= 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, 0=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 , 5

32、0k ，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C=1ufR3=50KK=5R3=100KK=10R3=200KK=20C=0.1ufR3=50KK=5R3=100KK=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)

33、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連接起來。圖4-1頻率特性測(cè)量電路2. 通過AD/DA卡產(chǎn)生不同頻率和幅值的正弦信號(hào)，并輸入到被測(cè)系統(tǒng)中。3. AD/DA卡采集被測(cè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)，并顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。

34、通過比較輸入信號(hào) 和輸出信號(hào)的不同，可以得到系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 模擬電路圖及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖分別如圖4-2和圖4-3 。U1圖4-3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2 系統(tǒng)傳遞函數(shù)U2取R3=500k，則系統(tǒng)傳遞函數(shù)為(S)500U1(S)=2(S)S +10S+500若輸入信號(hào)U1(t)=U1sin t,則在穩(wěn)態(tài)時(shí)，其輸出信號(hào)為U2( t)=U2sin ( t+ )改變輸入信號(hào)角頻率值，便可測(cè)得二組 U2/U1和 隨 變化的數(shù)值，這個(gè)變化規(guī)律就是系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。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卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD

35、1輸入，將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。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)。李沙育圖3 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)四四、系統(tǒng)頻率特性測(cè)量,鼠標(biāo)單擊二J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)并 選擇李沙育圖，然后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖4-4所示。測(cè)頻率圖4 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)四四、系統(tǒng)頻率特性測(cè)量,鼠標(biāo)單擊創(chuàng)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)并選

36、擇時(shí)間電壓圖，然后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖45所示。測(cè)波特圖5在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)四四、系統(tǒng)頻率特性測(cè)量,鼠標(biāo)單擊 二寸按鈕，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)并選自動(dòng)選項(xiàng)，然后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如圖4- 6 所示5000實(shí)殮四 李沙育圖X V軸單垃:xmV400D正弦信號(hào)源:1OOO mV 3.60 He3000采樣丿觀坯周期數(shù)：12000采樣頻率：357 Hz1000 -1000"2000-30000005口口05000 -4000 -3000 -2000 -LCI00 1000 2000 30

37、00 4000 5000-5000 X -5000 Y25 口 口50001100001000035o 2?00 5400 8100 10600125001620018900216002430027000實(shí)驗(yàn)四時(shí)間-電壓圖 軸單位；X ononis- ? iniV 正弦信號(hào)聽;looamV 3-6dHz采樣idF周期圖4-4李沙育圖500040003ooo2COO10000-1000-2QQQ-5000圖45手動(dòng)方式測(cè)量波特圖 looo 2000 2000 4ooo sooc 6ooo 7000 8ooo gooo ioooo5000實(shí)臉?biāo)臅r(shí)間-電壓圏 軸單位；X axioms- V1U1Y4

38、000 正弦信縣證；looomV lo.ooHz3000采樣ID個(gè)周期2000looo Hz1000-2000-3口-4000-5000 IX10 X21000010000Y15000 Y2 500010000圖4 6數(shù)據(jù)采集6.待數(shù)據(jù)采樣結(jié)束后點(diǎn)擊 也 按鈕即可以在顯示區(qū)內(nèi)顯示出所測(cè)量的波特圖。測(cè)奈氏圖7.在完成步驟6后，在顯示區(qū)單擊鼠標(biāo)右鍵，即出現(xiàn)奈氏圖。8按下表所列頻率，測(cè)量各點(diǎn)頻率特性的實(shí)測(cè)值并計(jì)算相應(yīng)的理論值。F（Hz）3(rad/s )理論值實(shí)測(cè)值L（3）©（3）2Xm2yo2ymL（3）©（3）李沙育圖形六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 畫出被測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和模擬電路圖。2.

39、畫出被測(cè)系統(tǒng)的開環(huán) L （3）曲線與0（3 ）曲線。3. 整理表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并算出理論值和實(shí)測(cè)值。4. 討論李沙育圖形法測(cè)量頻率特性的精度。七、預(yù)習(xí)要求1. 閱讀實(shí)驗(yàn)原理部分，掌握李沙育圖形法的基本原理及頻率特性的測(cè)量方法。2. 畫出被測(cè)系統(tǒng)的開環(huán) L （3）曲線與0（3 ）曲線。3. 按表中給出格式選擇幾個(gè)頻率點(diǎn)，算出各點(diǎn)頻率特性的理論值。八：測(cè)量數(shù)據(jù)的說明F實(shí)驗(yàn)時(shí)信號(hào)源的頻率2 F信號(hào)源的角頻率L（）輸出幅值隨變化的函數(shù)。（）輸出相位隨 變化的函數(shù)2Xm信號(hào)源峰谷值之差2Ym輸出信號(hào)的峰谷值之差2Y0當(dāng)信號(hào)源輸出為零時(shí)對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)的正負(fù)幅值之差。其中（可以通過測(cè)量時(shí)間來得到，T（）在實(shí)驗(yàn)

40、中是時(shí)間量，通過計(jì)算可以轉(zhuǎn)化 為（）。理論計(jì)算公式如下:L()2n2Ymarctg2)2(2n )2實(shí)驗(yàn)五連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 加深理解串聯(lián)校正裝置對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的校正作用。2. 對(duì)給定系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正設(shè)計(jì)，并通過模擬實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性。二、實(shí)驗(yàn)儀器1. EL-AT-HI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1 串聯(lián)超前校正(1)系統(tǒng)模擬電路圖如圖 5-1 ,圖中開關(guān)S斷開對(duì)應(yīng)未校情況， 接通對(duì)應(yīng)超前校正。圖5-1超前校正電路圖(2 )系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5-2圖5-2超前校正系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖中2Gc2Gc1s)=0.005S+1(s)=2(0.055S+1)2 .串聯(lián)滯后校

41、正(1)模擬電路圖如圖5-3，開關(guān)s斷開對(duì)應(yīng)未校狀態(tài)，接通對(duì)應(yīng)滯后校正。(2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示如圖5-4圖中10131IT2 、S0 D5SH0 1S+1圖5-4滯后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Gc1(s10Gc211s+1)=10(s+1)(s)=3 .串聯(lián)超前一滯后校正(1) 模擬電路圖如圖5-5，雙刀開關(guān)斷開對(duì)應(yīng)未校狀態(tài)，接通對(duì)應(yīng)超前一滯后校正。圖中101T1SJQ. Q1S*17圖5-6超前一滯后校正系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Gc16Gc2(s)=6(s)=(1.2S+1)( 0.15S+1)(6s+1)( 0.05S+1)四、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

42、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)。超前校正:3. 連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖5-1)。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卡的AD1輸入，將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。4. 開關(guān)s放在斷開位置。-5. 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)五五、連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正。鼠標(biāo)單擊丄按鈕，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，并記錄超調(diào)量p和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。6.開關(guān)s接通，重復(fù)步驟5,將兩次所測(cè)的波形進(jìn)行比較。并將測(cè)量結(jié)果記入下

43、表中:超前校正系統(tǒng)指標(biāo)校正前校正后階躍響應(yīng)曲線S %Tp （秒）Ts （秒）滯后校正：7. 連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路（圖5-3）。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，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。8. 開關(guān)s放在斷開位置。9. 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)五五、連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正。鼠標(biāo)單擊丄按鈕，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，并記錄超調(diào)量p和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。10. 開關(guān)s接通，重復(fù)步驟9,將兩次所測(cè)的波形進(jìn)行比較。并將測(cè)量結(jié)果記入

44、下表中：滯后校正系統(tǒng) 指標(biāo)""、一-校正前校正后階躍響應(yīng)曲線S %Tp （秒）Ts （秒）超前-滯后校正11. 連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖5-5)。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，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。12. 開關(guān)s放在斷開位置。13. 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)五五、連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正。鼠標(biāo)單擊 創(chuàng)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，并記錄超調(diào)量 p和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。14. 開關(guān)s接通，重復(fù)步驟1

45、3,將兩次所測(cè)的波形進(jìn)行比較。并將測(cè)量結(jié)果記入下表 中：''-一超前-滯后系統(tǒng)指標(biāo)校正前校正后階躍響應(yīng)曲線S %Tp （秒）Ts （秒）五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 計(jì)算串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)Gc (s)和校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。2. 畫出校正后系統(tǒng)的對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖，并求出校正后系統(tǒng)的3c及v'。3比較校正前后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)，說明校正裝置的作用。六、預(yù)習(xí)要求1 .閱讀實(shí)驗(yàn)二的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，明確校正前系統(tǒng)的3C及V。2. 計(jì)算串聯(lián)超前校正裝置的傳遞函數(shù)Gc (s)和校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并求出校正后系統(tǒng)的3 C及V。實(shí)驗(yàn)六 數(shù)字PID控制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .研究PID控制器的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過

46、程的影響。2 .研究采樣周期T對(duì)系統(tǒng)特性的影響。3 研究I型系統(tǒng)及系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差。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)內(nèi)容6-1 圖。1 .系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖6-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖中 GcGhGp1(s) =Kp (1+Ki/s+Kds )(s) = (1 e-TS) /s(s) =5/ ( 0.5s+1 ) (0.1s+1 )Gp2(s) =1/ (s (0.1s+1 )2 .開環(huán)系統(tǒng)(被控制對(duì)象)的模擬電路圖如圖6-2和圖6-3，其中圖6-2對(duì)應(yīng)GP1(s),圖 6-3 對(duì)應(yīng) Gp2( s )。圖6-2開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1圖6-3開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖23 被

47、控對(duì)象 GP1( s)為“ 0型”系統(tǒng)，采用 PI控制或PID控制，可使系統(tǒng)變?yōu)椤?I型”系統(tǒng)，被控對(duì)象Gp2( s)為“I型”系統(tǒng)，采用PI控制或PID控制可使系統(tǒng)變成 “II 型”系統(tǒng)。4 當(dāng)r( t ) =1( t )時(shí)(實(shí)際是方波)，研究其過渡過程。5 . PI調(diào)節(jié)器及PID調(diào)節(jié)器的增益Gc=KpK1(s) =Kp (1+K1/s )(1/k1 ) s+1) /s=K(TiS+1)/s式中K=KpKi , Ti= (1/K1 )不難看出PI調(diào)節(jié)器的增益K=KpKi，因此在改變 Ki時(shí)，同時(shí)改變了閉環(huán)增益K,如果不想改變K,則應(yīng)相應(yīng)改變Kp。采用PID調(diào)節(jié)器相同。6 . “II型”系統(tǒng)要

48、注意穩(wěn)定性。對(duì)于Gp2(s),若采用PI調(diào)節(jié)器控制，其開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s) =Gc (s) Gp2 (s)=K(Tis+1 ) /s 1/s (0.1s+1 )為使用環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足 Ti>0.1 ,即K1<107 . PID遞推算法如果PID調(diào)節(jié)器輸入信號(hào)為 e (t)，其輸送信號(hào)為u (t),則離散的遞推算法如下：u (k) =u (k-1 ) +q0e (k) +q1e (k-1 ) +q2e (k-2 ) 其中 q0=Kp (1+KiT+ ( Kd/T)q1= Kp (1+ ( 2Kd/T)q2=Kp （Kd/T）T-采樣周期四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo)

49、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)。3. 連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路（圖6-2）。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。4. 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)六六、數(shù)字PID控制,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. 輸入?yún)?shù) Kp, Ki, Kd（參考值 Kp=1, Ki=0.02, kd=1 ）。6. 參數(shù)設(shè)置完成點(diǎn)擊確認(rèn)后觀察響應(yīng)曲線

50、。若不滿意，改變Kp, Ki, Kd的數(shù)值和與其相對(duì)應(yīng)的性能指標(biāo)p、ts的數(shù)值。7. 取滿意的Kp,Ki,Kd值，觀查有無穩(wěn)態(tài)誤差。8. 斷開電源，連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路（圖6-3）。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，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。9. 重復(fù)4-7步驟。10. 計(jì)算Kp， Ki， Kd取不同的數(shù)值時(shí)對(duì)應(yīng)的p、ts的數(shù)值，測(cè)量系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線及時(shí)域性能指標(biāo)，記入表中:參數(shù)一實(shí)驗(yàn)結(jié)果S %Tp階躍響應(yīng)曲線KpKiKd五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 畫出所做實(shí)驗(yàn)的模擬電路圖。2 .當(dāng)被控對(duì)象為 Gp1（ s時(shí)）取過渡過程為最滿意時(shí)的Kp, Ki, Kd,畫出校正后的Bode圖，查出相穩(wěn)定裕量和穿越頻率 c。3 .總結(jié)一種有效的選擇Kp, Ki, Kd 方法，以最快的速度獲得滿意的參數(shù)。六、預(yù)習(xí)要求1. 熟悉PID控制器系統(tǒng)的組成。2. 熟悉PID控制器的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)七采樣定理實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解采樣過程和信號(hào)恢復(fù)過程。2. 了解采樣器和零階保持器的電路結(jié)構(gòu)。3. 驗(yàn)證采樣