自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)課件

1、自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教案自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教案名稱 ：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教師：桂寒 系別 ：電氣工程 班別：1101,1102總學(xué)時(shí)數(shù)：18 周 次 實(shí) 驗(yàn) 名 稱 學(xué)時(shí) 性質(zhì) 實(shí) 驗(yàn) 基 本 目 的 11 控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)3基礎(chǔ)必選 1、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。 12二階系統(tǒng)階躍響應(yīng) 3基礎(chǔ)必選 1、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。2、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。13控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析3基礎(chǔ)必選 1、通過二階、三階系統(tǒng)的模擬電路實(shí)驗(yàn)，掌握線性定常系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)

2、性能的一般測(cè)試方法。2、研究二階、三階系統(tǒng)的參數(shù)與其動(dòng)、靜態(tài)性能間的關(guān)系。14系統(tǒng)頻率特性測(cè)量 3基礎(chǔ)必選 1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。15連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正 3基礎(chǔ)必選 1、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。16 數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn) 3基礎(chǔ)綜合 1、研究PID控制器的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和過渡過程的影響。2、掌握數(shù)字PID控制的實(shí)現(xiàn)方法和參數(shù)調(diào)整方法EA-AT試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)由計(jì)算機(jī)提供，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換控制系

3、統(tǒng)的輸入信號(hào)由計(jì)算機(jī)提供，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)之后送至試驗(yàn)箱電路的輸入端，該信號(hào)經(jīng)過成模擬信號(hào)之后送至試驗(yàn)箱電路的輸入端，該信號(hào)經(jīng)過系統(tǒng)處理之后，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送回計(jì)算機(jī)進(jìn)行輸系統(tǒng)處理之后，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送回計(jì)算機(jī)進(jìn)行輸出顯示。出顯示。任務(wù)任務(wù)：通過顯示波形來檢驗(yàn)系統(tǒng)的功能是否和理論計(jì)算：通過顯示波形來檢驗(yàn)系統(tǒng)的功能是否和理論計(jì)算相符。相符。 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)AD實(shí)驗(yàn)箱電路實(shí)驗(yàn)箱電路DAVisual studio 6.0實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一 控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求 1、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

4、性能指標(biāo)的測(cè)量方法。 二二、重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)與難點(diǎn) 1 、注重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察與理解。 2 、傳遞函數(shù)用電路來實(shí)現(xiàn)的方法。 三三、注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 實(shí)驗(yàn)的安全問題和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的正確使用。三、實(shí)驗(yàn)原理 1、模擬實(shí)驗(yàn)的基本原理模擬實(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)，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，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)。

5、再將輸入信號(hào)加到模擬系統(tǒng)的輸便得到了相應(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?？蛇M(jìn)一步分析研究參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。 與 的測(cè)量方法為: 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,便得到 與 . 理論計(jì)算方法:pTsTpTsTsTTTs3 2、時(shí)、時(shí)域性能指標(biāo)的測(cè)量方法：域性能指標(biāo)的測(cè)量方法： 構(gòu)成比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)

6、節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、比例+微分環(huán)節(jié)、比例+積分環(huán)節(jié)等6種典型一階系統(tǒng)的模擬電路，并測(cè)量其階躍響應(yīng)。 1比例環(huán)節(jié)的模擬電路如圖3.1-1所示，傳遞函數(shù)為:三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如何確定電阻值2慣性環(huán)節(jié)的模擬電路如圖3.1-2所示，傳遞函數(shù)為 3積分環(huán)節(jié)的模擬電路如圖3.1-3所示，傳遞函數(shù)為 4微分環(huán)節(jié)的模擬電路如圖3.1-4所示，傳遞函數(shù)為5比例+微分環(huán)節(jié)的模擬電路如圖3.1-5所示（未標(biāo)明的C=0.01F），傳遞函數(shù)為 6比例+積分環(huán)節(jié)的模擬電路如圖3.1-6所示，傳遞函數(shù)為四、實(shí)驗(yàn)步驟 1. 啟動(dòng)計(jì)算機(jī),在桌面雙擊 “自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)” 圖標(biāo)，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，

7、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比例環(huán)節(jié) （1）按圖3.1-1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，檢查無誤后接通電源。 （2）在實(shí)驗(yàn)課題下拉菜單中選擇“典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng) （3）鼠標(biāo)單擊實(shí)驗(yàn)課題彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)窗口。在參數(shù)設(shè)置窗口中設(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。 （4）觀測(cè)計(jì)算機(jī)屏幕顯示出的響應(yīng)曲線及數(shù)據(jù)。 （5）記錄波形及數(shù)據(jù)。 4慣性環(huán)節(jié) （1）按圖3.1-2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，

8、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。 （2）實(shí)驗(yàn)步驟同3（2）（5）。 5積分環(huán)節(jié) （1）按圖3.1-3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。 （2）實(shí)驗(yàn)步驟同3（2）（5）。 6微分環(huán)節(jié) （1）按圖3.1-4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。 （2）實(shí)驗(yàn)步驟同3（2）（5） 7比例+微分環(huán)節(jié) （1）按圖3.1-5連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入

9、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。 （2）實(shí)驗(yàn)步驟同3（2）（5）。 8比例+積分環(huán)節(jié) （1）按圖3.1-6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。 （2）實(shí)驗(yàn)步驟同3（2）（5）。8測(cè)量系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，并記入表3.1-1中。五、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整理將實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的曲線、數(shù)據(jù)及理論計(jì)算值，并列表。實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)二階系統(tǒng)階躍響應(yīng) 一、

10、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?1研究二階系統(tǒng)的特征參數(shù)，阻尼比和無阻尼自然頻率 對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。定量分析 和 與最大超調(diào)量 和調(diào)節(jié)時(shí)間 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)儀器二、實(shí)驗(yàn)儀器 1EL-AT-II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、重點(diǎn)與難點(diǎn)三、重點(diǎn)與難點(diǎn) 1注重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察與理解。 2根據(jù)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線確定傳遞函數(shù)。sT%nn五、實(shí)驗(yàn)原理五、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

11、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。四四、注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 實(shí)驗(yàn)的安全問題和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的正確使用。 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)。 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

12、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)課題下拉菜單中選擇實(shí)驗(yàn)二二階系統(tǒng)階躍響應(yīng) 。 5) 鼠標(biāo)單擊實(shí)驗(yàn)課題彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)窗口。在參數(shù)設(shè)置窗口中設(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。AR 2/1% 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，帶入下式算出超調(diào)量： 與 的測(cè)量方法為: 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,便得到 與 . 理論計(jì)算方法:%100%YYYMAXpTsTpTsTsTTTs3三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 典型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為: 其中， 和 對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)有決定的影響。

13、構(gòu)成圖3.2-1典型二階系統(tǒng)的模擬電路，并測(cè)量其階躍響應(yīng)。電路的結(jié)構(gòu)圖如圖3.2-2所示，系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為: 式中，nRCT 12/ RRK 比較（3.2-1）、（3.2-2）二式，可得: 由（3.2-3）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1F和0.1F，可得兩個(gè)無阻尼自然頻率n。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，檢查無誤后接通電源。

14、 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)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)。 4在實(shí)驗(yàn)課題下拉菜單中選擇實(shí)驗(yàn)二“二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)”，單擊該選項(xiàng)彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)窗口。5取n =10rad/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 和調(diào)節(jié)時(shí)間 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

15、, 即取R=100K，改變電路中的電容C=0.1F（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 和調(diào)節(jié)時(shí)間 。 %sT%sT7取R=100K；改變電路中的電容C=1F，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 和 的數(shù)值。8測(cè)量二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)并記入表3.2-1中。%pT五、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n條件下測(cè)量的 和 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 和 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

16、較。%sT%sT實(shí)驗(yàn)三 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求 1、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。 二重點(diǎn)與難點(diǎn)二重點(diǎn)與難點(diǎn) 1注重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察與理解。 2系統(tǒng)的參數(shù)與其動(dòng)、靜態(tài)性能間的關(guān)系以及對(duì)穩(wěn)定性概念的理解。 三、實(shí)驗(yàn)儀器三、實(shí)驗(yàn)儀器 1EL-AT-II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、注意事項(xiàng)三、注意事項(xiàng) 實(shí)驗(yàn)的安全問題和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的正確使用。四、實(shí)驗(yàn)原理四、實(shí)驗(yàn)原理 系統(tǒng)模擬電路圖如圖3.3-1所示，其開環(huán)傳遞函數(shù)為： 圖3.3-1系統(tǒng)模擬電路圖五、實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)步驟 1連接被測(cè)量典型

17、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。 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)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)。 4在實(shí)驗(yàn)課題下拉菜單中選擇實(shí)驗(yàn)三“控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析”，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)窗口。其中設(shè)置輸入信源電壓 U1 = 1V，點(diǎn)擊確認(rèn)觀察波形。 5取R3的值為50K、100K、200K，此時(shí)相應(yīng)的K = 10K1 = 5、10、20。觀察不同R3值時(shí)顯示區(qū)內(nèi)的輸出波形（即U2的波形），找到系統(tǒng)輸出產(chǎn)生增幅振蕩

18、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1F變成0.1F，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)果添入表3.3-1中。 四、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。實(shí)驗(yàn)四 系統(tǒng)頻率特性測(cè)量 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1加深了解系統(tǒng)及元件頻率特性的物理概念。

19、 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)儀器二、實(shí)驗(yàn)儀器 1.EL-AT-II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) 3.雙蹤示波器一臺(tái) 三、注意事項(xiàng)三、注意事項(xiàng) 實(shí)驗(yàn)的安全問題和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的正確使用。頻率特性的測(cè)量方法：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)和示波器按圖4-1連接起來。將示波器X和Y軸的輸入選擇開關(guān)，均打在“DC”輸入狀態(tài)，并調(diào)整X和Y軸的位移，使光點(diǎn)處于螢光屏上的坐標(biāo)原點(diǎn)上。四四、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 2. 選定信號(hào)發(fā)生器的頻率，調(diào)節(jié)其輸出衰減，使被測(cè)系統(tǒng)在避免飽和的情況下，輸出幅度盡可能大。然后調(diào)節(jié)示

20、波器的X和Y軸輸入幅值選擇開關(guān)，使在所取信號(hào)幅度下，圖象盡可能達(dá)到滿刻度。 3. 根據(jù)螢光屏上的刻度及輸入幅值選擇開關(guān)指示的伏/格數(shù)，算出2Xm、2Yn及2ym，并進(jìn)一步計(jì)算幅值比和相位差。 為讀數(shù)方便，可將示波器X軸輸入X-Y開關(guān)打在工作狀態(tài)，使光點(diǎn)在熒光屏上只作垂直運(yùn)動(dòng)，此時(shí)可方便地讀出2ym。同理，也可方便地讀出2Xm。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容五、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。 2系統(tǒng)傳遞函數(shù) 取R3=500k，則系統(tǒng)傳遞函數(shù)為 若輸入信號(hào)U1（t）=U1sint,則在穩(wěn)態(tài)時(shí)，其輸出信號(hào)為 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

21、統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。 3、李沙育圖形法、李沙育圖形法 將正弦信號(hào)作為輸入信號(hào)，并和被測(cè)系統(tǒng)(或環(huán)節(jié))的輸出分別接到慢掃描示波器的X軸和Y軸上，如圖1-3-2所示，就可以在示波器上顯示李沙育圖形。圖圖1-3-2李沙育圖形測(cè)試頻率特李沙育圖形測(cè)試頻率特 六、實(shí)驗(yàn)步驟六、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。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)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)。則李沙

22、育圖形的產(chǎn)生如圖1-3-3所示圖圖1-3-3 李沙育圖形測(cè)試頻率特性李沙育圖形測(cè)試頻率特性(a)輸入輸出波形；輸入輸出波形；(b)示波器示波器X軸的輸入波形軸的輸入波形(c)示波器示波器Y軸的輸入波形；軸的輸入波形；(d)李沙育圖形李沙育圖形 圖圖45 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集 七、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畫出被測(cè)系統(tǒng)的開環(huán)L()曲線與()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)量頻率特性的精度實(shí)驗(yàn)五實(shí)驗(yàn)五 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 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)

23、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)儀器二、實(shí)驗(yàn)儀器 1EL-AT-II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、注意事項(xiàng)三、注意事項(xiàng) 實(shí)驗(yàn)的安全問題和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的正確使用。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三、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3.5-1，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。（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.5-2 2串聯(lián)滯后校正串聯(lián)滯后校正 模擬電路圖如圖模擬電路圖如圖3.5-3，開關(guān)，開關(guān)s斷開對(duì)應(yīng)未校狀態(tài)，接通對(duì)應(yīng)斷開對(duì)應(yīng)未校狀態(tài)，接通對(duì)應(yīng)滯后校正。滯后校正。（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示如圖3.5-4 3串聯(lián)超前串聯(lián)超前滯后校正滯后校正 模擬電路圖如圖模擬

24、電路圖如圖3.5-5，雙刀開關(guān)斷開對(duì)應(yīng)未校狀態(tài)，接通，雙刀開關(guān)斷開對(duì)應(yīng)未校狀態(tài)，接通對(duì)應(yīng)超前對(duì)應(yīng)超前滯后校正。滯后校正。 (2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示如圖5-6。圖中 五、實(shí)驗(yàn)步驟五、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)。超前校正：超前校正：（1）連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖3.5-1)。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。 (2)開關(guān)s放在斷開位置。(3)選中 實(shí)驗(yàn)課題 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正超前

25、校正 菜單項(xiàng),鼠標(biāo)單擊將彈出參數(shù)設(shè)置窗口。系統(tǒng)加入階躍信號(hào)。參數(shù)設(shè)置完成后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)測(cè)量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并記錄超調(diào)量p和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。(4)開關(guān)s接通，重復(fù)步驟（3），將兩次所測(cè)的波形進(jìn)行比較。并將測(cè)量結(jié)果記入表3.5-1中。滯后校正：滯后校正：（1）連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖3.5-3)。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。 (2) 開關(guān)s放在斷開位置。 (3) 選中 實(shí)驗(yàn)課題 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正滯后校正 菜單項(xiàng),鼠標(biāo)單擊將彈出參數(shù)設(shè)置窗口。系統(tǒng)加入階躍信號(hào)。參數(shù)設(shè)置完成后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)測(cè)量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并記錄超調(diào)

26、量p和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。 (4) 開關(guān)s接通，重復(fù)步驟(3),將兩次所測(cè)的波形進(jìn)行比較。并將測(cè)量結(jié)果記入表3.5-2中： 超前超前-滯后校正滯后校正 (1) 連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖圖5-5)。電路的輸入。電路的輸入U(xiǎn)1接接A/D、D/A卡的卡的DA1輸出，電路的輸出輸出，電路的輸出U2接接A/D、D/A卡的卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。輸入。檢查無誤后接通電源。 (2) 開關(guān)開關(guān)s放在斷開位置。放在斷開位置。(3) 選中 實(shí)驗(yàn)課題 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正超前滯后校正 菜單項(xiàng),鼠標(biāo)單擊將彈出參數(shù)設(shè)置窗口。系統(tǒng)加入階躍信號(hào)。參數(shù)設(shè)置完成后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)測(cè)量系統(tǒng)階躍響

27、應(yīng)，并記錄超調(diào)量p和調(diào)節(jié)時(shí)間ts。(4) 開關(guān)s接通，重復(fù)步驟13,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： 實(shí)驗(yàn)說明：實(shí)驗(yàn)說明：1. 串聯(lián)超前校正：實(shí)質(zhì)是利用相位超前，通過選擇適當(dāng)參數(shù)使出現(xiàn)最大超前角時(shí)的頻率接近系統(tǒng)幅值穿越頻率，從而有效地增加系統(tǒng)地相角裕度，提高系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。當(dāng)系統(tǒng)有滿意的穩(wěn)態(tài)性能而動(dòng)態(tài)響應(yīng)不符合要求時(shí)，可采用超前校正。2. 串聯(lián)滯后校正：利用校正后系統(tǒng)幅值穿越頻率左移，如果使校正環(huán)節(jié)的最大滯后相角的頻率遠(yuǎn)離校正后的幅值穿越頻率而處于相當(dāng)?shù)偷念l率上，就可以使校正環(huán)節(jié)的相位滯后對(duì)相角裕度的影響盡可能小。特別當(dāng)系統(tǒng)滿足靜態(tài)要求，不滿足幅值裕度和相角裕度，而且相頻特

28、性在幅值穿越頻率附近相位變化明顯時(shí)，采用滯后校正能夠收到較好的效果。 六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 3. 串聯(lián)超前滯后校正：如果單用超前校正相角不夠大，不足以使相角裕度滿足要求，而單用滯后校正幅值穿越頻率又太小，保證不了響應(yīng)速度時(shí)，則需用超前滯后校正。 說明：實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)要求學(xué)生用頻率法分析實(shí)驗(yàn)中校正前后系統(tǒng)的參數(shù)變化。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c及。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。實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1、研究PID控制器的參數(shù)對(duì)系

29、統(tǒng)穩(wěn)定性和過渡過程的影響。2、掌握數(shù)字PID控制的實(shí)現(xiàn)方法和參數(shù)調(diào)整方法二重點(diǎn)與難點(diǎn)二重點(diǎn)與難點(diǎn)1注意實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析與處理，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察與理解。2系統(tǒng)的校正作用及其實(shí)現(xiàn)方法，校正電路的實(shí)現(xiàn)。三注意事項(xiàng)三注意事項(xiàng) 實(shí)驗(yàn)的安全問題和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的正確使用。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.6-1所示。圖中，2開環(huán)系統(tǒng)（被控制對(duì)象）的模擬電路圖如圖3.6-2和圖3.6-3所示。其中圖3.6-2對(duì)應(yīng)Gp1(S)，圖3.6-3對(duì)應(yīng)Gp2(S)。 3被控對(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)椤癐 型”系統(tǒng)，被控對(duì)象Gp2(s)為“I型”系統(tǒng)，采用PI控

30、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。 5PI調(diào)節(jié)器及PID調(diào)節(jié)器的增益 不難看出PI調(diào)結(jié)器的增益 ，因此在改變 時(shí)，同時(shí)改變了閉環(huán)增益 ，如果不想改變 ，則應(yīng)相應(yīng)改變 。采用PID調(diào)節(jié)器相同。 6“II型”系統(tǒng)要注意穩(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: 為使用環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足Ti 0.1，即Ki 10。 7PID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：五、實(shí)驗(yàn)步驟五、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)。3連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路（圖