自動控制原理課內試驗教學大綱

1、自動控制原理課內實驗教學大綱開課學期：第5學期學 分：1考核方法：實驗+考查成績30%實驗課名稱：自動控制原理課內實驗課程性質：專業(yè)核心(課內)實驗總學時：36開課單位：電子信息工程教研室開設實驗項目數：9實驗名稱一、基于MATLAB的控制系統時域分 來利小、丁沖口4,k實驗類型驗證性實驗學時4析實驗目的學習利用 MATLAB進行控制系統的時域分析，包括典型響應、判斷系統穩(wěn)定性 和分析系統的動態(tài)特性。知識點和涉及的相關知識控制系統時域分析、 MATLAB的控制系統時域分析相關函數。設計任務與要求1、任務：利用 MATLAB對控制系統進行時域分析。2、要求：(1)利用MATLAB求解控制系統傳遞

2、函數的極點，并判斷系統的穩(wěn)定性；(2)利用MATLAB求解二階系統的單位階躍響應曲線，并測量最大超調量、峰值時間和上升時間等時域性能指標。實驗名稱二、基于 MATLAB的控制系統根軌跡人.由人二人小.八*二實驗類型驗證性實驗學時4分析實驗目的利用計算機完成控制系統的根軌跡作圖，了解控制系統根軌跡圖的一般規(guī)律，利 用根軌跡圖進行系統分析。知識點和涉及的相關知識控制系統根軌跡作圖方法、基于根軌跡的控制系統分析。設計任務與要求1、任務：利用 MATLAB繪制控制系統根軌跡圖并分析其性能。2、要求：(1)利用MATLAB繪制控制系統根軌跡圖；(2)記錄根軌跡的起點、終點與根軌跡條數，確定根軌跡的分離會

3、合點與相 應的根軌跡增益，確定臨界穩(wěn)定時的根軌跡增益。實驗名稱三、基于MATLAB的控制系統頻域分來利小、丁沖口4,實驗類型驗證性實驗學時4析實驗目的利用計算機繪制開環(huán)系統的Bode圖，觀察記錄控制系統的開環(huán)頻率特性，控制系統的開環(huán)頻率特性分析。知識點和涉及的相關知識Bode圖和Nyquist圖的畫法、Nyquist穩(wěn)定性判據。設計任務與要求1、任務：利用MATLAB繪制開環(huán)控制系統的Bode圖和Nyquist圖并分析其性能。2、要求：(1)利用MATLAB繪制開環(huán)控制系統 Bode圖，計算穩(wěn)定裕度；(2)利用MATLAB繪制開環(huán)控制系統 Nyquist圖，并根據Nyquist穩(wěn)定性判 據判斷

4、閉環(huán)控制系統的穩(wěn)定性。實驗名稱四、用MATLAB分析設計一階倒立擺 控制系統實驗類型設計性實驗學時4實驗目的1、掌握PID控制器的一般設計方法；2、掌握PID控制器的參數整定方法；3、理解PID各參數變化對系統性能的影響。知識點和涉及的相關知識控制系統建模、MATLAB分析控制系統性能方法。設計任務與要求1、任務：建立一階倒立擺控制系統的傳遞函數模型，利用MATLAB設方f PID控制器并分析其控制性能。2、要求：(1)利用物理機理方法建立一階倒立擺系統的傳遞函數模型；(2)利用MATLAB設方t PID控制器；(3)利用MATLAB分析控制系統的時、頻域特性。實驗名稱五、典型環(huán)節(jié)及其響應實驗

5、類型驗證性實驗學時4實驗目的1、掌握模擬控制實驗的基本原理和一般方法；2、掌握控制系統時域性能指標的測量方法。知識點和涉及的相關知識典型環(huán)節(jié)的模擬、控制系統的時域指標，參數改變對系統性能的影響。實驗內容1、構成6種典型環(huán)節(jié)的模擬電路；(1)、比例環(huán)節(jié)；(2)、慣性環(huán)節(jié);(3)、積分環(huán)節(jié)；(4)、微分環(huán)節(jié)；(5)、比例彳成分環(huán)下；(6)、比例 積分環(huán)下2、分別測量6種典型環(huán)節(jié)的階躍、斜坡、拋物線信號的響應；3、分析參數對系統性能的影響。實驗名稱六、二階系統階躍響應及控制系統穩(wěn)定 性分析實驗類型驗證性實驗學時4實驗目的1、研究二階系統的特征參數 七戶n對系統動態(tài)性能的影響；2、學會根據系統階躍響應

6、曲線確定傳遞函數；3、觀察系統的不穩(wěn)定現象；4、研究系統開環(huán)增益和時間常數對穩(wěn)定性的影響。知識點和涉及的相關知識時域性能指標、,n對系統性能的影響、勞斯判據、穩(wěn)態(tài)誤差等。實驗內容1、構成典型二階系統并測量其階躍響應；2、改變參數。切n ,觀察其階躍響應(性能指標的變化)；3、改變參數，觀察模擬系統的響應，計算產生等幅、增幅、減幅振蕩的條件。實驗名稱七、系統頻率特性測量實驗類型驗證性實驗學時4實驗目的1、加深了解系統及元件頻率特性的物理概念；2、掌握系統及元件頻率特性的測量方法；伯德圖奈氏圖知識點和涉及的相關知識系統的頻率特性、對數幅頻和相頻特性曲線、奈氏曲線。實驗內容1、建立模擬電路圖；2、寫

7、出傳遞函數；3、觀察頻率特性曲線(1)伯德圖(2)奈氏圖4、比較理論值和實測值。實驗名稱八、9系統校:串聯超前校正)、實設實驗學時4數字PID控制實驗目的1、理解串聯校正裝置對系統動態(tài)性能的校正作用；2、對給定的系統進行串聯校正設計，并通過模擬實驗檢驗設計的正確性；3、研究PID控制器的參數對系統穩(wěn)定性及過渡過程的影響；4、研究0型、1型系統及系統的穩(wěn)態(tài)誤差。知識點和涉及的相關知識控制系統的校正原理、PID控制原理、PID控制器組成，參數變化對控制效果的影響。設計任務與要求連續(xù)系統串聯超前校正：1、任務：設計超前校正系統結構圖及超前校正電路圖。2、要求：(1)通過調整參數能改善系統性能指標(t

8、D,tsorD%等)。p sp(2)用虛擬示波器觀察校止前、后的實驗現象并打印輸出結果。數字PID控制：1、任務：設計被控對象是 0型和1型的兩個系統。2、要求：(1)用PID控制器對其進行控制；(2)調節(jié)參數kp,K,kd,觀測其階躍響應；(3)總結一種有效的選擇 kp ,ki ,kd的方法，以最快的速度獲得滿意的參數。實驗名稱九、直流電機PID控制實驗類型設計性實驗學時4實驗目的1、了解直流電機轉速閉環(huán)控制系統的組成和工作原理；2、了解和掌握直流電機轉速控制系統應用中，數字PID調節(jié)器控制參數的工程整定方法；3、了解和掌握用LabACT實驗箱實驗直流電機轉速數字PID被控過程；4、觀察和分析在直流電機轉速PID控制系統中，PID參數對系統性能的影響；5、了解在直流電機轉速 P ID控制系統中，加擾動對系統性能的影響。知識點和涉及的相關知識閉環(huán)控制系統的組成和工作原理、數字PID控制原理及其控制器組成，PID參數變化及系統擾動對系統性能的影響。