自動控制原理實驗指導書

目錄TOC\o"1-2"\h\u23104一、實驗須知 ④測量方式：實驗中采用間接方式，只須用兩路表筆CH1和CH2來測量圖3.3-1中的反饋測量點和誤差測量點，通過移動游標，確定兩路信號和輸入信號之間的相位和幅值關(guān)系，即可間接得出積分環(huán)節(jié)的波德圖。（2）直接頻率特性測量方法只要環(huán)節(jié)的時域響應(yīng)曲線收斂就不用構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)而采用直接測量法直接測量輸入、輸出信號的幅值和相位關(guān)系，就可得出環(huán)節(jié)的頻率特性。①實驗對象：選擇一階慣性，其傳遞函數(shù)為②結(jié)構(gòu)框圖：如圖3.4-2所示圖3.4-2③模擬電路圖：如圖3.4-3所示圖3.4-3④測量方式：實驗中選擇直接測量方式，用CH1路表筆測輸出測量端，通過移動游標，測得輸出與信號源的幅值和相位關(guān)系，直接得出一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性。實驗對象結(jié)構(gòu)框圖如圖3.4-4所示：圖3.4-4模擬電路圖如圖3.4-5所示：圖3.4-5開環(huán)傳遞函數(shù)為閉環(huán)傳遞函數(shù)為得出角頻率，阻尼比。實驗步驟1.將信號源單元的“ST”插針分別與“S”插針和“+5V”插針斷開，運放的鎖零控制端“ST”此時接至示波器單元的“SL”插針處，鎖零端受“SL”來控制。將示波器單元的“SIN”接至圖3.4-5中的信號輸入端。2.直接測量法（測實驗對象的閉環(huán)頻率特性）（1）“CH1”路表筆插至圖3.4-5中的4＃運放的輸出端。（2）打開集成軟件中的頻率特性測量界面，彈出時域窗口，點擊按鈕，3.4-63.4-6（3）確認設(shè)置的各項參數(shù)后，點擊按鈕，發(fā)送一組參數(shù)，待測試完畢，顯示時域波形，此時需要用戶自行移動游標，將兩路游標同時放置在兩路信號的相鄰的波峰(波谷)處或零點處，來確定兩路信號的相位移。兩路信號的幅值系統(tǒng)將自動讀出。重復(fù)操作(3)，直到所有參數(shù)測量完畢。（4）待所有參數(shù)測量完畢后，點擊按鈕，彈出波德圖窗口，記錄所測得的波德圖；點擊按鈕，可以得到實驗對象的閉環(huán)極坐標。記錄所測的閉環(huán)極坐標圖。（5）根據(jù)所測圖形可適當修改正弦波信號的角頻率和幅值重新測量，達到滿意的效果。 3.間接測量方法(測對象的開環(huán)頻率特性)將示波器的“CH1”接至3＃運放的輸出端，“CH2”接至1＃運放的輸出端。按直接測量的參數(shù)將參數(shù)設(shè)臵好，將測量方式改為“間接”測量。此時相位差是反饋信號和誤差信號的相位差，應(yīng)將兩路游標放在反饋信號和誤差信號上。記錄實驗對象的開環(huán)波德圖。4.注意：（1）測量過程中要去除運放本身的反相的作用，即保持兩路測量點的相位關(guān)系與運放無關(guān)，所以在測量過程中可能要適當加入反相器，濾除由運放所導致的相位問題。（2）測量過程中，可能會由于所測信號幅值衰減太大，信號很難讀出，須進行放大，若放大的比例系數(shù)不合適，會導致測量誤差較大。所以要適當?shù)卣{(diào)整誤差或反饋比例系數(shù)。五、實驗報告要求1.記錄被測對象的閉環(huán)極坐標圖和開環(huán)波德圖。實驗五線性系統(tǒng)的校正實驗?zāi)康恼莆障到y(tǒng)校正的方法，重點了解串聯(lián)校正。比較分析校正前后控制系統(tǒng)的時域動態(tài)品質(zhì)。二、實驗設(shè)備PC機一臺，TD-ACC+實驗系統(tǒng)一套，導線若干三、實驗原理1.原系統(tǒng)的性能指標系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3.5-1所示：圖3.5-1模擬電路圖如圖3.5-2所示：圖3.5-2開環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)與典型二階系統(tǒng)比較得出：系統(tǒng)的特征參數(shù)，系統(tǒng)的性能指標，靜態(tài)誤差系數(shù)期望校正后系統(tǒng)的性能指標要求采用串聯(lián)校正的方法，使得系統(tǒng)滿足下述的性能指標：，，串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的理論推導由公式，可得：，設(shè)校正后的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為由期望值得：，則校正后的閉環(huán)傳遞函數(shù)為與典型二階系統(tǒng)比較得出：系統(tǒng)的特征參數(shù)，；取，則T=0.05s，從而得出，滿足從而校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)為因為原系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，且采用串聯(lián)校正，所以串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為。加校正環(huán)節(jié)后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3.5-3所示：圖3.5-3對應(yīng)的模擬電路圖如圖3.5-4所示：圖3.5-4四、實驗步驟1.按圖3.5-2將線接好，檢查無誤后開啟設(shè)備電源。2.啟動計算機，在桌面雙擊圖標[TD-ACC+]運行軟件。3.測試計算機與實驗箱的通信是否正常，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)進行實驗。4.將信號源單元的“ST”端插針與“S”端插針用“短路塊”短接。由于每個運放單元均設(shè)置了鎖零場效應(yīng)管，所以運放具有鎖零功能。將開關(guān)設(shè)在“方波”檔，分別調(diào)節(jié)調(diào)幅和調(diào)頻電位器，使得“OUT”端輸出的方波幅值為1V，周期為10s左右。5.將步驟4中的方波信號加至輸入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表筆分別監(jiān)測模擬電路的輸入Ui端和輸出Uo端。記錄原系統(tǒng)的實驗波形及超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間。6.按圖3.5-4將線接好，檢查無誤后開啟設(shè)備電源。7.將步驟4中的方波信號加至輸入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表筆分別監(jiān)測模擬電路的輸入Ui端和輸出Uo端。記錄加入校正環(huán)節(jié)后系統(tǒng)的實驗波形及超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間，是否達到期望值，若未達到，請仔細檢查接線及其電阻電容值。實驗報告要求記錄校正前后的實驗數(shù)據(jù)及響應(yīng)曲線。畫出校正前后的波德圖，分析其穩(wěn)定性與品質(zhì)，并與實驗結(jié)果比較。闡明校正的作用。

附錄一對象整定的方法由于有些實驗中對實驗對象和傳遞函數(shù)的一致性要求較嚴格，如最小拍實驗，所以應(yīng)對實驗對象加以整定，下面介紹一簡便方法供參考：積分器（積分環(huán)節(jié)）按圖a接線，將信號源單元的“S”與“ST”用“短路塊”短接，由OUT端輸出調(diào)好的周期1s，幅值1V的方波，作為積分器的輸入信號。用示波器觀察積分器1s時A的幅值，調(diào)節(jié)電位器W1，如果A為－1V，則積分器為，以此類