自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

目錄TOC\o"1-2"\h\u23104一、實(shí)驗(yàn)須知 ④測(cè)量方式：實(shí)驗(yàn)中采用間接方式，只須用兩路表筆CH1和CH2來(lái)測(cè)量圖3.3-1中的反饋測(cè)量點(diǎn)和誤差測(cè)量點(diǎn)，通過(guò)移動(dòng)游標(biāo)，確定兩路信號(hào)和輸入信號(hào)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(cè)量方法只要環(huán)節(jié)的時(shí)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(cè)量法直接測(cè)量輸入、輸出信號(hào)的幅值和相位關(guān)系，就可得出環(huán)節(jié)的頻率特性。①實(shí)驗(yàn)對(duì)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(cè)量方式：實(shí)驗(yàn)中選擇直接測(cè)量方式，用CH1路表筆測(cè)輸出測(cè)量端，通過(guò)移動(dòng)游標(biāo)，測(cè)得輸出與信號(hào)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(shí)驗(yàn)對(duì)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(kāi)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(shí)驗(yàn)步驟1.將信號(hào)源單元的“ST”插針?lè)謩e與“S”插針和“+5V”插針斷開(kāi)，運(yùn)放的鎖零控制端“ST”此時(shí)接至示波器單元的“SL”插針處，鎖零端受“SL”來(lái)控制。將示波器單元的“SIN”接至圖3.4-5中的信號(hào)輸入端。2.直接測(cè)量法（測(cè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的閉環(huán)頻率特性）（1）“CH1”路表筆插至圖3.4-5中的4＃運(yùn)放的輸出端。（2）打開(kāi)集成軟件中的頻率特性測(cè)量界面，彈出時(shí)域窗口，點(diǎn)擊按鈕，3.4-63.4-6（3）確認(rèn)設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)后，點(diǎn)擊按鈕，發(fā)送一組參數(shù)，待測(cè)試完畢，顯示時(shí)域波形，此時(shí)需要用戶自行移動(dòng)游標(biāo)，將兩路游標(biāo)同時(shí)放置在兩路信號(hào)的相鄰的波峰(波谷)處或零點(diǎn)處，來(lái)確定兩路信號(hào)的相位移。兩路信號(hào)的幅值系統(tǒng)將自動(dòng)讀出。重復(fù)操作(3)，直到所有參數(shù)測(cè)量完畢。（4）待所有參數(shù)測(cè)量完畢后，點(diǎn)擊按鈕，彈出波德圖窗口，記錄所測(cè)得的波德圖；點(diǎn)擊按鈕，可以得到實(shí)驗(yàn)對(duì)象的閉環(huán)極坐標(biāo)。記錄所測(cè)的閉環(huán)極坐標(biāo)圖。（5）根據(jù)所測(cè)圖形可適當(dāng)修改正弦波信號(hào)的角頻率和幅值重新測(cè)量，達(dá)到滿意的效果。 3.間接測(cè)量方法(測(cè)對(duì)象的開(kāi)環(huán)頻率特性)將示波器的“CH1”接至3＃運(yùn)放的輸出端，“CH2”接至1＃運(yùn)放的輸出端。按直接測(cè)量的參數(shù)將參數(shù)設(shè)臵好，將測(cè)量方式改為“間接”測(cè)量。此時(shí)相位差是反饋信號(hào)和誤差信號(hào)的相位差，應(yīng)將兩路游標(biāo)放在反饋信號(hào)和誤差信號(hào)上。記錄實(shí)驗(yàn)對(duì)象的開(kāi)環(huán)波德圖。4.注意：（1）測(cè)量過(guò)程中要去除運(yùn)放本身的反相的作用，即保持兩路測(cè)量點(diǎn)的相位關(guān)系與運(yùn)放無(wú)關(guān)，所以在測(cè)量過(guò)程中可能要適當(dāng)加入反相器，濾除由運(yùn)放所導(dǎo)致的相位問(wèn)題。（2）測(cè)量過(guò)程中，可能會(huì)由于所測(cè)信號(hào)幅值衰減太大，信號(hào)很難讀出，須進(jìn)行放大，若放大的比例系數(shù)不合適，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差較大。所以要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整誤差或反饋比例系數(shù)。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.記錄被測(cè)對(duì)象的閉環(huán)極坐標(biāo)圖和開(kāi)環(huán)波德圖。實(shí)驗(yàn)五線性系統(tǒng)的校正實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆障到y(tǒng)校正的方法，重點(diǎn)了解串聯(lián)校正。比較分析校正前后控制系統(tǒng)的時(shí)域動(dòng)態(tài)品質(zhì)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，導(dǎo)線若干三、實(shí)驗(yàn)原理1.原系統(tǒng)的性能指標(biāo)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(kāi)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(biāo)，靜態(tài)誤差系數(shù)期望校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)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(biāo)：，，串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的理論推導(dǎo)由公式，可得：，設(shè)校正后的系統(tǒng)開(kāi)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(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為因?yàn)樵到y(tǒng)開(kāi)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(duì)應(yīng)的模擬電路圖如圖3.5-4所示：圖3.5-4四、實(shí)驗(yàn)步驟1.按圖3.5-2將線接好，檢查無(wú)誤后開(kāi)啟設(shè)備電源。2.啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo)[TD-ACC+]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.將信號(hào)源單元的“ST”端插針與“S”端插針用“短路塊”短接。由于每個(gè)運(yùn)放單元均設(shè)置了鎖零場(chǎng)效應(yīng)管，所以運(yùn)放具有鎖零功能。將開(kāi)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(hào)加至輸入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表筆分別監(jiān)測(cè)模擬電路的輸入U(xiǎn)i端和輸出Uo端。記錄原系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)波形及超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。6.按圖3.5-4將線接好，檢查無(wú)誤后開(kāi)啟設(shè)備電源。7.將步驟4中的方波信號(hào)加至輸入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表筆分別監(jiān)測(cè)模擬電路的輸入U(xiǎn)i端和輸出Uo端。記錄加入校正環(huán)節(jié)后系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)波形及超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，是否達(dá)到期望值，若未達(dá)到，請(qǐng)仔細(xì)檢查接線及其電阻電容值。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求記錄校正前后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及響應(yīng)曲線。畫(huà)出校正前后的波德圖，分析其穩(wěn)定性與品質(zhì)，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較。闡明校正的作用。

附錄一對(duì)象整定的方法由于有些實(shí)驗(yàn)中對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象和傳遞函數(shù)的一致性要求較嚴(yán)格，如最小拍實(shí)驗(yàn)，所以應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象加以整定，下面介紹一簡(jiǎn)便方法供參考：積分器（積分環(huán)節(jié)）按圖a接線，將信號(hào)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(hào)。用示波器觀察積分器1s時(shí)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(lèi)