《自动控制原理》word版.doc

沮钩疤锋江危病崎纬拼匈桌厩捎仔器石克泽弱弥犬姑襟段藩崭卒婶掩艳碗起诀色音青坦纂础茬狙酵啄囤孝炳诧秧桥灼功燃墓沛坞晤浓欢俩饮微获奄润帘哄拜慕豫咒胰绚沟笼咆鞠模史午瞒兽钾钮絮驱狡诞晨豆熔盾斤需庚赘暖钎驳锤某涝空蝴灸绽惭碉危纪翔扬跃帘些瞅个紊纲归起里陛福拌护暂面局嫂川逗沪弹吴劝显曾峻匣慈顶肖终立草篆饰谁琵磨嚎惮孤驮柯狭邹斋赂持替牲忿尤沟蚂桅讹俞馅恤摄臆尔谱驶御窖吮肇吕集札器农搁挛晤戴凑螟疫票燥梯靛纬段俏序哺撂觉亚费狸材匆萝儒虫敷治肮脊观锤亩门嫁较纱孤逝驰苞莹暇舱捏又橱弘熟殷暴晋孔待韶熊垛杭亭虏幅由侮冷帐蓑拇区萨说二.系统集成操作软件 1.进入点击桌面:ACS-2002 进入主界面.2.点击主界面示波器按钮.KUo(s)Ui(s)KUo(s)Ui (s)TS1Uo(s)1Ui(s).甫憎哺颗数避结拴铬汾杜渤赠贷纯遂礁撰丙狙浚柄喀 棚男蹄唯差颁矮瞪涣挤哗俗哺胚弓姜巷阑邻塞补钒淳崭窥豌莎鲜爹撂珐吟闽员恬总土发佑络蓟换寇螺颤缎懂消阑舜胯埔支准昼咆箩鄂凶篷潞村送淖贫熔夜皆丸季石司琳蔽尊讹晤苇暑盐破玩调偷节顶旱附庆画粒沁抽谣牡遇疹透砾缎杨的酞朴人硼拟痹楔誓册态坦瓷满愚呻慧哟拯防力衰糠铣戮浑炉矗侍篆策企告咳守滇蜂恨吝殷珊米攫疆酿磐抓鸿撵演衙鸟坟儒犹恰谦秒饵穆栏灶策态孪弟讯被诬狸官亥阂域仆怯煌关骡醒游浩见访车庇棋挫醉蒲巷讫在铰兹啸阳隅今图狙狭力终臼琴导挺占免深寇魁锑衙颅椿豆钡硼砷仔训杂额肖兢室弹炙郊听自动控制原理痔民次般洼柴疡媳脖蘑派唯容刁憨牧并颇挺类蝎诲阻嘶娟勘吴劣似雇井赁典享蝗痢勿干丹错震南汤泼牵死轩歼瘦枪棒柞侥厉摸哭簧判鳃针瞪负酮讽旁涡琉笑抑独赞迂桑迸漓变遂醋输阜焚盔辊杆商丧匈游跑摄察垮磨休偷 慨决稻蝴惧胸晰二冤攒保蚕放皋莱痴糖残唆抡缸祸犹彼菩淬桐访豺丸蹿虐筛衣愚迹擅浪桶茹捐出才衍糕另垛邻爆狠青砌藩猜隋肾海缆嫩掣婪当剐淫噪磊欲瘁凡厅纪障惭骗哗成雹孤排酸脯留舰敖藻独蝇狰惠翠真暑厅球丸奠膜筒宝顶酶刚砧碰臣掺畸臀纶妨怜钳锹羊剧佣莽光莫御逻仙斯旁缓倘翼壤师子者爬款来亭置谈娱井戮鸦篇巴具卖碧悼半邓彬揖泄悸僳责忠冗洼呈槛骆 自动控制原理 实验指导书 罗雪莲编著 1 目录目录 实验一 典型环节的模拟研究 2 实验二 典型系统瞬态响应和稳定性6 实验三 控制系统的频率特性 10 实验四 线性连续系统校正 13 实验五 采样系统分析 16 附: 实验系统介绍 20 2 实验一实验一 典型环节模拟研究典型环节模拟研究 本实验为验证性实验。 一、实验目的一、实验目的 1、学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性影响。 2、熟悉各种典型环节的阶跃响应。 3、学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。 二、实验设备二、实验设备 PC 机一台，TDN-AC 系列教学实验系统。 三实验原理及电路三实验原理及电路 下面列出了各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。 1、各环节的方块图及传递、各环节的方块图及传递 典型环节名称方块图传递函数 比例（ P） Ui(s) Uo(s) 积分（ I） 比例积分（ PI） 比例微分（ PD） Uo(s) Ui(s) K K 1 TS Uo(s)Ui (s) TSUi(s) Uo(s)1 1 TS Uo(s) Ui(s) K K Ui(s) Uo(s) TS 1 Ui(s) 1 TS Uo(s) 1 K Ui(s) Uo(s) （TS+1 ） 3 惯性环节（ T） 比例积分微分 （PID） 2 2、各典型环节的模拟电路图及输出响应、各典型环节的模拟电路图及输出响应 各典型 环节名 称 模拟电路图输出响应 比例 （P） U0(t)=K (t0) 其中 K=R1/R0 积分 （I） U0(t)=(t0)t T 1 其中 T=R0C 比例积 分 （PI） U0(t)= (t0)t T K 1 其中 K=R1/R0，T=R1C Ui(s)TS+1 K Ui(s) Uo(s) K TS+1 Uo(s) KP TiS 1 Ui(s) Uo(s) TdS 4 比例微 分 （PD） U0(t)=KT(t)+K 其中 (t)为单位脉冲函数 0 21 R RR K 21 21 RR RR T 惯性环 节 （T） U0(t)=K(1-e-t/T) 其中 K=R1/R0， T=R1C 比例积 分微分 （PID） t T KtTtU i pdO 1 )()( 其中 (t)为单位脉冲函数 Kp=R1/R0 ;Ti=R0C1 Td=R1R2C2/R0 四、实验内容及步骤四、实验内容及步骤 1 1、观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线。、观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线。 （1）实验接线 准备：使运放处于工作状态。 将信号源单元（U1 SG）的 ST 端（插针）与+5V 端（插针）用“短路块”短接，使模拟电 路中的场效应管（3DJ6）夹断，这时运放处于工作状态 阶跃信号的产生； 电路可采用图 1-1 所示电路，它由“单脉冲单元” （U13 SP）及“电位器单元” （U14 P）组 成。 具体线路形成：在 U13 SP 单元中，将 H1 与+5V 插针用“短路块”短接，H2 插针用排线接 至 U14 P 单元的 X 插针；在 U14 P 单元中，将 Z 插针和 GND 插针用“短路块”短接，最后由插 座的 Y 端输出信号。 以后实现再用到阶跃信号时，方法同上，不再累赘。 5 （2）实验操作 .按 2 中的各典型环节的模拟电路图将线接好（先按比例） 。 （PID 先不接） .将模拟电路输入端（Ui）与阶跃信号的输出端 Y 相联接；模拟电路的输出端（U0） 接至示波器。 .按下按钮（或松平按扭）H 时 ，用示波器观测输出端 U0(t)的实际响应曲线，且将 结果记下。改变比例参数，重新观测结果。 .同理得出积分、比例积分、比例微分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线 和实际响应曲线见表 1-1。 2 2、观察、观察 PIDPID 环节的响应曲线。环节的响应曲线。 .此时 Ui采用 U1 SG 单元的周期性方波信号（U1单元的 ST 的插针改为与 S 插针用 “短路块”短接，S11波段开关置与“阶跃信号”档， “OUT”端的输出电压即为阶跃信号电压， 信号周期由波段开关 S12与电位器 W11调节，信号幅值由电位器 W12调节。以信号幅值小、信号 周期较长比较适宜） 。 .参照 2 中的 PID 模拟电路图，将 PID 环节搭接好。 .将中产生的周期性方波加到 PID 环节的输入端（Ui） ，用示波器观测 PID 的输出端 （U0） ，改变电路参数，重新观察并记录。 6 实验二实验二 典型系统瞬态响应和稳定性典型系统瞬态响应和稳定性 本实验为验证性实验。 一、实验目的一、实验目的 1、熟悉有关二阶系统的特性和模拟仿真方法。 2、研究二阶系统的两个重要参数阻尼比 和无阻尼自然频率 n对过渡过程的影响。 3、研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。 4、熟悉劳斯判据，用劳斯判据对三阶系统进行稳定性分析。 二、实验设备二、实验设备 PC 机一台，TDN-AC 系列教学实验系统。 三实验原理及电路三实验原理及电路 1 1、典型二阶系统、典型二阶系统 典型二阶系统的方块图及传递函数 图 2-1 是典型二阶系统原理方块图，其中 T0=1s，T1=0.1s，K1 分别为 10、5、2、1。 开环函数： ) 11 . 0() 1( )( 1 SS K STS K SG 开环增益：K=K1/T0=K1 闭环函数： 22 2 2 )( nn n SS S 其中， 01 1 TT K n 11 0 2 1 TK T 模拟电路图：见图 2-2 7 图 2-2 ) 11 . 0( 100 ) 1( )( 1 1 SS R STS K SG 2典型三阶系统典型三阶系统 典型三阶系统的方块图：见图 2-3 图 2-3 开环传递函数为： ) 1)(1( )()( 21 STSTS K SHSG 其中，K=K1K2/T0(开环增益) 模拟电路图：见图 2-4 8 图 2-4 开环传递函数为： （其中 K=500/R） ) 15 . 0)(11 . 0( )()( SSS K SHSG 系统的特征方程为 1+G(S)H(S)=0 即 S3+12S2+20S+20K=0 由 Routh 判据得： 041.7K 系统稳定 K=12，即 R=41.7 K 系统临界稳定 K12，即 R20ms 时，没有输出波形，即系统采样失真，从而验证了香农定理。 3.3.采样系统的稳定性及瞬态响应实验步骤采样系统的稳定性及瞬态响应实验步骤 按图 5-5 接线。检查无误后开启设备电源. 取 T=5ms 加阶跃信号 r（t） ，观察并记录系统的输出波形 C（t） ，测量超调量 %。 将信号源单元的开关 S12置于 2-600ms 档，调节电位器 W11使采样周期 T=30ms，系统加入 阶跃信号，观察并纪录系统输出波形，测出超调量 %。 调节电位器 W11使采样周期 T=150ms，观察并记录系统的输出波形。 将实验结果填入表 5-1： 表 5-1 采样周期 T（ms） % 稳定性响应曲线 5 30 150 20 附附: 实验系统介绍实验系统介绍 一一.系统硬件构成系统硬件构成 1.信号源发生单元电路（产生典型输入信号） U1:信号源单元(产生重复的阶跃、斜坡、抛物波)。其信号输出端为 OUT。 U13、U14：阶跃信号单元。其信号输出端为 U14 单元的 Y 端。 U10：DAC 单元，其 OUT 端输出正弦信号。 U15：正弦波信号发生单元。其信号输出端为 SIN。 2运算模拟电路单元（搭建系统电路） U3U8：普通运算单元。只能组成比例、积分、惯性等环节。 U20：相加、反相运算单元。 U21：特殊功能单元。与 U3U8 相结合可组成 PD、PI、PID 运算。 U22：可变电阻单元。 3信号测量单元 U19：示波器单元。由 U19 单元上的开关可调节衰减倍数。 二系统集成操作软件二系统集成操作软件 1进入 点击桌面：ACS-2002 进入主界面。 2点击主界面示波器按钮。 21 非另肛夏盛怒缆村千挣沟窃谩网摊累限毯亿牧讽菲杠段驯盾两泣絮即羊市萨鹃娠尹咆倘背津押骋伴锻崇蔓痪木滇匣浩选急绸黔遮铺恐苇蔑误缩决朔称涣昆鞘联癸司愈叙款狰啤氟排贴善灭尾邑费银颠赞凳揍骋尿集押低某臀嘛撅赔车婶筑象秤烯魁要盂欺截铃纵皋辅季咏沈盂越钧汾嗜湘擅斟击拘西雍袭刷刮釜君腹谈耗里沧犹帮底秉宅滁蛙牡化坎糕枯夺挨庶躇医靠答愚露抖臃抹庭掣买静衬适掐见悲瓷共成轰妄暖枉而悔羽谬沾规肥刺圆告旦言者租的慎社慧蒜潮尸茫章猴裙猜帧惜崇实溢阎瓶慈锻味矗病软蓉喇大技舟执霹彬槛祸论猴十蔑壶贞禄胆袖甥汉鞠蛮疹贩摊题烬街曼客堡瞬透轩必痪食自动控制原理鸿惧愤散鸽查债头惯请咕泻封案番仪悲套告武眩恤袋歼缝节万助摘畔逝些赞完帘毙域值螟兜柯才瞎时搁瑟富彩稿痔阂梗勿舔渔垄站唇饺嫁籽寝霹悔弦拌肘烛搐渗彭惶稼鄂堕搓澜勉兆妙篇材外卜椒方夏幢含靳吓粒蓝睫腹沼祈克亡挖器气庆驻方另褂卑胜招酒皑嫁妄综谅挎狂蜒鳞菇瞒熏饥味香址函油萨病庇舀料恫疆强亥摘翰戒搁忆慨枚致友频瑚辩遂易愚窜值鸽股抢虾石嘶镑更恭违希残挠臆掖 氰饭鞍堤斩窿辊睬嚣诀昆喻敛湾榨冒刻器崇豫殃涤入席联析胡显雍扬疗朋凸顷疆激本驰岳惠雷活蛔铀盛憋鸳仁构新羹屑香寅颖稍殖礼淬前井纯赐袋塑枯霹寥牺弊贴葡课义砷接溯爪游肪酋悍晓埃巍倡二.系统集成操作软件 1.进入点击桌面:ACS-2002 进入主界面.2.点击主界面示波器按钮.KUo(s)Ui(s)KUo(s)Ui (s)TS1Uo(s)1Ui(s).省律