《自动控制原理》实验教案

1、自动控制原理实验教案实验名称典型环节与典型系统的模拟及分析实验类型验证型教学时数2小时授课日期2 教学对象自动化专业2014级1,2班每组人数3人教学目的及要求目的：在KJ82-3型自动控制系统模拟机上，观察各典型环节的动态性能，阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响。学习超低频长余辉示波器以及数字万用表的使用方法；要求：通过该实验，使学生学习超低频长余辉示波器以及数字万用表的使用方法，熟悉一阶系统和二阶系统在几种典型环节输入信号作用下的输出响应曲线，能够熟练分析其动态特性，牢固掌握线性系统的时域分析法。实验教学设计课时分配（分）1. 上交预习报告；2. 讲解本次实验课所需用到的实验设备：

2、自动控制系统教学模拟机 一台 示波器 一台 数字万用表 一块 所需的消耗性器材： 电线，电池，插针，探头103. 简单提问预习的部分内容，给出预习成绩；53. 讲述实验：（1）简单回顾与该实验内容相关的课堂讲授的基本原理（2）实验内容及操作步骤（3）实验注意事项（4）实验报告要求154. 学生操作，教师巡回检查辅导：（1）比例环节：当r(t)=1V时，观测不同的比例系数K时的输出波形，并作记录（以下记录波形时均这样处理。绘制曲线时，应将输入输出信号绘制于同一坐标系中，标示出相应参数）；（2）积分环节：当r(t)=1V时，保持K =1不变，分别观测时间常数T=1秒，0.1秒时的输出波形，并作记录

3、；（3）振荡环节（二阶系统）：当r(t)=1V时，分别设置=0.1,0.5,0.707,1观察输出波形，读出并记录各值时的超调量p%和过渡过程时间ts(取=0.05)，并绘制= 0.1、0.5、0.707、1四种情况时的输出波形。90教学重点与难点重点：验证一阶系统的比例环节、积分环节、惯性环节的响应特性和二阶系统的振荡环节响应特性；对比各每种响应曲线与理论内容的相同点与不同点。难点：二阶系统振荡环节，在四种不同阻尼比情况下的输出响应。教学手段回顾课堂理论讲授内容+实际电路模拟验证参考资料自动控制原理实验指导书报告要求（1）写明实验内容及一切原始数据，测试数据及波形图；（2）要有准确的实验记录

4、，包括测试数据和测试曲线图；（3）准确描述实验中出现的现象并作出分析；（4）根据实验内容要求，将测试得到的阶跃响应曲线的各种参数与理论计算值进行比较；将实际参数K、T与实验时所设置的原始数据进行比较；（5）对二阶系统的振荡环节测试曲线，求取在=0.1,0.5、0.707,1四种情况下的超调量p%和过渡过程时间ts(取=0.05)的理论值，并与实验测试的数据进行比较分析。思考题如果测试数据与理论数据存在差距，原因有哪些？自动控制原理实验教案实验名称频率特性的测试与分析实验类型验证型教学时数2小时授课日期教学对象自动化专业2014级1,2班每组人数3人教学目的及要求目的：在KJ823型自动控制系统

5、学习机上掌握频率特性的测试原理及方法；根据开环系统的对数频率特性，确定系统组成环节的参数。进一步掌握电模拟方法；要求：通过该实验，写出被测系统传递函数；整理实验数据，在直角坐标纸上做出被测系统的频率特性，在半对数坐标纸上做出被测系统的对数幅频特性和相频特性；参考相频特性，对对数幅频特性采取折线近似，从而确定出被测系统的参数（转折频率、阻尼比、开环放大倍数）与实验时所设置的原始数据进行比较。实验教学设计课时分配（分）1. 上交预习报告；2. 讲解本次实验课所需用到的实验设备：自动控制系统教学模拟机 一台 TD4010型频率响应分析仪 一台 数字万用表 一块 所需的消耗性器材： 电线，电池，插针，

6、探头103. 简单提问预习的部分内容，给出预习成绩；54. 讲述实验：（1）简单回顾与该实验内容相关的课堂讲授的基本原理（2）实验内容及操作步骤（3）实验注意事项（4）实验报告要求155. 学生操作，教师巡回检查辅导：（1）通过实验的方法来确定频率特性，即改变正弦输入信号的角频率，测出与此相应的输出信号稳态分量的振幅及其相对于正弦输入信号的相移，然后计算出输出/输入对于频率的函数曲线得到幅频特性；（2）求取相移对于信号频率的函数曲线，得到相频特性。90教学重点与难点重点：（1）频率响应分析仪的使用方法；（2）通过实验测试得到的实际数据，利用描点法得到频率特性的两种图形表示：极坐标图和伯德图；难

7、点：整理实验数据，在直角坐标纸上做出被测系统的频率特性，在半对数坐标纸上做出被测系统的对数幅频特性和相频特性。教学手段讲授基本原理+实际电路模拟验证参考资料自动控制原理实验指导书报告要求（1）写出被测系统传递函数；（2）整理实验数据，在直角坐标纸上做出被测系统的频率特性，在半对数坐标纸上做出被测系统的对数幅频特性和相频特性；注意：表中所测数据为被测系统的输出数据。系统的幅频特性应为：系统的对数幅频特性应为：（3）参考相频特性，对对数幅频特性采取折线近似，从而确定出被测系统的参数（转折频率、阻尼比、开环放大倍数）与实验时所设置的原始数据进行比较。思考题如果绘制出来的图形有某些地方出现凹凸现象，原

8、因是什么？自动控制原理实验教案实验名称控制系统的串联校正实验类型综合设计型教学时数2小时授课日期教学对象自动化专业2014级1,2班每组人数3人教学目的及要求目的：（1）了解比例微分（PD）和比例积分（PI）及比例积分微分（PID）校正在控制系统中的作用；（2）观察比较校正前后控制系统的时域动态品质；要求：（1）通过该实验，在KJ823型自动控制系统学习机上研究校正装置对系统性能的影响，学习校正装置的设计和实现方法，掌握校正参数的调试方法；（2）按给定的或自己设计的模拟线路接线，观察未加校正系统（模拟线路中K打开时）的阶跃响应过渡过程，并与理论计算相比较。实验教学设计课时分配（分）4. 上交预

9、习报告；5. 讲解本次实验课所需用到的实验设备：自动控制系统教学模拟机 一台 示波器 一台 数字万用表 一块 所需的消耗性器材： 电线，电池，插针，探头106. 简单提问预习的部分内容，给出预习成绩；55. 讲述实验：（1）简单回顾与该实验内容相关的课堂讲授的基本原理（2）实验内容及操作步骤（3）实验注意事项（4）实验报告要求156. 学生操作，教师巡回检查辅导：（1）按给定的或自己设计的模拟线路接线，观察未加校正系统（模拟线路中K打开时）的阶跃响应过渡过程，并与理论计算相比较。并将实验结果记录在相应的实验记录表中；（2）按实验线路加入对应的校正后（模拟线路中K闭合时），观察加校正后系统的阶跃响应过渡过程，并与理论计算相比较。并将实验结果记录在相应的实验记录表中。90教学重点与难点重点：（1）串联超前校正（PD）装置和串联滞后校正（PI）装置的特点与设计方法；（2）滞后-超前校正装置的主要特点；难点：（1）根据已知性能指标要求，确定采用哪一种校正方法；（2）能够运用各种校正方法设计校正装置。教学手段（1）根据实验指导书中给定的模拟电路搭建校正环节电路；（2）根据系统性能要求，自主设计校正环节电路。参考资料自动控制原理实验指导书报告要求（1）写明实验线路及参数，必须测试