自动控制原理实验课件

如何确定电阻值
2．惯性环节的模拟电路如图3.1-2所示，传递函数 为
3．积分环节的模拟电路如图3.1-3所示，传递函数为
4．微分环节的模拟电路如图3.1-4所示，传递函数 为
5．比例+微分环节的模拟电路如图3.1-5所示（未标明
的C=0.01μF），传递函数为
6．比例+积分环节的模拟电路如图3.1-6所示，传递函 数为
5．取ωn =10rad/s，即令R=100KΩ，C=1μF；分别取ζ = 0.5、 1、2，即取R1=100KΩ，R2分别等于100KΩ、200KΩ、 400KΩ。输入阶跃信号，测量不同的ζ 时系统的阶跃响应， 并由显示的波形记录最大超调量
% 和调节时间
•
Ts的数值和响应动态曲线，并与理论值比较。
9．测量系统的阶跃响应曲线，并记入表3.1-1中。
七、实验报告
• 1．由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的 传递函数，并与由电路计算的结果相比较。 2．整理将实验中测得的曲线、数据及理论计算值， 并列表。
实验二
• 一、实验目的
•
二阶系统阶跃响应

1．研究二阶系统的特征参数，阻尼比和无阻尼自然频率 n 对系统动 态性能的影响。定量分析 和 与最大超调量 和调节时间 T 之 n s 间的关系。
Ts 3T
六、实验内容
• 典型二阶系统的闭环传递函数为:
• 其中，ζ 和 n 对系统的动态品质有决定的影响。 构成图3.21典型二阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应。电路的结 构图如图3.2-2所示，系统闭环传递函数为:
• 式中， T
RC
K R2 / R1
比较（3.2-1）、（3.2-2）二式，可得:
•
•
由（3.2-3）式可知，改变比值R2/R1，可以改变二阶系 统的阻尼比。改变RC值可以改变无阻尼自然频率ωn。
今取R1=200K，R2 =100KΩ和200KΩ，可得实验所需 的阻尼比。电阻R取100KΩ，电容C分别取1μF和0.1μF， 可得两个无阻尼自然频率ωn。
七、实验步骤
• 1．连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、 D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入， 检查无误后接通电源。 • 2．启动计算机，在桌面双击图标“自动控制实验系统”运行 软件。 • 3．测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如 通信不正常，查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。 • 4．在实验课题下拉菜单中选择实验二“二阶系统阶跃响应”， 单击该选项弹出实验课题参数窗口。
取R=100KΩ，改变电路中的电容C=0.1μF（注意：二个电容
6．取ζ = 0.5。即电阻R2取R1=R2 =100KΩ；ωn =100rad/s, 即
值同时改变）。输入阶跃信号测量系统阶跃响应，并由显示
的波形记录最大超调量 和调节时间 % 。s T
7．取R=100KΩ；改变电路中的电容C=1μF， R1=100KΩ，调节电阻R2 =50KΩ。输入阶跃信号测 量系统阶跃响应，记录响应曲线，特别要记录 % 和 T p 的数值。 8．测量二阶系统的阶跃响应并记入表3.2-1中。
六、实验步骤
1. 启动计算机,在桌面双击 “自动控制实验系统” 图标，运行 软件。 2. 测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续，如 通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。 3．比例环节 （1）按图3.1-1连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入 U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的 AD1输入，检查无误后接通电源。 （2）在实验课题下拉菜单中选择“典型环节及其阶跃响应
• （3）鼠标单击实验课题弹出实验课题参数窗口。在参数设 置窗口中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显 示区显示实验结果。 • （4）观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。
• （5）记录波形及数据。
• 4．惯性环节
• （1）按图3.1-2连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输 入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A 卡的AD1输入，检查无误后接通电源。 • （2）实验步骤同3（2）~（5）。
2、时域性能指标的测量方法：
• •
T p 与 T 的测量方法为: s
利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到 达95%稳态值所需的时间值,便得到 T p 与 Ts . Ts 理论计算方法: •
Ts 3T
五、实验内容
• 构成比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、比例+微 分环节、比例+积分环节等6种典型一阶系统的模拟电路，并 测量其阶跃响应。 • 1．比例环节的模拟电路如图3.1-1所示，传递函数为:
• 7．比例+微分环节
• （1）按图3.1-5连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输 入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A 卡的AD1输入，检查无误后接通电源。 • （2）实验步骤同3（2）~（5）。
• 8．比例+积分环节
• （1）按图3.1-6连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输 入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A 卡的AD1输入，检查无误后接通电源。 • （2）实验步骤同3（2）~（5）。
• 一、实验目的与要求 • 1、观察系统的不稳定现象。 • 2、研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。 • 二．重点与难点
1．注重实验数据的分析与处理，加强对实验现象的观察与理解。
• 2．系统的参数与其动、静态性能间的关系以及对稳定性概念的 理解。
• 三、实验仪器
• • 1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台
• 6．在步骤5条件下，使系统工作在不稳定状态，即工作在等 幅振荡情况。改变电路中的电容C由1μF变成0.1μF，重复实 验步骤4观察系统稳定性的变化。 • 7．将实验结果填入表3.3-1中。
七、实验报告
实验的安全问题和实验设备的正确使用。
五、实验原理
1．模拟实验的基本原理： 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节， 即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型 环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来， 便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输 入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得 到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还 可进一步分析研究参数对系统性能的影响。
• 1 、注重实验数据的分析与处理，加强对实验现象的观察与 理解。 • 2 、传递函数用电路来实现的方法。
• 三、注意事项
• 实验的安全问题和实验设备的正确使用。
四、实验原理
• 1、模拟实验的基本原理
• 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环 节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各 种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节 连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到 模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统 的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改 变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影 响。
如通信不正常，查找原因使通信正常后才可以继续进行实
验。
• 4．在实验课题下拉菜单中选择实验三“控制系统的稳定性 分析”，弹出实验课题参数窗口。其中设置输入信源电压
• U1 = 1V，点击确认观察波形。 • 5．取R3的值为50KΩ、100KΩ、200KΩ，此时相应的K = 10K1 = 5、10、20。观察不同R3值时显示区内的输出波形 （即U2的波形），找到系统输出产生增幅振荡时相 应的R3 及K值。再把电阻R3由大至小变化，即R3 = 200KΩ、 100KΩ、50KΩ，观察不同R3值时显示区内的输出波形, 找 出系统输出产生等幅振荡变化的R3及K值，并观察U2的输出 波形。
• 5．积分环节
（1）按图3.1-3连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入 U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡 的AD1输入。检查无误后接通电源。
• （2）实验步骤同3（2）~（5）。
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• 6．微分环节
（1）按图3.1-4连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输 入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A 卡的AD1输入，检查无误后接通电源。 • （2）实验步骤同3（2）~（5）
自动控制原理实验教案
名称 ：自动控制原理实验
指导实验教师：周兆丰
系别 ：控制
班别 0903
总学时数 12
周
实验名称
控制系统典型环节 及其阶跃响应 二阶系统阶跃响应
学时
性质 实
基础必 选 基础必 选
验
基
本
目
的
12
3
掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法； 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。 研究二阶系统的特征参数，阻尼比和无阻尼 自然频率n对系统动态性能的影响。定量分 析 和n与最大超调量Mp和调节时间tS之间 的关系。 通过二阶、三阶系统的模拟电路实验，掌握线 性定常系统动、静态性能的一般测试方法。研 究二阶、三阶系统的参数与其动、静态性能间 的关系。 1. 加深理解串联校正装置对系统动态性能的 校正作用。2. 对给定系统进行串联校正设计， 并通过模拟实验检验设计的正确性。 1.研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡 过程的影响；2.研究采样周期T对系统特性的 影响； 1.了解采样定理
八、实验报告
• 1．画出二阶系统的模拟电路图，讨论典型二阶系统性能 指标与ζ、ωn的关系。 • • 2．把不同ζ 和ωn条件下测量的 % 和 测量结果得出相应结论。
Ts值列表，根据
3．画出系统响应曲线，再由 % 和 Ts 计算出传递函 数，并与由模拟电路计算的传递函数相比较。