自动控制原理综合实训指导书

自动控制原理综合实训指导书(电气0451班使用)
工业电气化技术教研室
杨洪升
二00六年十二月
实验守则
1.实训前应充分做好预习，包括熟悉实验内容和方法，完成有关的理论计算，以及了解实验仪器设备的使用方法等
2.连接实验线路或在实验过程中改变接线时，应先关掉学习机的电源，接好线路后，应认真检查，经指导教师检查无误后，才能将电源接通，严禁在通电的情况下改变接线
3.在该变接线时，应拔导线的插头部分，严禁拔导线的中间部分
4.严格按仪器设备使用规范操作，培养严禁求实的作风
5.自觉遵守纪律，保持室内整洁，严禁大声喧哗
6.实验结果交指导教师审阅后，方可关断电源和拆线，清点导线的根数，，整理好实验现场才可离开
7.认真写实验报告，做好数据处理、理论计算、实验结果分析和理论计算等。

必须独立完成，严禁抄袭
自控控制原理学习机使用注意事项
1.接通模拟学习机的开关电源后，首先检查±15V电源是否正常，若不正常，应立即关闭学习机电源
2.将运算放大器接成反号器，并将输入端接地，检查运放输出是否为直流零电压
3.连接模拟电路时，应关闭学习机电源，线路连好，应经检查后再通电，严防各运放的输出端直接接地，或将输入信号直接插在运放虚地点的插孔里
4.不用的运算放大器均接成比例器，以防运算放大器损坏
5.面板螺钉如有松动，应及时拧紧，以免电路接触不良
实训一典型环节的模拟研究
一、目的
1.学习和掌握典型环节的模拟方法
2.通过各典型环节在阶跃信号作用下的动特性，熟悉各环节的输出响应曲线
3.了解各参数变化对典型环节动特性的响应
4.了解自控原理模拟学习机和示波器的使用方法
二、设备
1.JM-1型自控原理模拟学习机
2.示波器 三、内容 1. 比例环节
()()()
K S U S U S G i o ==
图中电阻R f 为可变参数。

输入阶跃信号，观察和记录比例系数R=100Ω和R=500Ω时的阶跃响应
曲线，并将阶跃信号的幅值设定为1V ，由阶跃响应曲线求出上述两种情况下的比例环节的放大倍数
2.积分环节
()()()TS S U S U S G i o 1
=
=
式中：T=R i C
图中电容C 为可变参数。

改变
电容C 值，使C=1μF 和C=10μF ，输入阶跃信号，并将阶跃信号的幅值设定为1V ，观察、记录阶跃响应波形，通过波形求出积分时间常数并与 理论值比较，分析时间常数的大小和积分环节输出值的上升速度之间的关系
3.惯性环节
()()()11
+=
=TS S U S U S G i o 这里，将惯性环节的放大倍数设定为1，所以，只有电容C 为可变参数。

使C=1μF 和C=5μF ，输
入阶跃信号，并将阶跃信号的幅值设定为1V ，观察、记录阶跃响应波形，通过波形求出惯性环节时间常数并与 理论值比较，分析时间常数的大小和惯性环节输出值的上升速度之间的关系
4. 比例-积分环节
()()()TS TS K S U S U S G p i o 1
+=
= 式中：i
f p R R K =
，C R T f =
（1）让R f =200K 不变，即保持K p 值不变。

观察C=1μF 和C=5μF 时的阶跃响应曲线，分析电容参数变化对阶跃响应曲线的影响
（2）保持T=0.1秒不变，观察K p =1、K p =2时的阶跃响应曲线 5. 比例-微分环节
()()()()1+==TS K S U S U S G i o
式中：i
f p R R K =
，C R T i =
保持1==
i
f p R R K 不变，观察、记录C i =1μF 和C i =5μF 时的阶跃响应曲线
四、报告要求
报告中应着重说明各环节参数的变化对阶跃响应曲线波形的影响
实训二、典型二阶系统的模拟与动态分析
一、目的
1. 学习二阶系统的模拟方法和动态分析方法
2. 研究二阶系统的两个重要参数ζ、ωn 对系统特性的影响，分析ζ、ωn 与σ%（最大百分比超调量）和t s （调节时间的关系）
二、实验设备
1.JM-1型自控原理模拟学习机
2.示波器 三、原理
()()()2222211
11T
S T K S T K T S S T S U S U S G i o ++=++==＝222
2n n n S S ωζωω++ 可知，T n 1=ω，2K
=ζ
四、线路
参考数据：T=RC=100K ×1μF=0.1秒
五、内容，
（1）通过改变K 值，使ζ获得如下值 0、0.2、0.5、0.7、1.0
在同样幅度的阶跃信号作用下，观察和记录五种情况下的阶跃响应曲线，求出σ%、s t 与理论值进行比较
（2）保持ζ=0.5不变，改变T ，使T ＝0.2秒,求出σ%、s t 六、报告要求
1. 从阶跃响应曲线上，求出二阶系统的动态性能指标σ%、s t ，分析ζ对系统的动态性能的影响
2. 根据ζ=0.5，ωn =5，应用公式计算出σ%、s t ，并与实验结果做比较
实训三 线性系统稳定性的研究
一、实验目的
1. 观察系统稳定和不稳定的运动状态，验证代数稳定判据。

2. 研究系统的开环放大倍数K 和时间常数T 对稳定性的影响。

二、实验设备
1、JM-1自控原理模拟学习机
2、示波器
3、万用表
三、线路
四、内容
从系统的时间常数相差为零开始。

使时间常数之差，逐渐拉大，测量系统在不同的时间常数下的临界放大倍数K.
（1）、系统各环节时间常数之差为零，参数如下
R 1=R 2=R 3=100K C 1=C 2=C 3=1µ
（2）、系统各环节的时间常数之差为零，参数如下
R 1=200K ，C 1=1μ R 2=100K ，C 2=1μ R 3=100K ，C 3=0.5μ
（3）、系统各环节的时间常数之差为零，参数如下
R 1=1M ，C 1=0.5μ R 2=100K ，C 2=1μ R 3=200K ，C 3=0.1μ
测量以上三种情况下的临界放大倍数，记录各种情况下的阶跃响应，百分比超调量，调节时间。

五、讨论分析如下问题
1、系统中各个环节的时间常数是相差越小时，还是相差越大时系统稳定性更好？
2、你是如何测量系统的临界放大倍数K 的?怎样测量才是准确的?
3、测量的临界放大倍数K 和理论计算值是否相同？说明误差产生的原因。