自动控制理论实验指导(新)

《自动控制理论》课程实验指导

一、实验注意事项

1、接线前务必熟悉实验线路的原理及实验方法。

2、实验接线前必须先断开总电源与各分电源开关，严禁带电接线。接

线完毕，检查无误后，才可进行实验。

3、实验自始至终，实验板上要保持整洁，不可随意放置杂物，特别是

导电的工具和多余的导线等，以免发生短路等故障。

4、实验完毕，应及时关闭各电源开关，并及时清理实验板面，整理好

连接导线并放置到规定的位置。

5、实验前必须充分预习实验指导书。

二、实验模拟装置使用注意事项

1、无源阻容元件可供每个运算放大器使用。

2、运算放大器是有源器件，故连在运算放大器上的阻容元件只能供本运算放大器选用。

3、信号幅值不宜过大，按指导书中指示的幅值。否则，可能使运算放大器处于饱和状态。

三、每次实验内容

第一次：实验二

第二次：实验三

第三次：实验四

备注：实验一作为实验前的预习及热身

实验一控制系统典型环节的模拟

一、实验目的

1）、熟悉数字示波器的使用方法

2）、掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路

3）、测量典型环节的阶跃响应曲线

4）、通过实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响

二、实验仪器

1）、THSSC-1实验箱一个

2）、数字示波器一台

三、实验原理

以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图1-1所示。图中Z1和Z2为复数阻抗，它们都是由R、C构成。

基于图中A点的电位为虚地，略

去流入运放的电流，则由图1-1得：

由上式可求得由下列模拟电

路组成的典型环节的传递函数及

其单位阶跃响应。

1)、比例环节

比例环节的模拟电路如图1-2所示：图1-1、运放的反馈连接

i u R =410k

-

++

-

1V

R =820k

u o

接示波器

1

2

图1-2 比例环节

(1)

)

(

1

2

Z

Z

u

u

S

G

i

o=

-

=

2

100

200

)

(

1

2=

=

=

K

K

Z

Z

S

G

2

u o

2）、惯性环节

图1-3、惯性环节

3）、积分环节

图1-4、积分环节

4）、比例微分环节（PD ），其接线图如图及阶跃响应如图1-5所示。

）

（3 1

1

/1)(12TS

RCS R CS

Z Z S G ==

==

RC T =积分时间常数式中0

u o

t

）（2 1

1

1*

R /1/)(21212212+=

+=+==TS K

CS R R R CS

R CS

R Z Z S G i

u R

-+

+

C

-1V u o

接示波器

u o

图1-5 比例微分环节

5）、比例积分环节，其接线图单位阶跃响应如图1-6所示。

图1-6 比例积分环节

6）、振荡环节，其原理框图、接线图及单位阶跃响应分别如下所示。

图1-7 振荡环节原理框图

C R T , K (4)

)1( )

1(* /1/)(1D 1

2

11

2

112

1

2==

+=+=+=

=

R R S T K CS R R R CS R CS R R Z Z S G D 其中C

R T , K (5)

)1

1(

)

1

1(*1 )

1(/1)(2212

212112121212==+=+=+=+=+==

R R S T K CS

R R R CS R R R CS R CS R R CS R Z Z S G I 式中0

K

u o

K

u o

1

u (t)o

图1-8 振荡环节接线图

图1-8为振荡环节的模拟线路图，它是由惯性环节，积分环节和一个反号器组成。根据它们的传递函数，可以画出图1-7所示的方框图，图中

欲使图1-8为振荡环节，须调整参数K 和T 1，使0<ξ<1，呈欠阻尼状态。即环节的单位阶跃响应呈振荡衰减形式。 四、实验内容与步骤

1、分别画出比例、惯性、积分、微分和振荡环节的电子电路图。

2、按下列各典型环节的传递函数，调节相应的模拟电路的参 数。观察并记录其单位阶跃响应波形。 1）、比例环节 G 1(S)=1和G 2(S)=2

2）、积分环节 G 1(S)=1/S 和G 2(S)=1/（0.5S ） 3）、比例微分环节 G 1(S)=2+S 和G 2(S)=1+2S

1

1112

22

1121

21i o 2

1

1222111011KT 21

2T 1 , 12 ,

2 /// (S)U (S)U

T K K )1()( :(8) . C R T , C R T , /K ====

++=++=++==

+====n n n n n n T T K S S T K T S S T K K S S T K S T S K S G R R ωξξωωωξωω则可求得开环传递函数为由图