自动控制理论实验指导书(1)

目录

第一章硬件资源 (1)

第二章软件的使用 (3)

第三章实验系统部分 (5)

实验一典型环节及其阶跃响应 (5)

实验二二阶系统阶跃响应 (8)

实验三控制系统的稳定性分析 (11)

实验四连续系统串联校正 (13)

第一章 硬件资源

实验系统主要由计算机、AD/DA 采集卡、自动控制原理实验箱、打印机（可选）组成如图1，其中计算机根据不同的实验分别起信号产生、测量、显示、系统控制和数据处理的作用，打印机主要记录各种实验数据和结果，实验箱主要构造被控模拟对象。

图1 实验系统构成

实验箱面板如图2：

图2实验箱面板

下面主要介绍实验箱的构成： 一、 系统电源

EL-AT 教学实验系统采用高性能开关电源作为系统的工作电源，其主要技术性能指标为： 1． 输入电压：AC 220V

2． 输出电压/电流：＋12V/0.5A,-12V/0.5A,+5V/2A 3． 输出功率：22W

4． 工作环境：－5℃～＋40℃。

二、AD/DA采集卡

AD/DA采集卡如图3采用ADUC812芯片做为采集芯片，负责采样数据及与上位机的通信，其采样位数为12位，采样率为10KHz。在卡上有一块32KBit的RAM62256，用来存储采集后的数据。AD/DA采集卡有两路输入（AD1、AD2）、输出（DA1、DA2），其输入和输出电压均为－5V～+5V。另外在AD/DA卡上有一个9针RS232串口插座用来连接AD/DA卡和计算机20针的插座用来和控制对象进行通讯

图3 AD/DA采集卡

三、实验箱面板

实验箱面板主要由以下几部分构成：

1．实验模块

本实验系统有七组由放大器、电阻、电容组成的实验模块。每个模

块中都有一个由UA741构成的放大器和若干个电阻、电容。这样通

过对这七个实验模块的灵活组合便可构造出各种型式和阶次的模拟

环节和控制系统。

2．AD/DA卡输入输出模块

该区域是引出AD/DA卡的输入输出端，一共引出两路输出端和两路

输入端，分别是DA1、DA2，AD1、AD2。25针的插座用来和控制

对象连接。

3．电源模块

电源模块有一个实验箱电源开关，有四个开关电源提供的DC电源

端子，分别是＋12V、-12V、+5V、GND，这些端子给外扩模块提

供电源。

第二章 软件的使用

一、软件启动与使用说明

1． 软件启动

在Windows 桌面上,双击“ZK ”快捷方式，便可启动软件如

图4。

图4 软件启动界面

2．

实验前计算机与实验箱的通讯设置和测试

用实验箱自带的串口线将实验箱后面的串口与计算机的串口连接，启动ZK “自动控制实验原理”软件。

1）实验前通讯口的设置

设置方法：点击[系统设置－串口设置]如图5，在对话框内填入与计算机相连的串口值。

图5串口设置对话框

2）实验前通讯口的测试

测试方法：接通电源点击[系统设置－通信串口测试]如图6(a)，点击通信串口测试按钮，控制测试区内将出现0－255个数据，如图6(b)，如果数据没有或不全，则说明通讯有故障，应检查计算机串口与实验箱的连接。

图6 串口测试窗口(a) 图6 串口测试窗口(b)

3．软件使用说明

A 实验课题

在实验课题区域列出了本实验系统所能完成的实验课题，双击其中的一个课题，将弹出参数设置窗口。具体参数设置请参考实验说明部分。

B 采集结果显示

在该区域内主要是显示实验系统通过AD后的结果曲线。纵坐标是幅值轴，单位为(V),范围是：－5V—+5V, 横坐标是时间轴，单位为（ms）。

C 数据测量

数据测量是测量系统响应的测量工具如图7，鼠标单击单游标或双游标，然后单击测量按钮，即可在显示区显示测量线，测量线可以用鼠标拖动。在拖动过程中屏幕右下方将动态显示测量的结果。

图7数据测量区域

第三章实验系统部分

实验一典型环节及其阶跃响应

一、实验目的

1. 掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。

2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。

二、实验仪器

1．EL-AT自动控制系统实验箱一台

2．计算机一台

三、实验原理

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。

四、实验内容

构成下述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及其传递函数如图1-1。

G（S）= R2/R1

2.惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。

G（S）= - K/TS+1

K=R2/R1，T=R2C

3.积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。

G（S）=1/TS

T=RC

4.微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。

G（S）= - RCS

5.比例微分环节的模拟电路及传递函数如图1-5（未标明的C=0.01uf）。

G（S）= -K（TS+1）

K=R2/R1，T=R2C

五、实验步骤

1．启动计算机，在桌面双击图标 ZK(自动控制实验系统) 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。