新版自动控制理论实验课程教学大纲答案

《自动控制理论》实验教学大纲

课程名称：自动控制理论课程编号：

课程性质：非独立设课面向专业：自动化

使用教材：自编课程学分：

考核方法：成绩是考核学习效果的重要手段，实验成绩按学生的实验态度，独立动手能力和实验报告综合评定，以20%的比例计入本门课程的总成绩。实验课总成绩由平时成绩（20%）、实验理论考试成绩（40%）、实验操作考试成绩（40%）三部分组成，满分为100分。实验理论考试内容包含实验原理、实验操作方法、实验现象解析、实验结果评价、实验方案设计等。考试题型以填空、判断、选择、问答为主，同时可结合课程特点设计其他题型。实验操作考试根据课程特点设计若干个考试内容，由学生抽签定题。平时成绩考核满分为20分，平时成绩 = 平时各次实验得分总和÷实验次数（≤20分）。每次实验得分计算办法为：实验报告满分10分（其中未交实验报告或不合格者0分，合格6分，良好8分，优秀10分）；实验操作满分10分（其中旷课或不合格者0分，合格6分，良好8分，优秀10分）。

撰写人：任鸟飞审核人：胡皓

课程简介：自动控制理论是电气工程及其自动化专业最主要的专业基础必修课。通过本课程的各个教学环节的实践，要求学生能熟练利用模拟电路搭建需要的控制系统、熟练使用虚拟示波器测试系统的各项性能指标，并能根据性能指标的变化分析参数对系统的影响。实验过程中要求学生熟悉自动控制理论中相关的知识点，可以在教师预设的实验前提下自己设计实验方案，完成实验任务。教学大纲要求总学时80，其中理论教学68学时、实验12学时，实验个数6个。

实验项目一览表

实验一典型环节的电路模拟

一、实验类型：综合性实验

二、实验目的：

1. 熟悉THBCC-1型实验平台及“THBCC-1”软件的使用；

2. 熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；

3. 测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。

三、实验内容与要求：

1. 设计并组建各典型环节的模拟电路；

2. 测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；

3. 画出各典型环节的实验电路图，并注明参数。

4. 写出各典型环节的传递函数。

5. 根据测得的典型环节单位阶跃响应曲线，分析参数变化对动态特性的影响。

四、仪器设备：

1. THBCC-1型信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台；

2. PC机一台(含“THBCC-1”软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线；

五、注意事项：

给环节加阶跃信号前，注意按下“锁零按钮”对电容上的电荷清零，保证系统为零初始条件。

实验二二阶系统的瞬态响应

一、实验类型：综合性实验

二、实验目的：

ω的变化对二阶系统动态性能的影响；

1. 通过实验了解参数ζ(阻尼比)、

n

2. 掌握二阶系统动态性能的测试方法。

三、实验内容与要求：

1. 观测二阶系统的阻尼比分别在0<ζ<1，ζ=1和ζ>1三种情况下的单位阶跃响应曲线；

ω时的响应曲线。

2. ζ为一定时，观测系统在不同

n

3. 画出二阶系统线性定常系统的实验电路，并写出闭环传递函数，表明电路中的各参数；

4. 根据测得系统的单位阶跃响应曲线，分析开环增益K和时间常数T对系统的动态性能的影响。

四、仪器设备：

1. THBCC-1型信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台；

2. PC机一台(含“THBCC-1”软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线；

五、注意事项：

实验三高阶系统的瞬态响应和稳定性分析

一、实验类型：综合性实验

二、实验目的：

1. 通过实验，进一步理解线性系统的稳定性仅取决于系统本身的结构和参数、与外作用及初始条件均无关的特性；

2. 研究系统的开环增益K或其它参数的变化对闭环系统稳定性的影响。

三、实验内容与要求：

1. 观测三阶系统的开环增益K为不同数值时的阶跃响应曲线。

2. 画出三阶系统线性定常系统的实验电路，并写出其闭环传递函数，表明电路中的各参数。

3. 根据测得的系统单位阶跃响应曲线，分析开环增益对系统动态特性及稳定性的影响。

四、仪器设备：

1. THBCC-1型信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台；

2. PC机一台(含“THBCC-1”软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线；

五、注意事项：

1. 给系统加阶跃信号前，注意按下“锁零按钮”对电容上的电荷清零，保证系统为零初始条件。

2. 在对系统整体联调前，先对每一个环节进行阶跃信号测试，保证该环节输出正常。

实验四线性定常系统的稳态误差

一、实验类型：综合性实验

二、实验目的：

1. 通过本实验，理解系统的跟踪误差与其结构、参数与输入信号的形式、幅值大小之间的关系；

2. 研究系统的开环增益K对稳态误差的影响。

三、实验内容与要求：

1. 观测0型二阶系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应，并实测它们的稳态误差；

2. 观测I型二阶系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应，并实测它们的稳态误差；

3. 观测II型二阶系统的单位斜坡响应和单位抛物坡，并实测它们的稳态误差。

4. 画出0型二阶系统的方框图和模拟电路图，并由实验测得系统在单位阶跃和单位斜坡信号输入时的稳态误差。

5. 画出Ⅰ型二阶系统的方框图和模拟电路图，并由实验测得系统在单位阶跃和单位斜坡信号输入时的稳态误差。

6. 画出Ⅱ型二阶系统的方框图和模拟电路图，并由实验测得系统在单位斜坡和单位抛物线函数作用下的稳态误差。

7. 观察由改变输入阶跃信号的幅值，斜坡信号的速度，对二阶系统稳态误差的影响。并分析其产生的原因。

四、仪器设备：

1. THBCC-1型信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台；

2. PC机一台(含“THBCC-1”软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线；

五、注意事项：

1. 给系统加阶跃信号前，注意按下“锁零按钮”对电容上的电荷清零，保证系统为零初始条件。

2. 在对系统整体联调前，先对每一个环节进行阶跃信号测试，保证该环节输出正常。

实验五典型环节和系统频率特性的测量

一、实验类型：设计性实验

二、实验目的：

1. 了解典型环节和系统的频率特性曲线的测试方法；

2. 掌握根据频率特性曲线求取传递函数的方法。

三、实验内容与要求：

1. 惯性环节的频率特性测试；

2. 二阶系统频率特性测试；

3. 由实验测得的频率特性曲线，求取相应的传递函数。

4. 写出被测环节和系统的传递函数，并画出相应的模拟电路图；

5. 把实验测得的数据和理论计算数据列表，绘出它们的Bode图，并分析实