自控实验指导书2007-10(DOC)

实验一典型环节的模拟研究

一、实验目的

1.熟悉TDN-AC/ACS自控原理实验系统；

2.对典型环节的模拟电路有直观的了解。

二、实验要求

1.根据要求，分析计算模拟实验系统图；

2.观测和记录不同参数下比例、积分、比例积分和惯性环节的阶跃响应曲线。

三、实验仪器

1.TDN-AC/ACS教学实验系统一套

2.计算机一台

3.数字万用表一只

四、实验前分析、计算和设计

1.各典型环节的方块图及传函：

2.各典型环节的模拟电路图及输入响应：

3.理想曲线：

五、实验步骤

1.了解TDN-AC/ACS教学实验系统使用方法；

2.按照各典型环节的模拟电路图接线；

3.观测并记录在阶跃信号下实际响应曲线U0(t)，改变参数，再次记录曲线。

六、实验报告要求

1.实验目的及要求；

2.实验前理论分析计算数据及实验线路图；

3.实验观测并记录波形；

4.根据理论计算和实验结果进行分析、讨论、体会和提出建议。

实验二典型系统动态和稳态性能分析

一、实验目的

1.培养学生模拟设计、参数计算及元件选择的能力；

2.培养学生测试动态和稳定性能指标的技能；

3.深入掌握参数对系统性能的影响。

二、实验要求

1.根据要求，分析计算和设计模拟实验系统图及参数；

2.观测并记录不同条件下二阶系统在阶跃信号作用下的性能指标，即超调量和稳态误

差；

3.测量并记录开环增益和零点对典型三阶系统性能的影响。

三、实验仪器

1.TDN-AC/ACS教学实验系统一套

2.计算机一台

3.数字万用表一只

四、实验前分析、计算和设计

1.已知系统结构如图一所示。

图一

当G1(s)=K，在如下情况，分别计算超调量和误差：

①K=2.5，T2=0.02s；

②K=6，T2=0.02s；

③K=6，T2=0.1s。

2.已知系统结构如图二所示。

图二

①τ=T=0，T0=0.1s，用劳斯稳定判据分析系统的稳定性；

②T=0，T0=0.1s，用劳斯稳定判据分析系统的稳定性；

③τ=0，T0=0.1s，用劳斯稳定判据分析系统的稳定性；

④τ=0.02s，T=0.1s，T0=0.1s，计算系统超调量及误差。

3.按系统结构图，根据给定参数，应用运算放大器和阻容元件，设计模拟实验系统图，

并分别选择适当阻容元件参数。

五、实验步骤

1.了解TDN-AC/ACS教学实验板使用方法；

2.按图一设计的模拟实验系统图，根据电阻电容计算值，先选好电阻及电容，然后按图

连线；

①用计算机观测并计算K=2.5，T2=0.02s时系统在阶跃信号作用下的超调量和误差；

②用计算机观测并计算K=6，T2=0.02s时系统在阶跃信号作用下的超调量和误差；

③用计算机观测并计算K=6，T2=0.1s时系统在阶跃信号作用下的超调量和误差。

3.按图二设计的模拟实验系统图，选好电阻电容并连线。

①用计算机观测并记录τ=T=0，T0=0.1s；T=0，T0=0.1s；τ=0，T0=0.1s时系统在

阶跃信号作用下的C(t)图形；

②用计算机观测并计算τ=0.02s，T=0.1s，T0=0.1s时系统在阶跃信号作用下的超

调量和误差。

六、实验报告要求

1.实验目的及要求；

2.实验前理论分析计算数据及实验线路图；

3.实验观测并记录的波形及数据；

4.根据理论计算和实验结果进行分析、讨论、体会和提出建议。

七、思考问题

1.实验系统图如何保证为负反馈？

2.实验时阶跃输入大小范围如何考虑？

3.如何测量超调量和误差？

4.如何从波形判别系统稳定性？

实验三计算机仿真实验

一、实验目的

1.学习应用计算机绘制响应曲线图的方法；

2.培养借助计算机分析系统性能的技能；

3.对CTAI软件和Matlab软件有一定的入门了解。

二、实验要求

1.根据要求，进行必要的分析、计算及绘图；

2.上机绘制曲线图，分析各种参数对系统性能的影响。

三、实验仪器

1.计算机一台

四、实验步骤

1.在计算机中运行CTAI软件，并按照软件中的使用说明进行逐步操作；

2.应用CTAI软件对实验二中的系统进行仿真实验；

3.运行Matlab软件，并按照附件中的软件操作说明进行逐步操作；

4.应用Matlab软件对实验二中的系统进行仿真实验。

五、实验结果分析

1.把仿真结果和实验二的实际模拟线路所测量的结果进行比较和分析；

2.实验后应再进一步深入学习Matlab软件。

实验四 采样系统分析

一、实验目的

1. 培养学生模拟研究采样系统的技能；

2. 加深理解采样系统的基本理论。 二、实验要求

1. 了解信号的采样和恢复与采样周期的关系；

2. 分析采样系统的稳定性和时间响应。 三、实验仪器

1. TDN-AC/ACS 教学实验系统 一套

2. 计算机 一台

3. 数字万用表 一只 四、实验前分析、计算和设计

1. 已知图一结构及模拟实验线路图如图二所示：

输出

输入

图一 LF398采样——保持器功能原理方框图

图二 采样保持器

设：()wt A t x sin =,最大频率Hz f

25max =，根据采样定理求采样周期T 。 2. 已知图三所示采样系统结构图：

图三

① 分析K=1，T=0.6S 时系统的稳定性，计算阶跃信号作用下的超调量和稳态误差； ② 分析K=10，T=0.6S 时系统的稳定性，计算阶跃信号作用下的超调量和稳态误差；