新自控实验指导书(学时)

自动控制原理实验指导书信息科学与工程学院_________________ 个人资料整理_仅限学习使用labACT自控/计控原理实验机构成labACT自控/计控原理实验机由以下七个模块组成:1•自动控制原理实验模块2•计算机控制原理实验模块3•信号源模块4•控制对象模块5.虚拟示波器模块6•控制对象输入显示模块7. CPU控制模块各模块相互交联关系框图见图A所示：图A 各模块相互交联关系框图自动控制原理实验模块由模拟运算单元及模拟运算扩充库组成，这些模拟运算单元的输入回路和反馈回路上配有多个各种参数的电阻、电容，因此可以完成各种自动控制模拟运算。

例如构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例微分环节，PID环节和典型的二阶、三阶系统等。

利用本实验机所提供的多种信号源输入到模拟运算单元中去，再使用本实验机提供的虚拟示波器界面可观察和分析各种自动控制、计算机控制原理实验的响应曲线。

计算机控制原理实验模块由模数转换器，数模转换器，8253定时器，8259中断控制器及模拟运算单元组成。

在CPU的运算和控制下，可完成数字控制实验。

控制对象模块由温度控制模块，直流电机模块和步进电机模块组成。

可实现温度闭环控制实验，直流电机闭环调速实验和步进电机调速实验。

CPU控制模块由十六位微机8088及RS232串口通讯芯片等组成。

CPU控制模块VACT88），位于主实验板的下面，经J1插座与主实验板相联。

表A实验区组成____________________ 一个人资料整理―仅限学习使用.实验一典型环节的模拟研究-.实验要求1、了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式。

2、观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响。

三.实验内容及步骤运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验工程，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可。

1）观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图1-1-1所示。

图1-1-1典型比例环节模拟电路实验步骤：注：‘ S ST'不能用“短路套”短接!V1）构造模拟电路：按图1-1-1安置短路套及测孔联线，表如下<a）安置短路套<b）测孔联线<2）检查联线正确后，打开设备开关<3）用信号发生器VB1）的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号 <Ui ）: B1单元中电位器的左边 K3开关拨下<GND ），右边K4开关拨下<0/+5V 阶跃）。

阶跃信号 输出<B1的丫测孔）调整为4V<调节方法：按下信号发生器<B1 ）阶跃信号按钮，L9灯 亮，调节电位器，用万用表测量 丫测孔电压）。

<4）运行、观察、记录：运行LABACT 程序，选择 自动控制菜单下的线性系统的时域分析 下的典型环节的模拟 研究中的相应实验工程，就会弹出虚拟示波器的界面，点击 开始即可。

按下信号发生器 <B1）阶跃信号按钮<0—+4V 阶跃即L9灯亮），观测A5B 输出端<Uo ）的实际响应曲 线 Uo<t ）。

<5）整理联线、归位短路套并关闭设备开关2）观察惯性环节的阶跃响应曲线典型惯性环节模拟电路如图1-1-2所示。

实验步骤：注：‘ S ST '不能用“短路套”短接！<1 ）构造模拟电路：按图1-1-2安置短路套及测孔联线，表如下<a ）安置短路套<b ）测孔联线<2 ）检查联线正确后，打开设备开关 <3）用信号发生器<B1）的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号 <Ui ）:B1单元中电位器的左边K3开关拨下<GND ），右边K4开关拨下<0/+5V 阶跃）。

阶模块号 跨接座号1A5 S4， S12<电阻 R1=100K )1信号输入<Ui ）B1<Y )— A5<H1 ) 23示波器联接X 1档A5<OUTB)—B3<CH1 )Y 测孔—B3<CH2 )模块号 跨接座号1A5 S4，S6、S101 信号输入<Ui ） B1<Y )— A5<H1 )2 示波器联接A5<OUTB)—B3<CH1 )3X 1档Y 测孔—B3<CH2 )Ei 200K图1-1-2典型惯性环节模拟电路跃信号输出<B1的丫测孔）调整为4V<调节方法：按下信号发生器<B1）阶跃信号按钮，L9灯亮，调节电位器，用万用表测量丫测孔）。

<4）运行、观察、记录：运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验工程，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可。

按下信号发生器<B1）阶跃信号按钮<0—+4V阶跃即L9灯亮），观测A5B输出端<Uo）的实际响应曲线Uo<t），等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到4V<输出）X 0.632处，，得到与惯性的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得惯性环节模拟电路时间常数T0<5）整理联线、归位短路套并关闭设备开关3）观察积分环节的阶跃响应曲线典型积分环节模拟电路如图1-1-3所示。

实验步骤：注：‘ S ST'用短路套短接！<1 ）构造模拟电路：按图1-1-3安置短路套及测孔联线，表如下<a）安置短路套<b）测孔联线模块号跨接座号1 A5 S4，S10< 电容C=1uf)2 B5 'S-ST' 1 彳信号输入<Ui ）B5<OUT )—A5<H1 ) 23示波器联接X 1档A5<OUTB )—B3<CH1 )B5<OUT ) —B3<CH2 )<2 ）检查联线正确后，打开设备开关<3）为了避免积分饱和，将函数发生器VB5）所产生的周期性矩形波信号VOUT ），代替信号发生器VB1）中的人工阶跃输出作为系统的信号输入<Ui）;该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。

①在显示与功能选择<D1 ）单元中，通过波形选择按键选中’矩形波’<矩形波指示灯亮）。

②量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度〉1秒<D1单元左显示）。

图1-1-3典型积分环节模拟电路_____________________ 个人资料整理 _仅限学习使用.<注：为了使在积分电容上积分的电荷充分放掉，锁零时间应足够大，即矩形波的零 输出宽度时间足够长！ “量程选择”开关置于下档时，其零输出宽度恒保持为2秒！）③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波 输出电压=1V <D1单元右显示）。

<4）运行、观察、记录：① 运行LABACT 程序，选择 自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟 研究中的相应实验工程，就会弹出虚拟示波器的界面，点击 开始即可，等待完整波形出来后，点击停止。

② 移动虚拟示波器横游标到 0V 处，再移动另一根横游标到 △ V=1V<与输入相等）处， 得到与积分的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交 点，量得积分环节模拟电路 时间常数Ti 。

<5）整理联线、归位短路套并关闭设备开关4）观察比例积分环节的阶跃响应曲线典型比例积分环节模拟电路如图1-1-4所示.。

实验步骤：注：‘ S ST '用短路套短接！<2 ）检查联线正确后，打开设备开关<3）为了避免积分饱和，将函数发生器 VB5）所产生的周期性矩形波信号 VOUT ），代替信号 发生器VB1）中的人工阶跃输出作为系统的信号输入 <Ui ）;该信号为零输出时将自动对 模拟电路锁零。

① 在显示与功能选择<D1 ）单元中，通过波形选择按键选中’矩形波’<矩形波指示灯亮）。

② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器 1”，使之矩形波宽度〉1秒<D1单元_____________________ 个人资料整理 _仅限学习使用.模块号 跨接座号1 A5S4，S8< 电容 C=1uf )2 B5'S-ST '1彳信 号输入<Ui ）,B5<0UT — A5<H1 ) 2 3示波器联接X 1档 A5<0UTB )] pa ve 」彳 Q ‘ B3<CHI )B5<0UT ) T B3<CH2 )<1）构造模拟电路：按图1-1-4安置短路套及测孔联线，表如下<a <t ）测孔联线左显示）。

<注：为了使在积分电容上积分的电荷充分放掉，锁零时间应足够大，即矩形波的零输出宽度时间足够长！“量程选择”开关置于下档时，其零输出宽度恒保持为2秒！）③调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压=1V<D1单元右显示）。

<4）运行、观察、记录：①运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验工程，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可，等待完整波形出来后，点击停止。

②移动虚拟示波器横游标到1V<与输入相等）处，再移动另一根横游标到△ V=K X输入电压处，得到与积分曲线的两个交点。

③再分别移动示波器两根纵游标到积分曲线的两个交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。

<5）整理联线、归位短路套并关闭设备开关四、预习报告熟悉各典型环节的实验内容和步骤；并计算出各典型环节的传递函数和输出时域函数表达式。

五、实验报告<1）用坐标纸画出实验所测量得惯性环节、积分环节和比例积分环节的阶跃响应曲线并在曲线上标出其相应的时间常数。

<2）在阶跃输入信号的作用下，a、惯性环节的输出曲线在输入电压Ui X 0.632处横坐标所对应的时间就是模拟电路时间常数T,解释其理论依据。

b、积分环节的输出曲线在U0=Ui处横坐标所对应的时间就是模拟电路时间常数T，解释其理论依据。

实验二二阶系统瞬态响应和稳定性一.实验要求1、了解典型二阶系统模拟电路的构成方法及二阶闭环系统的传递函数标准式。

2、研究二阶闭环系统的结构参数--无阻尼振荡频率CD n、阻尼比E对过渡过程的影响。

3、掌握欠阻尼二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、tp、ts的计算。

4、观察和分析二阶闭环系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼的瞬态响应曲线，及在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp、tp、ts值，并与理论计算值作对比。