自动控制原理实验

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二、实验方法
器仪表或软件对系统输入端加入不同的 激励信号(由信号发生器、计算机本 身产生,如时域特性——阶跃信号,频 率特性——正弦波信号),在系统的某 一环节或输出端利用相应的测试仪器 (如示波器、记录仪、打印机等),观 测和记录系统输出响应曲线,用以分析
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二、实验方法
系统的动态特性和稳态特性,验证和体 会理论教学的内容。 为了分析和研究系统的内部运动过程, 先建立系统的模型,然后在模型上进行 试验分析,这一过程称为仿真。 在自动控制原理实验中,仿真就是用物 理模型或数学模型代替实际控制系统进 行分析研究的过程。
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自动控制原理实验室
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模拟仿真实验所用实验仪器:控制理论实验平台; 慢扫描示波器;数字万用表。
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二、实验方法
数学模型一般用微分方程来表示,由于微分方 程求解比较复杂,因此常用拉氏变换将微分方 程变为传递函数,然后进行分析和求解。 传递函数不仅可以表征系统性能,而且可以用 来研究系统的结构参数对系统性能的影响 。 从一定意义上来说,做实验就是用实验方法来 求解系统的传递函数,对系统进行分析和综合。
自动控制原理实验 (一)
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一、实验目的
自动控制原理是研究自动控制系统共同
规律的一门学科,是分析、设计和研究自 动控制系统的理论基础。因此,自动控制 原理是一门理论性强,其中许多内容实践 性又较强,具有一定的实际工程背景的课 程,也比较难“教”与难“学”。
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一、实验目的
自动控制原理实验是自动控制原理课程 教学的一个组成部分。

例如:
G(s) K Ts 1
不可以模拟;
G(s) 10 s 1
可以模拟。
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三、模拟仿真方法
根据模拟机具体配置的电阻、电容和所 模拟系统参数,作适当的选择和配置。 用模拟机模拟控制系统时,由于运放工 作于反相工作状态,所以任一闭合回路 所用运放都必须是奇数个,方能满足系 统负反馈工作条件。
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三、模拟仿真方法
之,就是运算放大器的工作原理,而运 算放大器的工作原理已在“模拟电子技术” 课中学过。 这里仅是拿来应用而已。 运算放大器是一种高增益、低漂移的直 流放大器,有一个输出端、一个同相输 入端和一个反相输入端。
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三、模拟仿真方法
由于同相放大电路会出现共模电压, 易于导致运算误差,因此,模拟机 一般是运用运算放大器的反相工作 状态。 运算放大器反相工作的输入电压Ui 与输出电压Uo关系式和电路图:
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二、实验方法
在对控制系统分析、认识和综合的实验 教学中,从分析思路来说是与理论教学 相仿的。 一个实际的自动控制系统是由多种元器 件相互有机连结组成的,牵涉到多门学 科知识,而在学习自动控制原理时,有 关实际控制系统的其它相关学科知识还
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二、实验方法
没有学或正在学,因此若用实际控制系 统进行实验教育,对分析和理解会带 来很大困难。因此,自动控制原理实 验一般是用仿真模拟方法进行的 。 实验教育方法:结合自动控制原理理论 教学进程,用具体的物理装置或计算机 软件构造或模拟一个系统,然后利用仪
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三、模拟仿真方法
一个线性控制系统可以用一个n阶微分方 程来表示,而一个n阶微分方程可由若干 个典型环节组成。 运放电路可以模拟各种典型环节,将若 干个典型环节有机组合就可以模拟一个 线性控制系统。 由于运放工作于反相工作状态的缘故, 进行系统(典型环节)模拟时须注意“负 号”的影响。
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三、模拟仿真方法
控制系统(典型环节)的模拟方法: 传递函数模拟法:根据系统(典型环节)
传递函数进行模拟。 微分方程模拟法:根据系统(典型环节)
的微分方程进行模拟; 控制系统一般多用传递函数表示,所以传
递函数模拟法相对用得比较多。
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三、模拟仿真方法
任何模拟仿真只能进行数值运算,故对 传递函数应给予具体的数值方可进行。
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二、实验方法
数学仿真:将实际系统运动规律用数学 方程(一组微分方程或分方程)来描述, 然后用计算机求解数学方程的过程。
数学仿真按所用计算机不同可分为三种: 模拟仿真、数字仿真和混合仿真 。
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二、实验方法
模拟机仿真在数字计算机发展起来之前 用得很广泛。目前在国内高校,模拟机 仍是自动控制原理实验教育的主要实验 装置之一。 模拟机是以运算放大器为基本运算部件 的模拟计算装置,其工作原理,简而言
通过一定量的实验教学可使学生进一步 了解和掌握自动控制原理的基本概念、 控制系统分析和设计的方法,有助于加 深对抽象理论教育内容的理解 。
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二、实验方法
自动控制原理是通过研究控制系统的数 学模型实现对控制系统共同规律的研究。 理论教学方法:在经典控制理论教学中, 对控制系统分析和综合,一般先依据一 定的数学知识和相关的学科知识,建立 和确定(如随动系统的数学模型)实际 控制系统的数学模型,然后对数学模型 进行分析和综合。
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三、模拟仿真方法
Uo Z2
Ui
Z1
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三、模拟仿真方法
图中的 Z 1、Z2表示由R、C构成的复数阻 抗,Z 1、Z2取不同的复数阻抗,可以实 现不同的数学运算。 例如,若图中的 Z 1取R,Z2取C,则构成
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三、模拟仿真方法
积分电路;若Z 1取R1,Z2取R2 和C,则构 成惯性电路。 运放和不同复数阻抗的组合,就可以构 成“加法 (比例)电路”、“积分电路”、 “惯性电路”等。 这些“加法(比例)电路”、“积分电路” 和“惯性电路”等,在控制理论中被统称 为典型环节。
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