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自动控制理论实验教案（指导书） 目录 0、 操作说明 …………………………………………………………………………………1 1、 典型环节的时域响应 2、 典型系统的时域响应和稳定性分析（线性定常系统的瞬态响应和稳态性能分 ……1 3、 线性系统的频率响应分析（线性系统的频率特性研究） ……………………………1 4、 线性系统的校正（线性系统的校正研究 ………………………………………………1 5、 线性系统的根轨迹分析 …………………………………………………………………1 6、 离散系统的稳定性分析（离散系统的研究） …………………………………………1 7、 线性系统的状态空间分析 ………………………………………………………………1 8、 控制系统的计算机辅助分析 ……………………………………………………………1 0、操作说明 本实验自动控制原理课程为基础，分为理论实验和应用实验两部分，共由十个实验模块组成，每个模块都是一个独立的实验模块，通过更换模块，能够在一台ELVIS 上完成多个实验。 0. 1、工作原理 该系统在ELVIS 原型板的基础上，设计并开发了即插即用实验模块，用实验模块替换ELVIS 的原型实验板，即可以完成对应的实验。借助于 NI ELVIS 平台提供的程控电源，函数信号发生器，±15V 和+5V 电源等资源，作为模块上电路和相应信号调理电路的激励信号和工作电源，将相应的信号通过示波器等采集到计算机中，用 LabVIEW 语言编写的程序进行分析和处理，从而组成一个完整的实验系统。 0.2 、硬件配置 典型的LECT-1101 课件系统硬件配置包含如下主要部分（以ELVIS II 为例说明）： 图:0-1 典型LECT-1101 课件系统硬件配置 ① 便携计算机 ② ELVIS II USB 线缆（ELVIS I 则配备数据采集卡）③ ELVIS II 工作台 ④ LECT-1101 实验模块 ⑤ ELVIS II 电源 ⑥ 外部电源 0.3、系统外观 图:0-2 系统外观 0.4、模块结构 ① 电子元件单元：提供实验中需要的不同种类和不同规格的电子元器件。两个接线柱之间标注电阻100k，表示该元件是阻值为100k 的电阻，同理，标注电容1uf，则表示该元件是1uf 的电容。实验中用连接线直接将需要连接的元件连入电路中即可，比如实验中需要取R1 为100k，则将R1 两端接线柱与100k 电阻两端接线柱用导线连接即可，下同。 ② 实验电路单元：模拟电路图区域，该区域显示模拟电路图，将电子元件接入电路即可搭建不同实验电路，其中：“R(t)”：表示系统信号输入端，将Vout 与R(t)连接，即将阶跃信号接入电路；“C(t)”：表示系统阶跃响应的输出端； ③ 阶跃信号单元（可调电压单元）：实验一--实验七的该区域是阶跃信号单元，可以输出不同幅值的阶跃信号，在实验八中该区域是可调电压单元，用于输出-10V～+10V 可调电压，其中各按钮功能如下： “ON-OFF”：阶跃信号（Vout）的输出开关； “Power”：“ON-OFF”开关指示灯； “0V-5V”：阶跃信号旋钮，可以输出0V，1V，2V，3V，4V，5V 阶跃信号； “Vout”：阶跃信号输出端口。 ④ 输入输出单元：包括系统的输出信号端口和输出信号端口，以及信号源和系统接地端，其中各按钮功能如下： “SIG0_IN”：0 通道信号输入端，接电路中的信号输入或输出端，与“SIG0_OUT”短接； “SIG1_IN”：1 通道信号输入端，接电路中的信号输入或输出端，与“SIG1_OUT”短接； “SIG0_OUT”：0 通道信号输出端，接ELVIS 的示波器输入端，与“SIG0_IN”短接； “SIG1_OUT”：0 通道信号输出端，接ELVIS 的示波器输入端，与“SIG0_IN”短接。 “FGEN“：信号发生器输出端，可以输出正弦波、三角波、方波。 “GND“：ELVIS 电源地端。 图:0-3 模块区域分布 0.5、基本操作流程 1、 典型环节的时域响应 一、实验目的 1. 掌握各典型环节模拟电路的构成方法，掌握ELVIS实验套件的使用方法。 2.熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。 3.了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验设备 PC机一台，ELVIS教学套件，LECT-1101-01实验板一块，双头BNC线两条，导线若干。 三、实验原理 1.比例环节 1.1方块图: 1.2传递函数 1.3阶跃响应 1.4模拟电路 2.积分环节 2.1方块图 2.2传递函数 2.3阶跃响应 2.4模拟电路 3.比例积分环节 3.1方块图 3.2传递函数 3.3阶跃响应 3.4模拟电路 4.惯性环节 4.1方块图 4.2传递函数 4.3