自动控制原理实验书.doc

目 录 实验装置介绍 …………………………………………………… 1 实验一 一、二阶系统阶跃响应 …………………………… 2 实验二 控制系统稳定性分析 ………………………………… 5 实验三 系统频率特性分析 …………………………………… 7 实验四 线性系统串联校正 …………………………………… 9 实验五 MATLAB及仿真实验 ………………………………… 12 实验装置介绍 自动控制原理实验是自动控制理论课程的一部分，它的任务是：一方面，通过实验使学生进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设计方法；另一方面，帮助学生学习和提高系统模拟电路的构成和测试技术。 TAP-2型自动控制原理实验系统的基本结构 TAP-2型控制理论模拟实验装置是一个控制理论的计算机辅助实验系统。如上图所示，TAP-2型控制理论模拟实验由计算机、A/D/A接口板、模拟实验台和打印机组成。计算机负责实验的控制、实验数据的采集、分析、显示、储存和恢复功能，还可以根据不同的实验产生各种输出信号；模拟实验台是被控对象，台上共有运算放大器12个，与台上的其他电阻电容等元器件配合，可组成各种具有不同系统特性的实验对象，台上还有正弦、三角、方波等信号源作为备用信号发生器用；A/D/A板安装在模拟实验台下面的实验箱底板上，它起着模拟与数字信号之间的转换作用，是计算机与实验台之间必不可少的桥梁；打印机可根据需要进行连接，对实验数据、图形作硬拷贝。 实验台由12个运算放大器和一些电阻、电容元件组成，可完成自动控制原理的典型环节阶跃响应、二阶系统阶跃响应、控制系统稳定性分析、系统频率特性测量、连续系统串联校正、数字PID、状态反馈与状态观测器等相应实验。 实验一 一、二阶系统阶跃响应 实验目的 学习构成一、二阶系统的模拟电路，了解电路参数对系统特性的影响；研究二阶系统的两个重要参数：阻尼比(和无阻尼自然频率(n对动态性能的影响。 学习一、二阶系统阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算一、二阶系统的传递函数。 二、实验仪器 自动控制系统实验箱一台 计算机一台 三、实验原理 模拟实验的基本原理： 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟一、二阶系统，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟一、二阶系统，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。 四、实验内容 构成下述系统的模拟电路，并测量其阶跃响应： 一阶系统的模拟电路如图 二阶系统的模拟电路如图 五、实验步骤 一阶系统阶跃响应实验 1.连接一阶系统模拟电路及D/A、A/D连线，检查无误后接通电源。 2.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。 3.在桌面双击图标 [自动控制原理实验] 运行软件。 4. 点击“实验选择”菜单选中“典型环节阶跃响应”栏，再打开“参数设置”菜单，设定采样周期T和采样点数N的值（计算机默认亦可）。点击“开始”按钮，进行实验。 5. 观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。 6. 记录波形及数据（由实验报告确定）。 二阶系统阶跃响应实验 7． 连接二阶系统模拟电路及D/A、A/D连线，检查无误后接通电源。 8.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。 9.在桌面双击图标 [自动控制原理实验] 运行软件。设定采样周期T和采样点数N的值（计算机默认亦可）。点击“开始”按钮，进行实验。 10．取(n =10rad/s,即令R=100K(，C=1(f；分别取(=0、0.5、1、2，即取R1=100K(，R2分别等于0、100K(、200K(、400K(。输入阶跃信号，测量系统阶跃响应，并记录最大超调量(p和调节时间ts的值。 11．取(=0.5，即取R1=R2=100K(；(n =100rad/s,取R=100K(，C=0.1(f。注意：二电容同时改变，测量系统阶跃响应，并记录最大超调量(p和调节时间ts数值。 12．取R=100K(，C=1(f，R1=100K(，R2=50K(，测量系统阶跃响应，记录响应曲线，特别要记录最大超调量(p和调节时间ts数值。 六、实验报告 1．画出一阶系统（惯性环节）