试验一典型环节及其阶跃响应.docVIP

计算机与电子信息工程系 二〇一二年三月 目 录 实验一 典型环节及其阶跃响应 实验二 二阶系统阶跃响应 实验三 控制系统的稳定性分析 2 实验四 系统频率特性测量 6 实验五 连续系统串联校正 1 实验六 数字PID控制 6 实验七 状态反馈与状态观测器 8 实验八 非线性实验 1 实验九 采样定理实验 5 实验十 数据采集 1 实验一 典型环节及其阶跃响应 【实验目的】 ⒈ 掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。 ⒉ 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。 【实验仪器】 ⒈ EL-AT-Ⅲ型自动控制系统实验箱一台 ⒉ 计算机一台 【实验原理】 ⒈ 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各种典型环节，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。 ⒉ 时域性能指标的测量方法： 超调量σ%： ⑴启动计算机，在桌面双击图标[自动控制实验系统]运行软件。 ⑵检查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中任实验，点击按钮，出现参数设置对话框设置好参数按确定按钮，此时无警告对话框出现表示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续进行实验。 ⑶连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D,D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。 ⑷在实验项目的下拉列表中，选择实验一[典型环节及其阶跃响应]。 ⑸鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认，等待屏幕的显示区显示实验结果。 ⑹用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，带入下列算出超量： YMAX - Y∞ ó %=——————×100% Y∞ Tp，Ts。 利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95﹪稳态值所需的时间值，便可得到Tp，Ts。 【实验内容】 构成下述典型系统的模拟电路，并测量其阶跃响应： 例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。 性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。 分环节的模拟电路及其传递函数如图1-3。 分环节的模拟电路及其传递函数如图1-4。 例+微分环节的模拟电路及其传递函数如图1-5。 例+积分环节的模拟电路及其传递函数如图1-6。 【实验步骤】 ⒈ 启动计算机，在桌面上双击图标[自动控制试验系统]运行软件 ⒉ 测试计算机与试验箱的通信是否正常，通信正常继续。如通讯不正常原因使通信正常后才可以继续进行实验。 比例环节： ⒊ 连接被测量典型环节的模拟电路（图1-1）。电路的输入U1接A/D,D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D,D/A卡的DA1输入，检查无误后接通电源。 ⒋ 在实验项目的下拉列表中选择实验一[一,典型环节及其阶跃响应]。 ⒌ 鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认，等待屏幕的显示区显示实验结果。 ⒍ 观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。 ⒎ 记录波形及其数据。 惯性环节： ⒏ 连接被测量典型环节的模拟电路（图1-2）。电路的输入U1接A/D,D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D,D/A卡的DA1输入，检查无误后接通电源。 ⒐ 实验步骤同4~7。 积分环节： ⒑连接被测量典型环节的模拟电路（图1-3）。电路的输入U1接A/D,D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D,D/A卡的DA1输入，检查无误后接通电源。 ⒒ 实验步骤同4~7。 微分环节： ⒓ 连接被测量典型环节的模拟电路（图1-4）。电路的输入U1接A/D,D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D,D/A卡的DA1输入，检查无误后接通电源。 ⒔ 实验步骤同4~7。 比例+积分环节： ⒕ 连接被测量典型环节的模拟电路（图1-6）。电路的输入U1接A/D,D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D,D/A卡的DA1输入，检查无误后接通电源。 ⒖ 实验步骤同4~7。 ⒗ 测量系统的阶跃响应曲线，并计入上表。 【实验结果】 图1比例环节 图2惯性环节 图3积分环节 图4微分环节 图5比例微分环节 图6比例积分环节 实验二 二阶系统阶跃响应 【实验目的】 ⒈ 研究二阶系统的特征参数，阻尼比ξ和无阻尼自然频率Wn 对系统动态性能的影响。定量分析ξ和Wn与最大超调量Mp和调节时间ts之间的关系。 ⒉ 进一步学