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自动控制原理 实验说明书 自动控制与测试教学实验中心 二〇一三年六月 自动控制原理实验说明书 概述 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院自动控制与测试教学实验中心是国家 211 工程建设项目、校级实验教学示范中心，其中的自动控制理论教学实验室面向全校开放，承 担全校自动控制原理的本科生实验课教学。 本实验说明书所涉及的自动控制原理实验采取半实物仿真方式实现。半实物仿真一般是 把数学模型、实体模型和系统的实际设备联系在一起进行运行，组成仿真系统。而在对此系 统进行仿真时，因有实物介入仿真回路，要求仿真是实时进行的，仿真机必须在与真实系统 同步的条件下，获取动态的输入信号，并实时地产生动态的输出响应。半实物仿真已经成为 国防、工程领域内一种应用广泛的仿真技术，从某种程度上讲半实物仿真技术已经成为其整 体科学技术水平的体现和代表。半实物仿真技术在一般的工业控制中更为常见，其控制器可 以由计算机实现，将控制对象作为实物直接放置在仿真回路中，构造起半实物仿真系统。 实验系统硬件部分包括计算机、数据采集板和电子模拟机。电子模拟机用来实现系统模 型（实物部分），数据采集板用来完成数字量及模拟量的转换以及信号的产生和数据的采集 和处理，计算机用来实现综合的实验软件管理以及算法。 实验系统软件部分借助 MATLAB 软件实现，包括信号源的产生、数据的采集、控制算 法和系统模型。自动控制教学实验中心自行开发了PCI 数据采集板在MATLAB 下的驱动程 序，可实现在MATLAB 下实时的数据输出和采集，该驱动程序是整个实验系统的核心。 基于半实物仿真技术的自动控制原理实验，倡导的是自主性和研究性的实验方法，实验 分为基本实验内容和研究性实验内容两种。基本实验内容可以完成设定的实验包括：典型环 节实验、频率特性测试、控制系统串联校正、PID 控制器、状态反馈与观测器、采样系统研 究实验、非线性环节实验等多种控制理论实验。研究性实验则非常灵活，借助硬件驱动可实 MATLAB 现基本的数据的输入输出， 可实现控制算法和系统模型的构建，两者的结合可实现 任何的实验系统，达到实验者进行相应控制理论研究的目的。实验者可在根据自身情况选择 实验方式和方法。 自动控制原理实验以学生自主实验为主，教师指导为辅，因此要求学生实验前应完成相 关部分的理论课程学习，具备一定的MATLAB 基础，并进行提前预习！ 1 仪器设备简介 1.1 数据采集卡 数据采集卡可用于完成数字量和模拟量之间的相互转换，并可模拟量和数字量的输入输 PCI 12 A/D 出。实验室所采用的是基于 总线的多功能模入模出接口卡，本卡具有 位精度的 1 自动控制原理实验说明书 D/A 16 16 和 ，同时具备 路数字量输入和 路数字量输出。 1.2 电子模拟机 HHMN-1 型电子模拟机用来对控制系统实现电子模拟，通过在电子模拟机上搭接模拟电 路的方法来实现各种典型环节和控制系统的传递函数。 电子模拟机以积分器和加法器为基础，分为九个单独的运算放大器模块，配置了二极管、 电位计、分压器、电阻、电容等部件，每个运放模块都相互独立，如果各部件之间有黑线连 接则说明是连通的，不再需要导线连接，相反则需要用导线进行连接使用。模拟机后面有一 37 D 个 针 型头接口和计算机内的数据采集板进行连接通信，模拟机上所有的共地点都已经 10 A/D 2 D/A 连好，不再需要连接。模拟机右侧有 路 （模拟量输入采集），路 （模拟量输出） 的插孔，实验者可根据实验要求自行连接。在进行