自动控制原理实验指导书-西南交通大学.docVIP

自动控制原理课程 实 验 指 导 书 自动控制原理教研室 编 西南交通大学 目 录 实验一 典型环节的模拟研究 - 1 - 实验二 二阶系统的瞬态响应和稳定性 - 9 - 实验三 三阶系统的瞬态响应和稳定性 - 13 - 实验四 线性控制系统根轨迹分析 - 16 - 实验五 频率响应和频率特性曲线的绘制 - 23 - 实验六 二阶系统的频率特性曲线 - 28 - 实验七 频域法串联超前校正 - 34 - 实验八 频域法串联滞后校正 - 44 - 实验九 非线性系统的描述函数法分析 - 53 - 实验十 模拟直流电机闭环调速实验 - 60 - 附录 附录1 LABACT自控实验系统介绍 - 65 - 附录2 LABACT虚拟示波器介绍 - 79 - | 实验一 典型环节的模拟研究 一．实验目的 1．了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式。 2．观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响。 3．熟悉AEDK-labACT实验系统及虚拟示波器的使用方法。 二．实验仪器设备 1．AEDK-labACT实验系统 1套 2．PC机 1台 三．实验原理及方法 典型环节的方块图及传递函数如表1-1所示。 表1-1 典型环节的方块图及传递函数 典型环节名称 方 块 图 传递函数 比例 （P） 积分 （I） 比例积分 （PI） 比例微分 （PD） 惯性环节 （T） 比例积分微分 （PID） 四．实验内容及步骤 实验中观测实验结果时，可用普通示波器，也可选用本实验机配套的虚拟示波器。（以后各实验类似，不赘述。） 如果选用虚拟示波器，只要运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始按钮即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见附录2。 1．观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如图1-1所示。 图1-1 典型比例环节模拟电路 单位阶跃响应为： t (0 （1-1） 其中。 【步骤】 注：‘S-ST’不能用“短路套”短接！ （1）用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号（Ui）： B1单元中电位器的左边K3开关拨下（GND），右边K4开关拨下（0~ +5V阶跃）。阶跃信号输出（B1的Y测孔）调整为4V（调节方法：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮，L9灯亮，调节电位器，用万用表测量Y测孔）。 （2）按图1-1构造模拟电路（R1=100k(），安置短路套及测孔联线。 （3）运行、观察、记录：（注：CH1选‘×1’挡。时间量程选‘×1’挡） ① 打开虚拟示波器的界面，点击开始按钮，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t），点击虚拟示波器界面上的停止按钮，测量并记录输出响应的稳态值。 ② 在虚拟示波器上点击窗口菜单下的截屏选项，将输出响应波形图保存为一个图像文件。 （4）改变比例系数（改变运算模拟单元A1的反馈电阻R1的大小），重复步骤（3）。 2．观察惯性环节的阶跃响应曲线 典型惯性环节模拟电路如图1-2所示。 图1-2 典型惯性环节模拟电路 单位阶跃响应为： t (0 （1-2） 其中，。 【步骤】 注：‘S-ST’不能用“短路套”短接！ （1）用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号（Ui）： B1单元中电位器的左边K3开关拨下（GND），右边K4开关拨下（0~ +5V阶跃）。阶跃信号输出（B1的Y测孔）调整为4V（调节方法：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮，L9灯亮，调节电位器，用万用表测量Y测孔）。 （2）按图1-2构造模拟电路（C=1(F），安置短路套及测孔联线。 （3）运行、观察、记录：（注：CH1选‘×1’挡。时间量程选‘×1’挡） ① 打开虚拟示波器的界面，点击开始按钮，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo），等待完整波形出来后，点击虚拟示波器界面上的停止按钮，移动虚拟示波器横向游标到4V×K×0.632处，得到与响应曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵向游标，从阶跃开始到曲线的交点，测量得到惯性环节模拟电路时间常数T，并记录。 ② 在虚拟示波器上点击窗口菜单下的截屏选项，将输出响应波形图保存为一个图像文件。 （4）改变时间常数及