文档介绍：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 2
实验二二阶系统阶跃响应 8
实验三控制系统的稳定性分析 12
实验四系统频率特性测量 16
实验五连续系统串联校正 21
实验六数字PID控制 26
实验七状态反馈与状态观测器 28
实验八非线性实验 31
实验九采样定理实验 35
实验十数据采集 41
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进一步学习实验系统的使用方法
⒊学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。
【实验仪器】
⒈