《自动控制理论》实验新

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1、《自动控制理论》实验指导书《自动控制理论》实验指导书适用专业:电气、测控、信息课程代码:8402510总学时:总学分:编写单位:电气信息学院编写人:审核人:审批人:批准时间:年月日-17-《自动控制理论》实验指导书目录实验一（实验代码1）典型系统的瞬态响应和稳定性………………………………………2实验二（实验代码2）线性系统的频率响应分析…………………………………………7实验三（实验代码3）系统校正………………………………………………………………12实验四（实验代码4）直流电机闭环调速……………………………………………………16-17-

2、《自动控制理论》实验指导书实验一典型系统的瞬态响应和稳定性一、实验目的和任务1、通过模拟实验，定性和定量地分析二阶系统的两个参数T和ζ对二阶系统动态性能的影响。2、通过模拟实验，定性和定量地分析系统开环增益K对系统稳定性的影响。3、观测系统处于稳定、临界稳定和不稳定情况下的输出响应的差别。二、实验内容1、观察二阶系统的阶跃响应，分析二阶系统的两个参数T和ζ对二阶系统动态性能的影响。2、观察三阶系统的阶跃响应，分析系统开环增益K对系统稳定性的影响。三、实验仪器、设备及材料TDN-AC/ACS教学实验系统、导线四、实验原理1．典型的二阶系

3、统稳定性分析(1)结构框图：如图1-1所示。图1-1(2)对应的模拟电路图：如图1-2所示。（其中R取10KΩ，50KΩ，160KΩ，200KΩ）图1-2(3)理论分析-17-《自动控制理论》实验指导书系统开环传递函数为：(4)实验内容先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。在此实验中(图1-2)，系统闭环传递函数为：其中自然振荡角频率和阻尼比：；。2．典型的三阶系统稳定性分析(1)结构框图：如图1-3所示。图1-3(2)模拟电路图：如图1-4所

4、示。图1-4(3)理论分析系统的开环传函为:-17-《自动控制理论》实验指导书，系统的特征方程为:(4)实验内容实验前由Routh判断得Routh行列式为：为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，所以有得：一、主要技术重点、难点1、用示波器观察系统阶跃响应C(t)时，超调量σp％，峰值时间tp和调节时间ts的测量。2、从系统阶跃响应C(t)波形分析系统稳定性六、实验步骤1.典型二阶系统瞬态性能指标的测试(1)按模拟电路图1-2接线，将阶跃信号接至输入端，取R=10K。(2)用示波器观察系统响应曲线C(t)，测量并记录超调MP、峰值时间t

5、p和调节时间tS。(3)分别按R=50K；160K；200K；改变系统开环增益，观察响应曲线C(t)，测量并记录性能指标MP、tp和tS，及系统的稳定性。并将测量值和计算值(实验前必须按公式计算出)进行比较。将实验结果填入表1-1中。2．典型三阶系统的性能(1)按图1-4接线，将1中的方波信号接至输入端，取R=30K。(2)观察系统的响应曲线，并记录波形。(3)减小开环增益，观察响应曲线，并将实验结果填入表1-2中。-17-《自动控制理论》实验指导书七、实验报告要求参数项目RKΩKl/sωnl/sζC(tp)C(∞)Mp％tpts阶跃

6、响应曲线计算值测量值计算值测量值计算值测量值0<ζ<1欠阻尼1050ζ=1临界阻尼160ζ>1过阻尼200表1-1-17-《自动控制理论》实验指导书R(KΩ)K输出波形稳定性100（临界稳定时的R值）R20表1-2七、实验注意事项1、作实验前要预习。2、实验内容较多，作实验时注意抓紧时间。八、思考题1、在实验线路中如何确保系统实现负反馈？如果反馈回路中有偶数个运算放大器，则构成什么反馈？2、有那些措施能增加系统的稳定度？它们对系统的性能有什么影响？-17-《自动控制理论》实验指导书实验二线性系统的频率响应分析一、实验目的和任务1．掌握

7、波特图的绘制方法及由波特图来确定系统开环传函。2．掌握实验方法测量系统的波特图。二、实验内容1、绘制波特图及由波特图来确定系统开环传函。2、实验方法测量系统的波特图三、实验仪器、设备及材料PC机一台，TD-ACC+系列教学实验系统一套四、实验原理1．频率特性当输入正弦信号时，线性系统的稳态响应具有随频率(ω由0变至∞)而变化的特性。频率响应法的基本思想是：尽管控制系统的输入信号不是正弦函数，而是其它形式的周期函数或非周期函数，但是，实际上的周期信号，都能满足狄利克莱条件，可以用富氏级数展开为各种谐波分量；而非周期信号也可以使用富氏积分

8、表示为连续的频谱函数。因此，根据控制系统对正弦输入信号的响应，可推算出系统在任意周期信号或非周期信号作用下的运动情况。2．线性系统的频率特性系统的正弦稳态响应具有和正弦输入信号的幅值比）（ωjΦ和相位差）（ωjΦ∠随角频