《自动控制理论》

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1、《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:6001359总学时：总学分：编写单位：电气信息学院写审核人:审批人:批准时间：年月日实验一（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<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対系统稳定性的影响。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

2、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©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。(选做)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.典型的二阶系统稳定性分析(1)结构框图：如图1-1所示。图1T(2)对应的模拟电路图：如图1-2所示。(其中R取10KQ,50KQ,160KQ,200KQ)1OK1OK图1-2(3)理论分析系统开环传递函数为:®S）=7；S（7；；+1）=S（7；S：1）；开环增益人二（4）实验内容先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼吋电阻R的理论值，再将理论俏应用于模

3、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）,0=1八T,=0.25,心=20%=K=20%系统闭环传递函数为:"㈤S2+2阿S+0；52+5S+KK44门然振荡角频率:10阻尼比:5_y/R2^-~402.典世的三阶系统稳定性分析结构椎图：如图1-3所示。（选做）R（s）+图1-3模拟电路图：如图1-4所示。⑵图1一4(3)理论分析系统的开环传函为:G(S)H(S)5°%S(O.1S+1)(O.5S+1)(其中K「0%)系统的特征方程为：1+G(S)H(S)二0nS'+12S2+20S+20K二0(4)实验内容实验ijijlIlRout

4、h判断得Routh彳亍列式为:S3120S21220KS1(・5K/3)+200S°20K0为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，所以有--K+2Q>0<320K>0系统稳定系统临界稳定系统不稳定得：0R>41.7KQK=123R=41.7KQK>123R<41.7KQ五、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Op%，峰值时间s和调节时间ts的测虽。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二10Ko(2)川示波器观察系统响应曲线C(t),测

5、量并记录超调叫、峰值时间t和调节时间t。PpS(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t和匕，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PO入表1T中。2.典型三阶系统的性能(选做)(1)按图1-4接线，将1屮的方波信号接至输入端，取R=30Ko(2)观察系统的响应Illi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。七、实验报告要求其中Mp=e%^,tp=—C(tp)=l+e/卜参数项目RKQK1/s3口1/sc(uC9)Mptpts阶跃响应

6、

7、

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10、线计算值测量值计算值测值计算值测量值0<^<1欠阻尼1050©二1临界阻尼160///©>1过阻尼200/////表1-1R(KQ)K输出波形稳定性20（临界稳定时的R值）R100表1-2（选做）八、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。九、思考题1、在实验线路中如何确保系统实现负反馈？如果反馈回路中冇偶数个运算放大器，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？实验二线性系统的频率响应分析一、实验目的和任务1•学握波特图的绘制方法及山波特图来确定系统开环传函。1.学握实验方法测量系统的波特图。二、实验内容1、绘制波

11、特图及山波特图來确定系统开环传函。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（3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表示为连续的频谱函数。因