《自动控制原理》实验指导书.doc

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1、《自动控制原理》实验指导书梅雪罗益民袁启昌许必熙南京工业大学自动化学院目录实验一典型环节的模拟研究--------------------------1实验二典型系统时域响应和稳定性-------------------10实验三应用MATLAB进行控制系统根轨迹分析----------15实验四应用MATLAB进行控制系统频域分析------------17实验五控制系统校正装置设计与仿真-----------------19实验六线性系统校正-------------------------------22实验七线性

2、系统的频率响应分析---------------------26附录：TDN—ACP自动控制原理教学实验箱简介----------31实验一典型环节的模拟研究一．实验目的1．熟悉并掌握TD-ACC+设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异、分析原因。3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。二．实验内容下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。1．比例环节(P)A方框图：如图1.1-1所示。图1.1-1B传递函数：

3、C阶跃响应：其中D模拟电路图：如图1.1-2所示。图1.1-2注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K的电阻，实验中不需要再接。以后的实验中用到的运放也如此。E理想与实际阶跃响应对照曲线：①取R0=200K；R1=100K。②取R0=200K；R1=200K。2．积分环节(I)A．方框图：如右图1.1-3所示。图1.1-3B．传递函数：C．阶跃响应：其中D．模拟电路图：如图1.1-4所示。图1.1-4(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0=200K；C=1uF。②取R0=200K；C=2uF。3．比例积分

4、环节(PI)(1)方框图：如图1.1-5所示。图1.1-5(2)传递函数：(3)阶跃响应：其中；(4)模拟电路图：如图1.1-6所示。图1.1-6(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0=R1=200K；C=1uF。②取R0=R1=200K；C=2uF。4．惯性环节(T)(1)方框图：如图1.1-7所示。图1.1-7(2)传递函数：。(3)模拟电路图：如图1.1-8所示。图1.1-8(4)阶跃响应：，其中；(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0=R1=200K；C=1uF。②取R0=R1=200K；C=2uF。5．

5、比例微分环节(PD)(1)方框图：如图1.1-9所示。图1.1-9(2)传递函数：(3)阶跃响应：。其中，，为单位脉冲函数，这是一个面积为ｔ的脉冲函数，脉冲宽度为零，幅值为无穷大，在实际中是得不到的。(4)模拟电路图：如图1.1-10所示。图1.1-10(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0=R2=100K，R3=10K，C=1uF；R1=100K。②取R0=R2=100K，R3=10K，C=1uF；R1=200K。6．比例积分微分环节(PID)(1)方框图：如图1.1-11所示。图1.1-11(2)传递函数：(3)

6、阶跃响应：。其中为单位脉冲函数，；；(4)模拟电路图：如图1.1-12所示。图1.1-12(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R2=R3=10K，R0=100K，C1=C2=1uF；R1=100K。②取R2=R3=10K，R0=100K，C1=C2=1uF；R1=200K。三、实验设备及仪器1．PC机一台；2．TD-ACC+实验系统一套；3．万用表。四.注意事项1．连接通信线时，应首先关闭电源。在使用中如果出现不能通讯的情况。请先按实验仪上的复位键，使系统复位，按键盘上的“ESC”键，观察通讯是否正常，如果仍然不能通讯

7、，请重新启动计算机，再次连接。2．在使用中如果出现不能通讯的情况。请先按实验仪上的复位键，使系统复位，按键盘上的“ESC”键，观察通讯是否正常，如果仍然不能通讯，请重新启动计算机，再次连接。3．连接导线在插拔时，应抓住连接端头，不能拔导线。五.实验方法及步骤1．按1.1.3节中所列举的比例环节的模拟电路图将线接好。检查无误后开启设备电源。2．将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均设置了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关分别设在“方波”档和“500ms～12s”档，调节调幅和

8、调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右。3．将2中的方波信号加至环节的输入端Ui，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入Ui端和输出U0端，观测输出端的实际响应曲线U0(t)，记录实验波形及结果。4．改变几组参数，重新观测结果。5．用同样的方法分别搭接积分环节、比例积分