自动控制原理实验报告合肥工业大学.docx

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自动控制原理实验报告合肥工业大学

实验一典型环节的模拟研究

一、实验要求

了解和掌握各典型环节的传递函数及模拟电路图，观察和分析各典型环节的响应曲线。

二、实验原理（典型环节的方块图及传递函数）

三．实验内容及步骤

在实验中欲观测实验结果时，可用普通示波器，也可选用本实验机配套的虚拟示波器。

如果选用虚拟示波器，只要运行LCAACT程序，选择自动控制菜单下的典型环节的模拟研究实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始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。

具体用法参见用户手册中的示波器部分。

1．观察比例环节的阶跃响应曲线

典型比例环节模似电路如图1-1-1所示。

该环节在A1单元中分别选取反馈电阻R1=100K、200K来改变比例参数。

实验步骤：

注：

‘SST’不能用“短路套”短接！

（1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的输入信号（Ui）。

（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：

（a）安置短路套

（b）测孔联线

（3）虚拟示波器（B3）的联接：

示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT（Uo）。

注：

CH1选‘X1’档，CH2置‘0’档。

（4）运行、观察、记录：

按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5V阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t），且将结果记下。

改变比例参数（改变运算模拟单元A1的反馈电阻R1），重新观测结果,其实际阶跃响应曲线见表1-1-1。

当R1=200K的电路与相应曲线

当R1=100K的电路与相应曲线

2．观察惯性环节的阶跃响应曲线

典型惯性环节模似电路如图1-1-2所示。

该环节在A1单元中分别选取反馈电容C=1uf、2uf来改变时间常数。

实验步骤：

注：

‘SST’不能用“短路套”短接！

（1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入（Ui）。

（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：

（a）安置短路套

（b）测孔联线

（3）虚拟示波器（B3）的联接：

示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT（Uo）。

注：

CH1选‘X1’档，CH2置‘0’档。

（4）运行、观察、记录：

按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5V阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t），且将结果记下。

改变时间常数（改变运算模拟单元A1的反馈反馈电容C），重新观测结果，其实际阶跃响应曲线见表1-1-1。

下图为实验电路以及示波器显示的波形

C=1uf时的电路图与相应曲线示波器显示：

当C=1uf时的电路图与相应曲线示波器显示：

3．观察积分环节的阶跃响应曲线

典型积分环节模似电路如图1-1-3所示。

该环节在A1单元中分别选取反馈电容C=1uf、2uf来改变时间常数。

实验步骤：

（1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性方波信号（OUT），代替信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入（Ui）：

a．将函数发生器（B5）中的插针‘SST’用短路套短接。

b．将S1拨动开关置于最上档（阶跃信号）。

c．信号周期由拨动开关S2和“调频”旋钮调节，信号幅度由“调幅”旋钮调节，

以信号幅值小，信号周期较长比较适宜（频率在0.3Hz左右，幅度在1V左右）。

（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：

（a）安置短路套

（b）测孔联线

（3）虚拟示波器（B3）的联接：

示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT（Uo）。

注：

CH1选‘X1’档，CH2置‘0’档。

（4）运行、观察、记录：

按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5V阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t），且将结果记下。

改变时间常数（改变运算模拟单元A1的反馈反馈电容C），重新观测结果，其实际阶跃响应曲线见表1-1-1。

下图为实验电路以及示波器显示的波形

实验4，用‘扫频法’测量系统的对数幅频曲线和相频曲线

幅频曲线

相频曲线

二、MATLAB语言与控制系统仿真

实验任务：

⏹4-11

⏹绘制（a）（b）的根轨迹图

⏹绘制（a）（b）的单位阶跃响应图，分析比例-微分校正器的作用

⏹5-4

⏹绘制

（1）（3）的奈氏图

⏹绘制

（2）（4）的伯特图

MATLAB函数说明：

⏹根轨迹

⏹rlocus（）

⏹格式1：

rlocus（num，den）

⏹num和den是系统开环传函GK（s）分子和分母多项式的系数。

⏹功能：

绘制系统根轨迹。

⏹频率法

⏹nyquist（）

⏹格式：

nyquist（num，den）

⏹num和den是开环传递函数的分子和分母多项式的系数。

⏹功能：

绘制系统的乃氏曲线。

⏹bode（）

⏹格式：

bode（num，den）

⏹num和den是开环传递函数的分子和分母多项式的系数。

⏹功能：

绘制系统的bode图。

4-11（A）

实验程序：

根轨迹图：

rlocus（[5],[5,1,0]）

4-11（B）

rlocus（[4，5],[5,5,5]）

5-4

（1）奈氏图

nyquist（[2],[16,10,1]）

（2）伯特图bode（[50],[6,7,7,1,0,0]）

（3）奈氏图nyquist（[10,2],[1,0.1,0,0]）

（4）伯特图bode（[8,0.8],[1,5,30,29,25,0]）