自控实验教材Word格式.docx

自控实验教材Word格式.docx

《自控实验教材Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自控实验教材Word格式.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

可根据软件产生不同的信号（阶跃、三角、正弦），使用时用RS232串口电缆将A/D&

D/A接口卡与计算机相连，这样的一套实验设备可以构成一个自动控制元件，也可以构成一个自动控制系统，并对其特性进行测量。

所有的自动控制理论实验课都将在这套设备系统上完成。

硬件联接：

D/A接口卡结构图:

D/A数据发送12位

A/D数据采样12位

电源连接

采样卡的电源连接到实验控制箱的A2（电源插座）上，连接时应该注意连接的插座方向，即连线的凸起与插座的正方向对应。

串行口连接

串口连线的母口与计算机串口（com1,com2）任一个连接，串口连线的公口与采样卡连接。

（系统默认连接为com1）

实验导线连接

按照实验指导说明书，用导线连接相应的接线点。

复位键

当系统不能从采样卡获取数据时，（主要是系统传输数据失败）应当按复位键使系统复位。

软件使用说明：

软件启动

该软件是在windows操作系统下运行的应用软件，操作系统要求是win95或win98。

在windows桌面上找到[自动控制实验系统]图标，双击图标即可启动自动控制实验系统配套软件，或者在开始菜单的程序子项中选择北京理工达盛软件中的[自动控制实验系统]条目，单击即可启动软件。

界面介绍

自动控制实验软件系统采用图形化界面，菜单说明如下：

1）.实验课题（ALT＋T）

在该菜单下选择所做的实验课题项目，鼠标单击实验课题名称即可进入相应的实验。

2）.系统设置（ALT＋M）

a）串口设置：

设置实验中计算机与A/D&

D/A接口卡通讯所使用的串口号。

b）串口通讯测试：

测试实验系统与计算机的通讯是否正常。

3）.实验数据（ALT＋F）

a）打开数据：

打开原来保存的实验数据。

b）保存数据：

保存当前的实验数据。

c）打印数据：

将当前或者已经保存过的结果通过打印机输出。

d）打印设置：

设置打印时的相关信息

4）.查看

主要显示自动控制原理实验课题的基本资料，包括实验所用的基本原理及电路和相应的实验说明。

串口通讯测试

由于所有的实验都必须由计算机控制完成，所以计算机与A/D&

D/A接口卡通讯必须严格保证。

其操作如下：

串口设置：

点击串口设置，在弹出的对话框中输入1，表示COM1；

2，表示COM2。

确认，当前设置有效；

取消，保留原设置。

默认设置为COM1。

串口测试：

点击串口测试，弹出如图所示的对话框。

点击通讯串口测试，系统与采样卡进行通讯测试，通讯正常则在控件测试区中显示0—255数据。

如果数据没有或不全，则说明通讯有故障，应检查计算机串口或采样卡上的232通讯芯片U4，点击清除接收数据，则测试区中的数据被清楚。

退出，则退出串口测试。

自动测量功能

软件具有自动测量功能，在屏幕上单击测量按钮，将在显示区显示测量线，测量线可以用鼠标拖动，拖动的过程中，屏幕的下方动态显示测量的结果。

显示区的横轴坐标表示时间，单位为ms；

纵轴表示电压，单位为v。

实验一典型环节的电路模拟及其阶跃响应

一、实验目的

1．分析构成典型环节的模拟电路，了解电路参数的变化对环节特性的影响。

2．学习典型环节的阶跃响应的测量方法，对于系统结构已知的系统，要求能够依据阶跃响应曲线计算其传递函数。

二、实验内容

构成下述典型环节的模拟电路，计算其传递函数并测量其阶跃响应。

1.比例环节：

G（s）=-R2/R1

2.惯性环节

G（s）=-K/（Ts+1）

K=R2/R1;

T=R2C

3.积分环节

G（s）=1/Ts

T=RC

4.微分环节

G（s）=-RCs

5.比例微分环节

G（s）=-K（Ts+1）

K=R2/R1T=R2C

6.比例积分环节

G（s）=-K（1+1/Ts）

三、实验步骤

1.启动计算机，在桌面双击图标[自动控制实验系统]运行软件。

2.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。

如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。

3.连接被测量比例环节的模拟电路。

电路的输入u接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出y接A/D、D/A卡的AD1输入。

检查无误后接通电源。

4.在实验课题下拉菜单中选择实验一[典型环节及其阶跃响应]。

5.鼠标单击该选项弹出实验课题参数窗口。

完成填写相应的参数后，点击确认等待屏幕的显示区域显示实验结果。

6.观察并记录计算机的屏幕显示的响应曲线及数据。

7.分别连接成惯性环节、积分环节、微分环节、比例微分环节、比例积分环节，重复步骤3—6。

四、实验报告

1.画出各典型环节的模拟电路图，画出它们的阶跃响应曲线。

2.对比实验响应曲线和电路计算结果，分析误差产生的原因。

实验二二阶系统的阶跃响应

1．分析构成二阶系统的模拟电路，研究其特征参数、阻尼比ξ和无阻尼自然频率ωn与电路参数的关系以及电路参数的变化对系统动态性能的影响。

2．定量分析和观测ξ、ωn与最大超调量Mp和调节时间ts之间的关系。

典型二阶系统的闭环传递函数为：

模拟电路如下：

系统的结构图：

系统的闭环传递函数为：

可以看出：

改变R2/R1可以改变系统阻尼比ξ，改变RC的取值可以改变ωn。

电路中：

R1取值100K，R2取值为0～500K可调

R取值100K，C取值为1uF或0.1uF

1.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DA1输出，电路的输出y接A/D、D/A卡的AD1输入。

2.启动计算机，在桌面双击图标[自动控制实验系统]运行软件。

3.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。

4.在实验课题下拉菜单中选择实验二[二阶系统阶跃响应],鼠标单击该选项弹出实验课题参数窗口。

5.取ωn＝10rad/s，即R＝100KΩ，C＝1uF；

分别取ξ＝0、0.25、0.5、0.7、1、2，即R1取值100KΩ，R2分别调到0、50KΩ、100KΩ、140KΩ、200KΩ、400KΩ。

输入阶跃信号，测量不同ξ时系统的阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量Mp和调节时间ts的数值和动态响应曲线。

6.取ξ＝0.5即R1和R2取值都为100KΩ，ωn＝100rad/s，即R＝100KΩ，C＝0.1uF（两个电容同时改变）。

输入阶跃信号，测量系统的阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量Mp和调节时间ts的数值。

7.取R＝100KΩ，C＝1uF；

R1取值100KΩ，R2调到50KΩ。

输入阶跃信号，测量系统的阶跃响应，并由显示的波形记录动态响应曲线和最大超调量Mp和调节时间ts的数值。

1.画出二阶系统的模拟电路图，求出参数ξ、ωn的表达式

2.计算不同ξ、ωn条件下的最大超调量Mp和调节时间ts并与实验结果进行比较，分析产生误差的原因。

实验三控制系统的稳定性分析

1．观察系统的不稳定现象。

2．研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。

系统模拟电路图如下图：

其开环传递函数为:

G（s）=10K1/s（0.1s+1）（Ts+1）

式中K1=R3/R2，R2=100K，R3=0～500K；

T=RC，R=100K，C=1f或C=0.1f两种情况。

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AD1输入。

4.在实验课题下拉菜单中选择实验三[控制系统的稳定性分析],鼠标单击该选项弹出实验课题参数窗口。

其中设置输入信号源电压U1=1V,点击确认观察波形。

5.改变电位器使R3从0→500k方向变化，此时相应K=10K1=0～50。

观察不同R3值时，显示区内的输出波形（既U2的波形），找到系统输出产生增幅振荡时相应的R3及K值。

再把电位器电阻由大至小变化，即R3=500k→0，观察不同R3值时的显示区内的输出波形,找出系统输出产生等幅振荡变化的R3及K值，并观察U2的输出波形。

6.在步骤5条件下，使系统工作在不稳定状态，即工作在等幅振荡情况。

改变电路中的电容C由1f变成0.1f，重复实验步骤4观察系统稳定性的变化。

1．画出步骤5的模拟电路图。

2．画出系统增幅或减幅振的波形图。

3．计算系统的临界放大系数，并与步骤5中测得的临界放大系数相比较。

实验四系统频率特性测量

1．加深了解系统及元件频率特性的物理概念。

2．掌握系统及元件频率特性的测量原理和方法。

1．模拟电路图及系统结构图分别如图1和图2。

图1

图2

2．系统传递函数取R3=500k，则系统传递函数为

若输入信号U1（t）=U1sint,则在稳态时，其输出信号为U2（t）=U2sin（t+）。

改变输入信号角频率值，便可测得二组U2/U1和随变化的数值，这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。

测频率图

4.选中[实验课题→系统频率特性测量→测频率图]菜单项,鼠标单击将弹出参数设置窗口。

参数设置完成后，点击确认按钮等待观察波形。

测波特图

5.在测量波特图的过程中首先应选择[实验课题→系统频率特性测量→测波特图→数据采样]采集信息。

6.待数据采样结束后，点击[实验课题→系统频率特性测量→测波特图→图形观测]即可以在显示区内显示出所测量的波特图。

测奈氏图

7.在测量波特图的过程中首先应选择[实验课题→系统频率特性测量→测奈氏图→数据采样]采集信息。

8.待数据