自动控制原理实验指导书Word下载.docx

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220V直流电动机可逆调速、线电压220V鼠笼式电机变频调速与调压调速。

线电压380V鼠笼式电机变频调速、调压调速及绕线是电机的串级调速。

（三）出现任何异常，务必立即切除实验系统总电源（或按急停按钮）。

（四）为防止调速系统的振荡，在接入调节器时必须先将RC环节设定为1：

1的比例状态，实验时按需改变RC值，直至满足要求。

（五）本实验台“过流”信号取自“三相电流检测及变换（DD04）”单元。

因此，在所有交、直流实验电路中都已接入（DD04）单元，但应经常检查，确保过流保护单元工作正常。

（六）无“电流闭环”又无“电流截止负反馈”的系统，务必采用“积分给定”输出，否则不可阶跃起动，给定需从0V缓慢起调。

（七）“闭环系统”主控开启前，务必确保负反馈极性和接线正确、各个调节器性能良好、“限幅值”正确无误。

（八）实验前，先将负载给定调为0（发电机负载则将负载变阻器断开或置于阻值最大），实验中按需调节负载给定，逐步增大负载，直至所要求的负载电流。

且不能长时间使电机工作在超额定状态。

（九）“电流开环”的交流调速系统，给定以积分输出（Un*2）给出。

（十）“双踪示波器”测试双线波形，严防因示波器“双表笔”共地而引起系统短路。

（十一）本“实验注意事项”，适用于采用本实验台的所有实验。

任何改接线，首先断开电源；

一旦有异常，迅速按急停开关，切断电源！

实验一典型环节及其阶跃响应………………………………………4

实验二二阶系统阶跃响应………………………………………………….9

实验一典型环节及其阶跃响应

一、实验目的

1.掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。

2.掌握控制系统时域性能指标的测量方法。

二、实验仪器

1．自动控制原理挂箱（DSC02）

2．PC计算机一台

三、实验原理

1.模拟实验的基本原理：

控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。

再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。

若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。

2．时域性能指标的测量方法：

超调量δ%：

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U2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）鼠标单击实验课题弹出实验课题参数窗口。

在参数设置窗口中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。

6）利用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，带入下式算出超调量：

TP与TS：

利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳态值所需的时间值，便可得到TP与TS。

四、实验内容

构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应：

1.比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。

1

G（S）=R2/R

2.惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。

G（S）=K/TS+1

K=R2/R1，T=R2C

3.积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。

G（S）=1/TS

T=RC

4.微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。

G（S）=RCS

5.例+微分环节的模拟电路及传递函数如图1-5（未标明的C=0.01uf）。

G（S）=K（TS+1）

K=R2/R1，T=R2C

6.比例+积分环节的模拟电路及传递函数如图1-6。

G（S）=K（1+1/TS）

五、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,通信正常后继续以下实验。

比例环节

3.连接被测量典型环节的模拟电路（图1-1）。

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一[典型环节及其阶跃响应]。

5.鼠标单击实验课题弹出实验课题参数窗口。

6.观测计算机屏幕显示出的响应曲线。

7.记录波形及数据（由实验报告确定）。

惯性环节

8.连接被测量典型环节的模拟电路（图1-2）。

9.实验步骤同4～7

积分环节

10.连接被测量典型环节的模拟电路（图1-3）。

11.实验步骤同4～7

微分环节

12.连接被测量典型环节的模拟电路（图1-4）。

13.实验步骤同4～7

比例+积分环节

16.连接被测量典型环节的模拟电路（图1-6）。

17.实验步骤同4～7

18.测量系统的阶跃响应曲线，并记入于表1－1。

六、实验报告

1.由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由电路计算的结果相比较。

2.将实验中测得的曲线、数据及理论计算值，整理列表。

七、预习要求

1.阅读实验原理部分，掌握时域性能指标的测量方法。

3.分析典型一阶系统的模拟电路和基本原理。

表1－1　实验数据

参数

阶跃响应曲线

Ts（秒）

理论值

实测值

R1=R2=100K

C=1uf

K=1

T=0.1S

比例+微分环节

R1=100K

R2=200K

K=2

T=0.2S

实验二二阶系统阶跃响应

1.研究二阶系统的特征参数，阻尼比和无阻尼自然频率n对系统动态性能的影响。

定量分析和n与最大超调量Mp和调节时间tS之间的关系。

2.进一步学习实验系统的使用方法

3.学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。

1.自动控制原理挂箱（DSC02）

2.PC计算机一台

3．域性能指标的测量方法：

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。

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二[二阶系统阶跃响应]。

6）利用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，带入下式算出超调

量：

TP与TP：

利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳态值所需的时间值，便可得到TP与TP。

典型二阶系统的闭环传递函数为

图2-1二阶系统模拟电路图

（1）

其中和n对系统的动态品质有决定的影响。

构成图2-1典型二阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应：

图2-2二阶系统结构图

电路的结构图如图2-2：

系统闭环传递函数为

（2）

式中T=RC，K=R2/R1。

比较

（1）、

（2）二式，可得

n=1/T=1/RC

=K/2=R2/2R1（3）

由（3）式可知，改变比值R2/R1，可以改变二阶系统的阻尼比。

改变RC值可以改变无阻尼自然频率n。

今取R1=200K，R2=100K和200K，可得实验所需的阻尼比。

电阻R取100K，电容C分别取1f和0.1f,可得两个无阻尼自然频率n。

五、实验步骤

1.连接被测量典型环节的模拟电路。

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。

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。

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n=10rad/s,即令R=100K，C=1f；

分别取=0.5、1、2，即取R1=100K，R2分别等于100K、200K、400K。

输入阶跃信号，测量不同的时系统的阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量Mp和调节时间Ts的数值和响应动态曲线，并与理论值比较。

6.取=0.5。

即电阻R2取R1=R2=100K；

n=100rad/s,即取R=100K，改变电路中的电容C=0.1f（注意：

二个电容值同时改变）。

输入阶跃信号测量系统阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量δp和调节时间Tn。

7.取R=100K；

改变电路中的电容C=1f,R1=100K,调节电阻R2=50K。

输入阶跃信号测量系统阶跃响应，记录响应曲线，特别要记录Tp和p的数值。

8.测量二阶系统的阶跃响应并记入表中：

实验结果

δ%

tp（ms）

ts（ms）

R=100K

C=1μf

ωn=10rad/s

R2=0K

ζ=0

R2=50K

ζ=0.25

R2=100K

ζ=0.5

R1=50K

ζ=1

C1=C2=0.1μf

ωn=100rad/s

R1=100K

1.画出二阶系统的模拟电路图，讨论典型二阶系统性能指标与ζ，ωn的关系。

2.把不同和n条件下测量的Mp和ts值列表，根据测量结果得出相应结论。

3.画出系统响应曲线，再由ts和Mp计算出传递函数，并与由模拟电路计算的传递函数相比较。

1.阅读实验原理部分，掌握时域性能指标的测量方法。

2.按实验中二阶系统的给定参数，计算出不同ζ、ωn下的性能指标的理论值