自控实验教材Word格式.docx

1、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

2、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（ALTT）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（ALTM）a） 串口设置：

3、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（ALTF）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

4、。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0255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

5、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/R12. 惯性环节G（s）=-K/（Ts+1）K=R2/R1;T=R2C3. 积分环节G（s）=1/TsT=RC4. 微分环节G（s）=-RCs5. 比例微分环节G（s）=-K（Ts+1）K=R2/R1T=R2C6. 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

6、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36。四、 实验报告1. 画出各典型环节的模拟

7、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、阻尼比和无阻尼自然频率n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、n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，改变RC的取值可以改变n。电路中：R1取值100K，R2取值为0500K可调R取值100K，C取值为1uF或0.1uF1. 连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1

8、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n10rad/s，即R100K，C1uF；分别取0、0.25、0.5、0.7、1、2，即R1取值100K，R2分别调到0、50K、100K、140K、200K、400K。输入阶跃信号，测量不同时系统的阶跃响应，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0.5即R1和R2取值都为1

9、00K，n100rad/s，即R100K，C0.1uF（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R100K，C1uF；R1取值100K，R2调到50K。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、n的表达式 2. 计算不同、n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

10、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=0500K；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0500k方向变化，此时相应K=10K1=050。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

11、位器电阻由大至小变化，即R3=500k0，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22 系统传递函数取R3=

12、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