《ACT0512实验指导书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ACT0512实验指导书（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、自动控制原理自动控制原理 实验指导书实验指导书 冉立冉立 四川大学电气信息学院四川大学电气信息学院 电气信息工程专业中心实验室电气信息工程专业中心实验室 二二一一年八月年八月 电 气 信 息 学 院 电 气 信 息 工 程 专 业 中 心 实 验 室 I 目目 录录 目目 录录 .I 实验一典型环节的电模拟及阶跃响应分析实验一典型环节的电模拟及阶跃响应分析.1 实验二二、三阶系统动态分析实验二二、三阶系统动态分析.6 实验三基于根轨迹法的系统综合实验三基于根轨迹法的系统综合.10 实验四频率特性测试实验四频率特性测试.11 实验五三阶系统串联校正实验五三阶系统串联校正.14 实验六典型非线性环
2、节与非线性系统实验六典型非线性环节与非线性系统.16 实验七采样系统分析实验七采样系统分析.22 电 气 信 息 学 院 电 气 信 息 工 程 专 业 中 心 实 验 室 1 实验一典型环节的电模拟及阶跃响应分析实验一典型环节的电模拟及阶跃响应分析 一实验目的：一实验目的： 1学习典型环节的电模拟方法及参数测试方法； 2观察典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响； 3学习虚拟仪器(抵频示波器)的使用方法； 4学习使用 MATLAB 中 SIMULINK 的使用，进行时域法分析； 5了解虚拟实验的使用方法。 二实验设备及仪器二实验设备及仪器 1模拟实验箱； 2低频信号发生器； 3
3、虚拟仪器（低频示波器） ； 4计算机； 5MATLABL 仿真软件。 三实验内容三实验内容 1比例环节：比例环节： ， KsG 1 2 R R K 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date:25-Aug-2004Sheet of File:E:DosPPro33ZK01.DDBDrawn By: A1 R1 R0 R2 c(t) r(t) 从输入端加入阶跃信号，观察不同的比例系数 K 时的输出波形，并作记录。 MATLAB 仿真： 如图所示连接系统； 在 Simulation/Simulation parameters
4、 中将仿真时间(Stop Time )设置为 10 秒； 计 算 机 控 制 技 术 实 验 指 导 书 2 单击 Simulation/Start 开始仿真，打开示波器 Scope 显示仿真结果； 改变比例系数 K（Gain） ，观察仿真结果的变化。 2积分环节：积分环节： ， s T sG 1 CRT 1 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date:25-Aug-2004Sheet of File:E:DosPPro33ZK02.DDBDrawn By: C A1 R1 R0 r(t) c(t) 从输入端加入阶跃信号
5、，观察 T=0.1 秒、0.5 秒时的输出波形，并作记录。 MATLAB 仿真： 如图所示连接系统； 与比例环节的步骤相同； 与比例环节的步骤相同； 改变时间常数 T，观察仿真结果的变化。 3惯性环节（一阶系统）：惯性环节（一阶系统）： 1 s T K sG， ， 1 2 R R K CRT 2 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date:25-Aug-2004Sheet of File:E:DosPPro33ZK03.DDBDrawn By: A1 R1 R0 R2 C r(t) c(t) 从输入端加入阶跃信号。a保持
6、 K 不变，分别观察 T=1、2 秒时的输出波形，并作记录；b保持 T 不变，分别观察 K=1、2 时的输出波形，并作记录。 电 气 信 息 学 院 电 气 信 息 工 程 专 业 中 心 实 验 室 3 MATLAB 仿真： 如图所示连接系统； 与比例环节的步骤相同； 与比例环节的步骤相同； 保持 K 不变，分别观察 T=1、2 秒时仿真结果的变化； 保持 T 不变，分别观察 K=1、2 时的仿真结果的变化。 4震荡环节：震荡环节： 12 1 22 sTsT sG ss ， 2 1 2R R 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize
7、 A4 Date:25-Aug-2004Sheet of File:E:DosPPro33ZK04.DDBDrawn By: C1 R2 R1 A1 A2 R3 C2 A3 R4 R5 R6 r(t) c(t) 其中从输入端加入阶跃信号，分别观察 T=0.1s、=0.1、0.5、0.7、1 时的输出波形，并作记录。 MATLAB 仿真： 如图所示连接系统； 与比例环节的步骤相同； 与比例环节的步骤相同； 观察 T=0.1s, =0.1、0.5 、0.7、1 时的仿真结果。 四实验方法及步骤四实验方法及步骤 1根据摸拟电路图的要求，在摸拟实验箱上选择实验单元，认真接线； 2被测信号接到虚拟仪器(
8、抵频示波器)输入端，调试； 计 算 机 控 制 技 术 实 验 指 导 书 4 3在被测系统输入端加入阶跃信号，观测并记录系统输出波形和有关数据。 五实验报告要求五实验报告要求 1实验线路及原始数据，测试数据及波形图； 2对实验中出现的现象进行讨论，对实验内容 3，从绘制的阶跃响应曲线上求出 K、T、ts，并将 ts 与理论计算值进行比较； 3简单叙述 MATLAB 仿真软件进行时域法分析的步骤； 4将两种测算结果进行误差分析； 5虚拟实验的感受及希望改进的地方。 思考题思考题 1根据实验结果，分析一阶系统 Ts 与 T、K 之间的关系。 2认真思考一般环节的电路摸拟图构成，并找出规律，学会设
9、计简单的环节摸拟图。 附：一阶滞后惯性环节的虚拟实验演示附：一阶滞后惯性环节的虚拟实验演示 进入 MATLAB 运行环境，将当前工作路径设置为“虚拟实验/炉温系统” ； 运行 main.m 程序，出现主窗体，如图（a） ，单击“系统分析”按钮，进入“系统分析”窗体，如图 （b） ； 单击“输入系统参数“按钮，进入”系统参数设计“窗体，如图（c） ； 单击“给定参数”按钮，进行系统缺省参数的设置；或在“参数输入”的各文本框中进行系统参数 的设置； 单击“查看原始系统” ，可显示当前系统的 SIMULINK 模型； 单击“退出” ，返回“系统分析”窗体。 在“系统分析”窗体中，单击各功能按钮，观察
10、当前参数作用下，系统的单位阶跃响应曲线、根轨 迹、Bode 图、幅值裕量和相角裕量和 Nyquist 图。 改变系统的增益 K、时间常数 T、延迟时间常数，重复步骤（3） 、 （4） （5） ，观察不同的参数作用 下，系统的时域、频域响应变化。 单击“退出” ，返回主窗体。 图(a) 图(b) 电 气 信 息 学 院 电 气 信 息 工 程 专 业 中 心 实 验 室 5 图(c) 返回目录返回目录 计 算 机 控 制 技 术 实 验 指 导 书 6 实验二二、三阶系统动态分析实验二二、三阶系统动态分析 一实验目的：一实验目的： 1学习二、三阶系统的电模拟方法及参数测试方法； 2观察二、三阶系
11、统的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响； 3学习虚拟仪器（超抵频示波器）的使用方法； 4使用 MATLAB 仿真软件进行时域法分析； 5了解虚拟实验的使用方法。 二实验设备及仪器二实验设备及仪器 1模拟实验箱； 2低频信号发生器； 3虚拟仪器(低频示波器)； 4计算机； 5MATLABL 仿真软件。 三实验内容三实验内容 1二阶系统 11 21 21 sTsT KK sG 其中：K1分别为 1、5、7、10；K2=1；T1=T2=0.1s； K1=K2=1；T1分别为 0.01s、0.1s、1s。 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisi
12、onSize A4 Date:28-Aug-2004Sheet of File:E:DosPPro33ZK04.DDBDrawn By: C1 R2 R1 A1 A2 R3 C2 A3 R5 R6 R7 r(t) c(t) R4 2三阶系统 电 气 信 息 学 院 电 气 信 息 工 程 专 业 中 心 实 验 室 7 111 . 0 sss K sG 其中：K 分别为 1、5、7、10。 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date:25-Aug-2004Sheet of File:E:DosPPro33ZK05.DDB
13、Drawn By: R6 R5 R4 A3 C2 R3 A2 A1 R1 R2 C1 C3 A4 R7 R8 R9 A5 R10 c(t) r(t) 3自行设计系统的模拟电路，并根据时间常数，放大倍数要求选择合适的电阻和电容； 4用模拟实验箱，虚拟仪器(低频示波器)组成测试系统； 5纪录和观察每个频率点对应的系统输入和输出信号的变化。 四实验方法及步骤四实验方法及步骤 1请同学根据传函自行设计模拟电路，参数变动可采用改变电阻或电容方式实现； 2在模拟实验箱上按设计的模拟电路自行接线，并组成测试系统； 3输入信号采用阶跃信号，注意记录输出波形和有关数据（%，k，ts，N，tp） ； 4使用 MA
14、TLAB 仿真软件，重复上述过程并注意记录输出波形和有关数据。 五实验报告要求五实验报告要求 1请将自己设计的摸拟电路和系统组成图绘出； 2请将参数组成的电阻 电容以表格形式列出； 3请将记录的波形绘出,测试数据以表格形式列出； 4比较两种仿真的结果进行误差分析。 附附 1： MATLAB 仿真仿真 已知一个二阶系统的传递函数为： 2 1.25 ( ) 1.25 c G s ss 试绘制该系统的单位阶跃响应曲线，并计算系统的性能指标。 MATLAB 程序如下所示： %计算单位阶跃响应的超调量、峰值时间、调节时间（可以选择 5%或者 2%的误差带） 计 算 机 控 制 技 术 实 验 指 导 书
15、 8 Gc=tf(1.25,1,1,1.25); %系统的传递函数模型 step(Gc); y,t=step(Gc); mp,tf=max(y); %系统的最大峰值输出 cs=length(t); tm=max(t); %仿真最大时间 yss=y(cs); % 系统的稳态输出 sigma=100*(mp-yss)/yss %超调量 ts tp=t(tf); %峰值时间 tp %计算调节时间 ts i=cs+1; n=0; while n=0 i=i-1; if i=1 n=1; elseif y(i)1.05*yss %选择 5%的误差带 n=1; end end; t1=t(i); cs=length(t); j=cs+1; n=0; while n=0 j=j-1; if j=1 n=1; elseif y(j)tp if t2T1 1 1 2 1 sT sT sGc 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date:26-Aug-2004Sheet of File:E:D
