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1、控制原理与系统实验,控制原理与系统实验,一. 二阶系统瞬态响应和稳定性实验（P20 2.1.2) 二. 二阶闭环系统的频率特性曲线实验（P24 2.2.2) 三. 时域法串联比例微分校正实验（P41 2.3.3) 四. 直流电机闭环调速实验（P106 3.2.1),控制原理与系统实验,控制实验报告提交：每个同学在实验报告单上写实验目的、原理、画出原理图、实验大步骤及实验报告与数据处理内容，将拷贝打印出的实验数据和图形整理后装订到实验报告后（四次实验报告订在一起）。 学委按学号排序整理后十五周周一（12月5日）上午9:1011:00下午2:304:00 交到5320教室,实验报告要求 1、学号、
2、姓名、班级； 2、报告内容：（1）实验目的；（2）实验原理及原理图；（3）实验大步骤；（4）实验报告及处理内容。 3、拷贝打印出的实验数据和图形,1、推导图2-8电路系统的传递函数； 2、计算欠阻尼情况的性能指标与实验所得性能指标进行比较；3、通过实验总结二阶系统三种阻尼的稳、快、准性能。,实验一、实验报告及处理,1、推导图2-11所示电路系统的开环传递函数与闭环传递函数； 2、计算在各种参数下的谐振频率与谐振峰值，并与实验数据进行比较；3、绘出实验的闭环系统的对数坐标图。,实验二、实验报告及处理,1、推导实验用串联比例-微分校正网络的传递函数； 2、计算校正前后系统的n和值；3、校正对控制系
3、统时域性能的影响。,实验三、实验报告与数据处理,实验四 直流电机闭环调速实验 （P106 3.2.1),一、实验目的,1巩固闭环控制系统的基本概念。 2了解闭环控制系统中反馈量的引入方法。图4-1 直流电机闭环调速系统原理框图,一、实验目的及原理,一、实验目的及原理,3掌握PID算法数字化的方法和编程。 PID控制按偏差的比例、积分、微分控制（简称PID控制）是过程控制中应用最广的一种控制规则。由PID控制规则构成的PID调节器是一种线性调节器。这种调节器是将设定值U与实际输出值Y构成控制偏差：e=U-Y 按比例（P）、积分（I）、微分（D）通过线性组合构成控制量。,一、实验目的及原理,比例调
4、节器是一种最简单的调节器。它具有反应快、无滞后的特点，抗干扰，使被控参数稳定在给定值附近。但是，对于具有自平衡系统（即系统阶跃响应为一有限值）的被控对象存在静差。对于某一给定系统，当负荷变化时，静差大小与比例作用的强弱有关。加大比例系数可以减小静差，但 过大时，会使动态质量变差，引起控制量振荡甚至导致闭环不稳定。,一、实验目的及原理,比例积分调节器是在比例调节器的基础上增加积分调节规律。积分调节规律的实质是调节器输出的变化速度与输入偏差的大小成正比。只要有偏差，调节器输出的调节信号就不断变化，执行器就不断动作，直至偏差信号消除。因此，积分作用能消除比例调节器的静差。但是积分调节动作缓慢，其调节
5、作用总是滞后于偏差信号的变化。,一、实验目的及原理,在上述PI调节器的基础上再加上微分调节环节就构成了PID调节器。微分调节作用可以克服积分调节作用缓慢性，避免积分作用可能降低系统响应速度的缺点。另外，微分调节的加入有助于减小超调、克服振荡，改善系统的动态性能。,一、实验目的及原理,PID控制算法的模拟表达式是：（4-1）调节器的输出信号； 调节器的偏差信号；调节器的比例系数； 调节器的积分时间常数；调节器的微分时间常数。在实际应用中，根据对象特征和控制要求，可灵活改变其结构，取其一部分构成控制，例如：比例（P）调节器、比例积分（PI）调节器、比例微分调节器（PD）等,一、实验目的及原理,PI
6、D算法的数字实现由于DDC（Direct Digital Control）系统是一种时间离散控制系统。因此，为了用计算机实现式 （4-1） 必须将其离散化，用数字形式的差分方程来代替连续系统的微分方程：（4-2）,一、实验目的及原理,式中： 采样周期（100mS）； 第n次采样时计算机输出；第n次采样时的偏差值； 第n-1次采样时的偏差值； 采样序号，n=0，1，2，。,一、实验目的及原理,离散化的PID位置控制算式表达式为：P（k） （4-3)式中： 由式（4-3）还可得离散化的位置型P控制、PI控制和PD控制的编程表达式。,一、实验目的及原理,实现直流电机的闭环调速本实验采用了BY25 直
7、流电机，BY25 直流电机参数表：表4-1 BY25 直流电机参数,一、实验目的及原理,根据实验要求，即调速速率（上升时间）、超调量、调节时间及误差，选择P I D控制参数，实现直流电机闭环调速控制，观察调速控制曲线。直流电机闭环调速系统原理框图：图4-1 直流电机闭环调速系统原理框图,一、实验目的及原理,当给定直流电机转速U(R)接入后（即在速度示波器的界面上设置目标值），与当前转速值U（t）（测速输出）相比较，其差值e（t）在计算机中进行PID计算，计算成P（t），经数/模转换器（B2）驱动直流电机，改变电机转速，达到直流电机闭环调速控制。本实验机实现直流电机的闭环调速系由数/摸转换器（B
8、2）和直流电机模块（C2）（包括电机测速）组成。它采用ADC0832作为数/模转换，可实现8bit数字输入转换为模拟量。经数/模转换后OUT1测孔输出为0+5v模拟量。改变数/摸转换输入值，就可以控制直流电机的转速。,一、实验目的及原理,电机测速是由直流电机带动光栅盘转动，光栅盘上有12个透光孔，光栅盘下有一个光电断续器，它输出一组频率正比于电机转速的脉冲信号，经过一级74LS14滤去毛刺后送至该模块中的F/V转换，通过F/V转换就可以得到表征电机的当前转速的电压值。注意：转速最大为3300 转/分钟（转速参数=60）。,一、实验目的及原理,三、实验内容及步骤,实验联线：,二、实验内容及步骤,
9、二、实验内容及步骤,三、实验内容及步骤,运行、观察、记录： 运行LABACT程序，选择控制系统菜单下的直流电机闭环调速实验项目，就会弹出速度示波器的界面，点击开始后将自动加载相应源文件，然后再点击发送键，将运行；然后设定转速参数和控制系数PID后，点击发送，即可实现直流电机的闭环调速。,二、实验内容及步骤, 在程序运行中，随时可修改转速参数和控制系数PID，然后点击发送，实现直流电机的闭环调速，无须点击停止；只有在需观察实验结果时，才需点击停止。注：一旦点击停止后，再点击开始，必须再次点击发送键，才能使实验机按照修改过的P.I.D控制参数运行；否则，实验机将按照初始设定的P.I.D控制参数运行
10、。,二、实验内容及步骤, 该实验的显示界面中 “控制系数”栏的比例系数Kp（0.001.00）、调节器的积分时间 （1199mS）、调节器的微分时间 （0200mS）；均可由用户在界面上直接修改，以获得理想的实验结果。改变Kp 、TI、TD这些参数后，只要再次点击“发送”键，即可使实验机按照新的控制参数运行。,二、实验内容及步骤, 实验已规定采样周期T=5mS ，“控制系数”栏的Kp 、TI、TD已设定：Kp=0.20TI =30mS TD=20mS,二、实验内容及步骤,1、推导图3-14所示系统的传递函数（选做）； 2、对比不同参数下系统波形，说明各参数对系统性能的影响。,三、实验报告及处理,
