自動控制原理實(shí)驗指南(已校對)排版

1、EL-DS- 型電氣控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗臺自動控制原理實(shí)驗指南北京精儀達(dá)盛科技有限公司2005年5月實(shí)驗注意事項實(shí)驗注意事項（一）“綜合實(shí)驗臺” 及其掛箱初次使用或較長時間未用時，實(shí)驗前務(wù)必對“實(shí)驗臺”及其掛箱進(jìn)行全面檢查和單元環(huán)節(jié)調(diào)試。（二）實(shí)驗前，務(wù)必設(shè)置系統(tǒng)工作狀態(tài)，并按下表正確選擇主變壓器二次側(cè)相電壓，認(rèn)真檢查各開關(guān)和旋鈕的位置以及實(shí)驗接線是否正確，經(jīng)教師審核、檢查無誤后方可開始實(shí)驗。主變壓器二次側(cè)抽頭輸出電壓及其適用范圍轉(zhuǎn)換開關(guān)SC位號123二次電壓（線相） 90V52V 220127V 380220V適 用 范 圍110V直流電動機(jī)可逆調(diào)速220V直流電動機(jī)可逆調(diào)速、線電壓220V鼠籠

2、式電機(jī)變頻調(diào)速與調(diào)壓調(diào)速。線電壓380V鼠籠式電機(jī)變頻調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速及繞線是電機(jī)的串級調(diào)速。（三）出現(xiàn)任何異常，務(wù)必立即切除實(shí)驗系統(tǒng)總電源（或按急停按鈕 ）。（四）為防止調(diào)速系統(tǒng)的振蕩，在接入調(diào)節(jié)器時必須先將RC環(huán)節(jié)設(shè)定為1：1的比例狀態(tài)，實(shí)驗時按需改變RC值，直至滿足要求。（五）本實(shí)驗臺“過流”信號取自“三相電流檢測及變換(DD04)”單元。因此，在所有交、直流實(shí)驗電路中都已接入（DD04）單元，但應(yīng)經(jīng)常檢查，確保過流保護(hù)單元工作正常。（六）無“電流閉環(huán)” 又無“電流截止負(fù)反饋” 的系統(tǒng)，務(wù)必采用“積分給定”輸出，否則不可階躍起動，給定需從0V緩慢起調(diào)。（七）“閉環(huán)系統(tǒng)”主控開啟前，務(wù)必確保

3、負(fù)反饋極性和接線正確、各個調(diào)節(jié)器性能良好、“限幅值”正確無誤。（八）實(shí)驗前，先將負(fù)載給定調(diào)為0（發(fā)電機(jī)負(fù)載則將負(fù)載變阻器斷開或置于阻值最大），實(shí)驗中按需調(diào)節(jié)負(fù)載給定，逐步增大負(fù)載，直至所要求的負(fù)載電流。且不能長時間使電機(jī)工作在超額定狀態(tài)。（九）“電流開環(huán)”的交流調(diào)速系統(tǒng)，給定以積分輸出（Un*2 ）給出。（十）“雙蹤示波器”測試雙線波形，嚴(yán)防因示波器“雙表筆”共地而引起系統(tǒng)短路。（十一）本“實(shí)驗注意事項” ，適用于采用本實(shí)驗臺的所有實(shí)驗。任何改接線，首先斷開電源；一旦有異常，迅速按急停開關(guān)，切斷電源！69 ELDS 型電氣控制綜合實(shí)驗系統(tǒng) 自動控制原理使用說明北京精儀達(dá)盛科技有限公司E-mai

4、l:welcome前言前 言自動控制原理是自動化、自動控制、電子電氣技術(shù)等專業(yè)教學(xué)中的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。它可以處理時變、非線性以及多輸入、多輸出等復(fù)雜的控制系統(tǒng)等問題，通過對單元電路的靈活組合，可構(gòu)造出各種型式和階次的模擬環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)。可以使學(xué)生集中精力研究系統(tǒng)電路和系統(tǒng)特性。本系統(tǒng)采用AD/DA卡通過RS232串口與計算機(jī)連接實(shí)現(xiàn)信號源信號的輸出和系統(tǒng)響應(yīng)信號的采集，采集后信號通過計算機(jī)顯示屏顯示，省去了外接信號源和示波器測量響應(yīng)信號的麻煩。自動控制實(shí)驗掛箱支持自動控制理論課的所有實(shí)驗，通過本實(shí)驗掛箱可使學(xué)生進(jìn)一步了解和掌握自動控制理論的基本概念、控制系統(tǒng)的分析方法和設(shè)計方法，學(xué)習(xí)和掌

5、握系統(tǒng)模擬電路的構(gòu)成和測試技術(shù)，提高應(yīng)用計算機(jī)的能力及水平。本書分為兩章，第一章為系統(tǒng)集成操作軟件，主要介紹系統(tǒng)軟件的安裝，操作以及計算機(jī)和實(shí)驗箱的通訊設(shè)置。第二章為實(shí)驗系統(tǒng)部分，主要介紹各個實(shí)驗的電路組成，實(shí)驗原理和實(shí)驗步驟。另外，在附錄部分有部分實(shí)驗的說明和參考結(jié)果。目錄目 錄實(shí)驗注意事項. 1前言.2第一章 軟件安裝及使用.1第二章 實(shí)驗系統(tǒng)部分8 實(shí)驗一 典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)9 實(shí)驗二 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng).14 實(shí)驗三 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析19 實(shí)驗四 系統(tǒng)頻率特性測量.22 實(shí)驗五 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正.26 實(shí)驗六 數(shù)字PID控制31 實(shí)驗七 狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測器.35 實(shí)驗八 解耦控制

6、.38 實(shí)驗九 采樣實(shí)驗.42 實(shí)驗十 非線性實(shí)驗.45 實(shí)驗十一 相軌跡實(shí)驗49附錄一 實(shí)驗說明及參考答案.51附錄二 AD/DA卡調(diào)試說明70第一章軟件安裝及使用第一章 軟件安裝及使用一、軟件安裝1 將實(shí)驗儀器自帶的光盤放入計算機(jī)光驅(qū)，進(jìn)入軟件安裝目錄光盤驅(qū)動器：自動控制winat。2 啟動軟件安裝程序setup.exe，如下圖1： 圖1 進(jìn)入安裝界面 圖2 選擇安裝路徑3 按照軟件提示，一步一步完成安裝，如圖： 圖3 顯示安裝進(jìn)程 圖4 安裝完畢界面4 軟件安裝完畢后，會在桌面和“開始程序”中自動生成“自動控制實(shí)驗系統(tǒng)”快捷方式。二、軟件啟動與使用說明1 軟件啟動在Windows桌面上或

7、“開始程序”中雙擊“自動控制實(shí)驗原理”快捷方式，便可啟動軟件如圖5。圖5 軟件啟動界面2 實(shí)驗前計算機(jī)與實(shí)驗箱的通訊設(shè)置和測試用實(shí)驗箱自帶的串口線將實(shí)驗箱后面的串口與計算機(jī)的串口連接，啟動“自動控制實(shí)驗原理”軟件。1)實(shí)驗前通訊口的設(shè)置設(shè)置方法：點(diǎn)擊系統(tǒng)設(shè)置串口設(shè)置如圖6，在對話框內(nèi)填入與計算機(jī)相連的串口值。圖6 串口設(shè)置對話框 2)實(shí)驗前通訊口的測試 圖7 串口測試窗口測試方法：接通電源點(diǎn)擊系統(tǒng)設(shè)置通信串口測試如圖7，點(diǎn)擊通信串口測試按鈕，控制測試區(qū)內(nèi)將出現(xiàn)0255個數(shù)據(jù)，如圖8，如果數(shù)據(jù)沒有或不全，則說明通訊有故障，應(yīng)檢查計算機(jī)串口與實(shí)驗箱的連接。3 軟件使用說明本套軟件界面共分為四個區(qū)域

8、如圖9：A. 菜單工具欄區(qū)域；B. 實(shí)驗課題區(qū)域；C. 采集結(jié)果顯示區(qū)域；D. 數(shù)據(jù)測量區(qū)域；圖9 軟件界面分配下面介紹軟件的各個區(qū)域功能：A. 菜單工具欄。1） 實(shí)驗課題(ALT+T)在該菜單下選擇所做的實(shí)驗課題項目。鼠標(biāo)單擊實(shí)驗課題名稱即可進(jìn)入相應(yīng)的實(shí)驗。2)系統(tǒng)設(shè)置(ALT+M)串口設(shè)置：設(shè)置實(shí)驗中所使用的串口。所設(shè)定的串口標(biāo)號應(yīng)與計算機(jī)實(shí)際所使用的一致。通信串口測試：測試實(shí)驗系統(tǒng)與計算機(jī)的通信是否正常。在實(shí)驗之前必須進(jìn)行串口通信測試，在確認(rèn)串口通信正常后才可以進(jìn)行實(shí)驗。測試方法是鼠標(biāo)單擊對話框中的通信串口測試按鈕，如果通信正常所示的空白區(qū)內(nèi)將有信息返回，如果通信不正常則無返回信息。測試

9、DA信源：這項功能主要測試DA是否有信號輸出。鼠標(biāo)單擊該選項出現(xiàn)如圖10的對話框。在該對話框中設(shè)置要測試的信源(DA1、DA2)，信源的類型、頻率以及幅值。然后點(diǎn)擊測試按鈕，用測量工具在實(shí)驗箱上的DA處測試輸出信號，比較測試信號和設(shè)定值是否一致，如果一致，說明DA輸出正確，否則檢查硬件。圖10 測試DA信源對話框3)實(shí)驗數(shù)據(jù)(ALT+F)打開數(shù)據(jù)：打開已經(jīng)保存的實(shí)驗數(shù)據(jù)。選擇該菜單選項后出現(xiàn)如圖11所示的對話窗口。在該窗口中選擇打開文件的路徑和文件名，點(diǎn)擊確定按鈕即可打開一個已保存的實(shí)驗數(shù)據(jù)。圖11 打開實(shí)驗數(shù)據(jù)對話窗口保存數(shù)據(jù)：保存當(dāng)前的實(shí)驗數(shù)據(jù)。選擇該菜單選項后出現(xiàn)如圖12所示的對話窗口。

10、在該窗口中選擇保存文件的路徑和文件名，點(diǎn)擊確定按鈕即可保存當(dāng)前的實(shí)驗數(shù)據(jù)。打?。簩?shí)驗的結(jié)果在打印機(jī)上打印輸出。鼠標(biāo)單擊該選項后彈出如圖13所示的對話窗口。打印數(shù)據(jù)信息的來源有兩種途徑。(1)打印當(dāng)前內(nèi)存中的數(shù)據(jù)；(2)打印已經(jīng)保存過的數(shù)據(jù)； 兩種不同的打印方式可以通過對話窗口進(jìn)行選擇。圖13 數(shù)據(jù)打印對話窗口打印設(shè)置：設(shè)置打印時的相關(guān)信息。鼠標(biāo)打擊將彈出如圖14所示的對話窗口。將需要打印的信息填入相應(yīng)的空白處。填寫完成后單擊確認(rèn)按鈕保存。保存完成后單擊退出按鈕退出該對話窗口。圖14 打印設(shè)置對話窗口4)查看(ALT+V)課題資料：選擇該項將顯示自控原理課題的基本資料。其中包括實(shí)驗所用的基本原

11、理、電路及相應(yīng)的實(shí)驗說明。工具欄：切換工具欄的打開與關(guān)閉。狀態(tài)欄：切換狀態(tài)欄的打開與關(guān)閉。5)幫助(ALT+H)該菜單說明本“自動控制原理”軟件是哪個版本。B. 實(shí)驗課題在實(shí)驗課題區(qū)域列出了本實(shí)驗系統(tǒng)所能完成的實(shí)驗課題，雙擊其中的一個課題，將彈出參數(shù)設(shè)置窗口。具體參數(shù)設(shè)置請參考實(shí)驗說明部分。圖15 實(shí)驗課題區(qū)域C. 采集結(jié)果顯示在該區(qū)域內(nèi)主要是顯示實(shí)驗系統(tǒng)通過AD后的結(jié)果曲線?？v坐標(biāo)是幅值軸，單位為(V),范圍是：5V+5V, 橫坐標(biāo)是時間軸，單位為(ms)。D. 數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù)測量是測量系統(tǒng)響應(yīng)的測量工具如圖16，鼠標(biāo)單擊單游標(biāo)或雙游標(biāo)，然后單擊測量按鈕，即可在顯示區(qū)顯示測量線，測量線可以用鼠

12、標(biāo)拖動。在拖動的過程中屏幕右下方將動態(tài)顯示測量的結(jié)果。圖16 數(shù)據(jù)測量區(qū)域第二章實(shí)驗系統(tǒng)部分第二章 實(shí)驗系統(tǒng)部分本套實(shí)驗系統(tǒng)一共提供了十一個典型實(shí)驗：典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)、二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)頻率特性測量、連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正、數(shù)字PID控制、狀態(tài)反饋及狀態(tài)觀測器實(shí)驗、解耦控制實(shí)驗、采樣系統(tǒng)實(shí)驗、非線性實(shí)驗、相軌跡觀測實(shí)驗。除了我們公司配套的這十一個實(shí)驗外，各高?？勺约红`活地組合各種形式的實(shí)驗系統(tǒng)，以滿足教學(xué)的要求。第二章實(shí)驗系統(tǒng)部分實(shí)驗一典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)實(shí)驗一 典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)一、實(shí)驗?zāi)康?. 掌握控制模擬實(shí)驗的基本原理和一般方法。2. 掌握控制系統(tǒng)時域性能指標(biāo)的

13、測量方法。二、實(shí)驗儀器1 自動控制原理掛箱（DSC02）2 PC計算機(jī)一臺三、實(shí)驗原理1.模擬實(shí)驗的基本原理：控制系統(tǒng)模擬實(shí)驗采用復(fù)合網(wǎng)絡(luò)法來模擬各種典型環(huán)節(jié)，即利用運(yùn)算放大器不同的輸入網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)模擬各種典型環(huán)節(jié)，然后按照給定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來，便得到了相應(yīng)的模擬系統(tǒng)。再將輸入信號加到模擬系統(tǒng)的輸入端，并利用計算機(jī)等測量儀器，測量系統(tǒng)的輸出，便可得到系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)。若改變系統(tǒng)的參數(shù)，還可進(jìn)一步分析研究參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。2 時域性能指標(biāo)的測量方法：超調(diào)量%：1) 啟動計算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動控制實(shí)驗系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。2) 測試計算機(jī)與實(shí)驗箱的通信是否正常,

14、通信正常繼續(xù)。如通信不正常查 找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗。3) 連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。4) 在實(shí)驗課題下拉菜單中選擇實(shí)驗一典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng) 。5) 鼠標(biāo)單擊實(shí)驗課題彈出實(shí)驗課題參數(shù)窗口。在參數(shù)設(shè)置窗口中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗結(jié)果。6) 利用軟件上的游標(biāo)測量響應(yīng)曲線上的最大值和穩(wěn)態(tài)值，帶入下式算出超調(diào)量： TP與TS：利用軟件的游標(biāo)測量水平方向上從零到達(dá)最大值與從零到達(dá)95%穩(wěn)態(tài)值所需的時間值，便可得到TP與TS。 四、實(shí)驗內(nèi)容構(gòu)

15、成下述典型一階系統(tǒng)的模擬電路，并測量其階躍響應(yīng)：1. 比例環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)如圖1-1。 1 G(S)= -R2/R2. 慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)如圖1-2。 G(S)= - K/TS+1 K=R2/R1，T=R2C3. 積分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)如圖1-3。 G(S)=1/TS T=RC 4. 微分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)如圖1-4。 G(S)= - RCS 5. 例+微分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)如圖1-5(未標(biāo)明的C=0.01uf)。 G(S)= -K(TS+1) K=R2/R1，T=R2C 6.比例+積分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)如圖1-6。 G(S)=K(1+1/TS)

16、K=R2/R1，T=R2C五、實(shí)驗步驟 1.啟動計算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動控制實(shí)驗系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。2.測試計算機(jī)與實(shí)驗箱的通信是否正常,通信正常后繼續(xù)以下實(shí)驗。比例環(huán)節(jié)3.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖1-1)。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。4.在實(shí)驗課題下拉菜單中選擇實(shí)驗一典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng) 。5.鼠標(biāo)單擊實(shí)驗課題彈出實(shí)驗課題參數(shù)窗口。在參數(shù)設(shè)置窗口中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗結(jié)果。6.觀測計算機(jī)屏幕顯示出的響應(yīng)曲線。7.記錄波形及數(shù)據(jù)(由實(shí)驗報告確定)。慣性環(huán)節(jié)8.連接被測

17、量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖1-2)。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。9.實(shí)驗步驟同47積分環(huán)節(jié)10.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖1-3)。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。11.實(shí)驗步驟同47微分環(huán)節(jié)12.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖1-4)。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。13.實(shí)驗步驟同47比例+積分環(huán)節(jié)16.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖1-6)

18、。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。17.實(shí)驗步驟同4718. 測量系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，并記入于表11。六、實(shí)驗報告1. 由階躍響應(yīng)曲線計算出慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，并與由電路計算的結(jié)果相比較。2. 將， 沒vvVbnbc 戶籍科戶籍科戶籍科片刻。七、預(yù)習(xí)要求1.閱讀實(shí)驗原理部分，掌握時域性能指標(biāo)的測量方法。3. 分析典型一階系統(tǒng)的模擬電路和基本原理。表11實(shí)驗數(shù)據(jù)參數(shù)階躍響應(yīng)曲線Ts(秒)理論值實(shí)測值R1=R2=100KC=1ufK=1T=0.1S比例環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)微分環(huán)節(jié)比例+微分環(huán)節(jié)比例+積分環(huán)節(jié)R

19、1=100KR2=200KC=1ufK=2T=0.2S比例環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)微分環(huán)節(jié)比例+微分環(huán)節(jié)比例+積分環(huán)節(jié)第二章實(shí)驗系統(tǒng)部分實(shí)驗二二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)實(shí)驗二 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)一、實(shí)驗?zāi)康?.研究二階系統(tǒng)的特征參數(shù)，阻尼比z和無阻尼自然頻率wn對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。定量分析 z 和wn與最大超調(diào)量Mp和調(diào)節(jié)時間tS之間的關(guān)系。2.進(jìn)一步學(xué)習(xí)實(shí)驗系統(tǒng)的使用方法3.學(xué)會根據(jù)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線確定傳遞函數(shù)。二、實(shí)驗儀器1.自動控制原理掛箱（DSC02）2.PC計算機(jī)一臺三、實(shí)驗原理1.模擬實(shí)驗的基本原理：控制系統(tǒng)模擬實(shí)驗采用復(fù)合網(wǎng)絡(luò)法來模擬各種典型環(huán)節(jié)，即利用運(yùn)算放大器不同的輸入網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)模擬各

20、種典型環(huán)節(jié)，然后按照給定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來，便得到了相應(yīng)的模擬系統(tǒng)。再將輸入信號加到模擬系統(tǒng)的輸入端，并利用計算機(jī)等測量儀器，測量系統(tǒng)的輸出，便可得到系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)。若改變系統(tǒng)的參數(shù)，還可進(jìn)一步分析研究參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。3 域性能指標(biāo)的測量方法：超調(diào)量%：1) 啟動計算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動控制實(shí)驗系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。2) 測試計算機(jī)與實(shí)驗箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查 找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗。3) 連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸 出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后

21、接通電源。4) 在實(shí)驗課題下拉菜單中選擇實(shí)驗二二階系統(tǒng)階躍響應(yīng) 。5) 鼠標(biāo)單擊實(shí)驗課題彈出實(shí)驗課題參數(shù)窗口。在參數(shù)設(shè)置窗口中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗結(jié)果。6) 利用軟件上的游標(biāo)測量響應(yīng)曲線上的最大值和穩(wěn)態(tài)值，帶入下式算出超調(diào)量：TP與TP：利用軟件的游標(biāo)測量水平方向上從零到達(dá)最大值與從零到達(dá)95%穩(wěn)態(tài)值所需的時間值，便可得到TP與TP。 四、實(shí)驗內(nèi)容 典型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 圖2-1 二階系統(tǒng)模擬電路圖 (1)其中 z 和wn對系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)有決定的影響。構(gòu)成圖2-1典型二階系統(tǒng)的模擬電路，并測量其階躍響應(yīng)：圖2-2 二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 電路的結(jié)構(gòu)圖如圖2-

22、2：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為 (2)式中 T=RC，K=R2/R1。比較(1)、(2)二式，可得 wn=1/T=1/RC z=K/2=R2/2R1 (3) 由(3)式可知，改變比值R2/R1，可以改變二階系統(tǒng)的阻尼比。改變RC值可以改變無阻尼自然頻率wn。今取R1=200K，R2=100KW和200KW，可得實(shí)驗所需的阻尼比。電阻R取100KW，電容C分別取1mf和0.1mf,可得兩個無阻尼自然頻率wn。五、實(shí)驗步驟1.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。2.啟動計算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動控制

23、實(shí)驗系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。3.測試計算機(jī)與實(shí)驗箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗。4.在實(shí)驗課題下拉菜單中選擇實(shí)驗二二階系統(tǒng)階躍響應(yīng), 鼠標(biāo)單擊該選項彈出實(shí)驗課題參數(shù)窗口。5.取wn=10rad/s, 即令R=100KW，C=1mf；分別取z=0.5、1、2，即取R1=100KW，R2分別等于100KW、200KW、400KW。輸入階躍信號，測量不同的z時系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，并由顯示的波形記錄最大超調(diào)量Mp和調(diào)節(jié)時間Ts的數(shù)值和響應(yīng)動態(tài)曲線，并與理論值比較。6.取z=0.5。即電阻R2取R1=R2=100KW；wn=100rad/s, 即取R=100KW，

24、改變電路中的電容C=0.1mf(注意：二個電容值同時改變)。輸入階躍信號測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并由顯示的波形記錄最大超調(diào)量p和調(diào)節(jié)時間Tn。7.取R=100KW；改變電路中的電容C=1mf,R1=100KW,調(diào)節(jié)電阻R2=50KW。輸入階躍信號測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，記錄響應(yīng)曲線，特別要記錄Tp和sp的數(shù)值。8.測量二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)并記入表中： 實(shí)驗結(jié)果參數(shù)%tp(ms)ts(ms)階躍響應(yīng)曲線R =100KC =1fn=10rad/sR1=100KR2=0K=0R1=100KR2=50K=0.25R1=100KR2=100K=0.5R1=50KR2=200K=1R1=100KC1=C2=0.1fn=

25、100rad/sR1= 100KR2=100K=0.5R1=50KR2=200K=1六、實(shí)驗報告1.畫出二階系統(tǒng)的模擬電路圖，討論典型二階系統(tǒng)性能指標(biāo)與，n的關(guān)系。2.把不同z和wn條件下測量的Mp和ts值列表，根據(jù)測量結(jié)果得出相應(yīng)結(jié)論。3.畫出系統(tǒng)響應(yīng)曲線，再由ts和Mp計算出傳遞函數(shù)，并與由模擬電路計算的傳遞函數(shù)相比較。七、預(yù)習(xí)要求1. 閱讀實(shí)驗原理部分，掌握時域性能指標(biāo)的測量方法。2. 按實(shí)驗中二階系統(tǒng)的給定參數(shù)，計算出不同、n下的性能指標(biāo)的理論值。第二章實(shí)驗系統(tǒng)部分實(shí)驗三控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析實(shí)驗三 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析一、實(shí)驗?zāi)康?1.觀察系統(tǒng)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。2.研究系統(tǒng)開環(huán)增益和時間常

26、數(shù)對穩(wěn)定性的影響。二、實(shí)驗儀器1.自動控制原理掛箱（DSC02）2.PC計算機(jī)一臺三、實(shí)驗內(nèi)容 系統(tǒng)模擬電路圖如圖3-1 圖3-1 系統(tǒng)模擬電路圖其開環(huán)傳遞函數(shù)為: G(s)=10K/s(0.1s+1)(Ts+1)式中 K1=R3/R2，R2=100KW，R3=0100K；T=RC，R=100KW，C=1mf或C=0.1mf兩種情況。四、實(shí)驗步驟1.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。2.啟動計算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動控制實(shí)驗系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。3.測試計算機(jī)與實(shí)驗箱的通信是否正常,通信正常

27、繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗。4.在實(shí)驗課題下拉菜單中選擇實(shí)驗三控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析, 鼠標(biāo)單擊該選項彈出實(shí)驗課題參數(shù)窗口。其中設(shè)置輸入信源電壓U1=1V,點(diǎn)擊確認(rèn)觀察波形。5.取R3的值為50KW，100KW，200KW，此時相應(yīng)的K=5，10，20。觀察不同R3值時顯示區(qū)內(nèi)的輸出波形(既U2的波形)，找到系統(tǒng)輸出產(chǎn)生增幅振蕩時相應(yīng)的R3及K值。再把電阻R3由大至小變化，即R3=200kW，100kW，50kW，觀察不同R3值時顯示區(qū)內(nèi)的輸出波形, 找出系統(tǒng)輸出產(chǎn)生等幅振蕩變化的R3及K值，并觀察U2的輸出波形。6.在步驟5條件下，使系統(tǒng)工作在不穩(wěn)定狀態(tài)，即工作在

28、等幅振蕩情況。改變電路中的電容C由1mf變成0.1mf，重復(fù)實(shí)驗步驟4觀察系統(tǒng)穩(wěn)定性的變化。7.將實(shí)驗結(jié)果添入下表中：參數(shù)系統(tǒng)響應(yīng)曲線C=1ufR3=10KK=5R3=20KK=10R3=40KK=20C=0.1ufR3=10KK=5R3=20KK=10R3=40KK=20五、實(shí)驗報告1.畫出步驟5的模擬電路圖。 2.畫出系統(tǒng)增幅或減幅振的波形圖。 3.計算系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)，并與步驟5中測得的臨界放大系數(shù)相比較。六、預(yù)習(xí)要求1 分析實(shí)驗系統(tǒng)電路，掌握其工作原理。2 理論計算系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩、增幅振蕩、減幅振蕩的條件。第二章實(shí)驗系統(tǒng)部分實(shí)驗四系統(tǒng)頻率特性測量實(shí)驗四 系統(tǒng)頻率特性測量一、實(shí)驗?zāi)康?/p>

29、1.加深了解系統(tǒng)及元件頻率特性的物理概念。 2.掌握系統(tǒng)及元件頻率特性的測量方法。3.掌握利用“李沙育圖形法”測量系統(tǒng)頻率特性的方法。二、實(shí)驗儀器1.自動控制原理掛箱（DSC02）2.PC計算機(jī)一臺3.雙蹤示波器一臺三、實(shí)驗原理頻率特性的測量方法：（1） 將正弦信號發(fā)生器、被測系統(tǒng)和示波器按圖4-1連接起來。將示波器X和Y軸的輸入選擇開關(guān)，均打在“DC”輸入狀態(tài)，并調(diào)整X和Y軸的位移，使光點(diǎn)處于熒光屏上的坐標(biāo)原點(diǎn)上。 被測系統(tǒng) DA1AD/DA卡 AD1 AD/DA卡 圖4-1 頻率特性測量電路(2)選定信號發(fā)生器的頻率，調(diào)節(jié)其輸出衰減，使被測系統(tǒng)在避免飽和的情況下，輸出幅度盡可能大。然后調(diào)節(jié)

30、示波器的X和Y軸輸入幅值選擇開關(guān)，使在所取信號幅度下的圖像盡可能達(dá)到滿刻度。(3)根據(jù)熒光屏上的刻度及輸入幅值選擇開關(guān)指示的伏/格數(shù)，算出2Xm、2Yn 及2ym，并進(jìn)一步計算幅值比和相位差。為讀數(shù)方便，可將示波器X軸輸入X-Y開關(guān)打在工作狀態(tài)，使光點(diǎn)在熒光屏上只作垂直運(yùn)動，此時可方便地讀出2ym。同理，也可方便地讀出2Xm。四、實(shí)驗內(nèi)容1 模擬電路圖及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖分別如圖4-2和圖4-3。圖4-2 系統(tǒng)模擬電路圖圖 4-3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.系統(tǒng)傳遞函數(shù) 取R3=100kW，則系統(tǒng)傳遞函數(shù)為若輸入信號U1(t)=U1sinwt,則在穩(wěn)態(tài)時，其輸出信號為U2(t)=U2sin(wt+Y)改變輸入信號

31、角頻率w值，便可測得二組U2/U1和Y隨w變化的數(shù)值，這個變化規(guī)律就是系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。五、實(shí)驗步驟1. 連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。2. 啟動計算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動控制實(shí)驗系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。3. 測試計算機(jī)與實(shí)驗箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗。測頻率圖4. 選中 實(shí)驗課題系統(tǒng)頻率特性測量手動方式 菜單項,鼠標(biāo)單擊將彈出參數(shù)設(shè)置窗口。參數(shù)設(shè)置完成后點(diǎn)確認(rèn)等待觀察波形，如圖44所示。 圖44 手動方式測量波特圖測波特圖5

32、.在測量波特圖的過程中首先應(yīng)選擇 實(shí)驗課題系統(tǒng)頻率特性測量自動方式數(shù)據(jù)采集 采集信息。如圖45所示圖45 數(shù)據(jù)采集6.待數(shù)據(jù)采樣結(jié)束后點(diǎn)擊 實(shí)驗課題系統(tǒng)頻率特性測量自動方式波特圖觀測 即可以在顯示區(qū)內(nèi)顯示出所測量的波特圖。測奈氏圖7.在測量波特圖的過程中首先應(yīng)選擇 實(shí)驗課題系統(tǒng)頻率特性測量自動方式數(shù)據(jù)采集 采集信息。8.待數(shù)據(jù)采樣結(jié)束后點(diǎn)擊 實(shí)驗課題系統(tǒng)頻率特性測量自動方式奈氏圖觀測 即可以在顯示區(qū)內(nèi)顯示出所測量的奈氏圖。 9.按下表所列頻率，測量各點(diǎn)頻率特性的實(shí)測值并計算相應(yīng)的理論值。F(Hz)(rad/s)理論值實(shí)測值L()()2Xm2yo2ymL()()李沙育圖形六、實(shí)驗報告1. 畫出被

33、測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和模擬電路圖。2. 畫出被測系統(tǒng)的開環(huán)L ()曲線與()曲線。3. 整理表中的實(shí)驗數(shù)據(jù)，并算出理論值和實(shí)測值。4. 討論李沙育圖形法測量頻率特性的精度。七、預(yù)習(xí)要求1. 閱讀實(shí)驗原理部分，掌握李沙育圖形法的基本原理及頻率特性的測量方法。2. 畫出被測系統(tǒng)的開環(huán) L ()曲線與()曲線。3. 按表中給出格式選擇幾個頻率點(diǎn)，算出各點(diǎn)頻率特性的理論值。第二章實(shí)驗系統(tǒng)部分實(shí)驗五連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正實(shí)驗五 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正一、實(shí)驗?zāi)康?. 加深理解串聯(lián)校正裝置對系統(tǒng)動態(tài)性能的校正作用。2. 對給定系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正設(shè)計，并通過模擬實(shí)驗檢驗設(shè)計的正確性。二、實(shí)驗儀器1自動控制原理掛箱（DSC02）2

34、.PC計算機(jī)一臺三、實(shí)驗內(nèi)容 1.串聯(lián)超前校正(1)系統(tǒng)模擬電路圖如圖5-1，圖中開關(guān)S斷開對應(yīng)未校情況，接通對應(yīng)超前校正。圖5-1 超前校正電路圖 (2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5-2圖5-2 超前校正系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖中 Gc1(s)=2 2.串聯(lián)滯后校正（1） 模擬電路如圖5-3，開關(guān)s斷開對應(yīng)未校狀態(tài)，接通對應(yīng)滯后校正。圖5-3 滯后校正模擬電路圖(2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5-4所示 圖5-4 滯后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖中 Gc1(s)=10 3.串聯(lián)超前滯后校正圖5-5 超前滯后校正模擬電路圖（1）、模擬電路圖如圖5-5，雙刀開關(guān)斷開對應(yīng)未校狀態(tài)，接通對應(yīng)超前滯后校正。 (2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示如圖5-6。圖5-6超前滯

35、后校正系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖中 Gc1(s)=6 四、實(shí)驗步驟1.啟動計算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動控制實(shí)驗系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。2.測試計算機(jī)與實(shí)驗箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗。超前校正3.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖5-1)。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。4.開關(guān)s放在斷開位置。5.選中 實(shí)驗課題 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正超前校正 菜單項,鼠標(biāo)單擊將彈出參數(shù)設(shè)置窗口。系統(tǒng)加入階躍信號。參數(shù)設(shè)置完成后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并記錄超調(diào)量sp和調(diào)節(jié)時間ts。 表5-1 超前校

36、正系統(tǒng)前后波形圖及參數(shù)對比超前校正系統(tǒng)指標(biāo)校正前校正后階躍響應(yīng)曲線%Tp(s)Ts(s)6.開關(guān)s接通，重復(fù)步驟5,將兩次所測的波形進(jìn)行比較。并將測量結(jié)果記入下表5-1中：滯后校正7.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖5-3)。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。8.開關(guān)s放在斷開位置。9.選中 實(shí)驗課題 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正滯后校正 菜單項,鼠標(biāo)單擊將彈出參數(shù)設(shè)置窗口。系統(tǒng)加入階躍信號。參數(shù)設(shè)置完成后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并記錄超調(diào)量sp和調(diào)節(jié)時間ts。10.開關(guān)s接通，重復(fù)步驟9,將兩次所測的波形進(jìn)行比較。并將測

37、量結(jié)果錄入表5-2中： 表5-2 滯后校正系統(tǒng)前后波形圖及參數(shù)對比滯后校正系統(tǒng)指標(biāo)校正前校正后階躍響應(yīng)曲線%Tp(s)Ts(s)超前-滯后校正11.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖5-5)。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。12.開關(guān)s放在斷開位置。13.選中 實(shí)驗課題 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正超前滯后校正 菜單項,鼠標(biāo)單擊將彈出參數(shù)設(shè)置窗口。系統(tǒng)加入階躍信號。參數(shù)設(shè)置完成后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)測量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并記錄超調(diào)量sp和調(diào)節(jié)時間ts。14.開關(guān)s接通，重復(fù)步驟13,將兩次所測的波形進(jìn)行比較。并將測量結(jié)果記入表5-3中： 表

38、5-3 超前-滯后校正系統(tǒng)前后波形圖及參數(shù)對比超前-滯后校正系統(tǒng)指標(biāo)校正前校正后階躍響應(yīng)曲線%Tp(s)Ts(s)五、實(shí)驗報告1.計算串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù) Gc(s)和校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。2.畫出校正后系統(tǒng)的對數(shù)坐示圖，并求出校正后系統(tǒng)的c及。3.比較校正前后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)，說明校正裝置的作用。六、預(yù)習(xí)要求1.閱讀實(shí)驗二的實(shí)驗報告，明確校正前系統(tǒng)的c及。2.計算串聯(lián)超前校正裝置的傳遞函數(shù) Gc(s)和校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并求出校正后系統(tǒng)的c及。第二章實(shí)驗系統(tǒng)部分實(shí)驗六數(shù)字PID控制實(shí)驗六 數(shù)字PID控制一、實(shí)驗?zāi)康?1.研究PID控制器的參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響。 2.研究采樣周期

39、T對系統(tǒng)特性的影響。 3.研究I型系統(tǒng)及系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差。二、實(shí)驗儀器1.自動控制原理掛箱（DSC02）2.PC計算機(jī)一臺三、實(shí)驗內(nèi)容 1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如6-1圖。圖6-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖中 Gc(s)=Kp(1+Ki/s+Kds) Gh(s)=(1e-TS)/s Gp1(s)=5/(0.5s+1)(0.1s+1) Gp2(s)=1/(s(0.1s+1) 2.開環(huán)系統(tǒng)(被控制對象)的模擬電路圖如圖6-2和圖6-3，其中圖6-2對應(yīng)GP1(s),圖6-3對應(yīng)Gp2(s)。 圖6-2 開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1 圖6-3開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2 3.被控對象GP1(s)為“0型”系統(tǒng)，采用PI控制或PID控制，可使系統(tǒng)變

40、為“I型”系統(tǒng)，被控對象Gp2(s)為“I型”系統(tǒng)，采用PI控制或PID控制可使系統(tǒng)變成“II型”系統(tǒng)。4.當(dāng)r(t)=1(t)時(實(shí)際是方波)，研究其過渡過程。5.PI調(diào)節(jié)器及PID調(diào)節(jié)器的增益 Gc(s)=Kp(1+K1/s) =KpK1(1/k1)s+1) /s =K(Tis+1)/s式中 K=KpKi , Ti=(1/K1)不難看出PI調(diào)結(jié)器的增益K=KpKi，因此在改變Ki時，同時改變了閉環(huán)增益K，如果不想改變K,則應(yīng)相應(yīng)改變Kp。采用PID調(diào)節(jié)器相同。 6.“型”系統(tǒng)要注意穩(wěn)定性。對于Gp2(s),若采用PI調(diào)節(jié)器控制，其開環(huán)傳遞函數(shù)為 G(s)=Gc(s)Gp2(s) =K(Ti

41、s+1)/s1/s(0.1s+1)為使用環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足Ti0.1，即K110 7.PID遞推算法 如果PID調(diào)節(jié)器輸入信號為e(t)，其輸送信號為u(t),則離散的遞推算法如下：u(k)=u(k-1)+q0e(k)+q1e(k-1)+q2e(k-2)其中 q0=Kp(1+KiT+(Kd/T) q1=Kp(1+(2Kd) q2=Kp(Kd/T)T-采樣周期四、實(shí)驗步驟 1.啟動計算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動控制實(shí)驗系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。2.測試計算機(jī)與實(shí)驗箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗。3.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖6-2)。電路的輸入U1接

42、A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。4.在實(shí)驗課題下拉菜單中選擇實(shí)驗六數(shù)字PID控制, 鼠標(biāo)單擊實(shí)驗課題將彈出實(shí)驗課題參數(shù)設(shè)置窗口。5.輸入?yún)?shù)Kp, Ki, Kd(參考值Kp=1, Ki=0.02, kd=1)。6.參數(shù)設(shè)置完成點(diǎn)擊確認(rèn)后觀察響應(yīng)曲線。若不滿意，改變Kp, Ki, Kd的數(shù)值和與其相對應(yīng)的性能指標(biāo)sp、ts的數(shù)值。7.取滿意的Kp,Ki,Kd值，觀查有無穩(wěn)態(tài)誤差。8.斷開電源，連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖6-3)。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤

43、后接通電源。9.重復(fù)4-7步驟。10.計算Kp，Ki，Kd取不同的數(shù)值時對應(yīng)的sp、ts的數(shù)值，測量系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線及時域性能指標(biāo)，記入表中：實(shí)驗結(jié)果參數(shù)%tp階躍響應(yīng)曲線KpKiKd五、實(shí)驗報告 1.畫出所做實(shí)驗的模擬電路圖。2.當(dāng)被控對象為Gp1(s時)取過渡過程為最滿意時的Kp, Ki, Kd,畫出校正后的Bode圖，查出相穩(wěn)定裕量g和穿越頻率wc。3.總結(jié)一種有效的選擇Kp, Ki, Kd方法，以最快的速度獲得滿意的參數(shù)。六、預(yù)習(xí)要求1.熟悉PID控制器系統(tǒng)的組成。2.熟悉PID控制器的參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。第二章實(shí)驗系統(tǒng)部分實(shí)驗七狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測器實(shí)驗七、狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測器一

44、、實(shí)驗?zāi)康?.掌握狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置的設(shè)計方法。2.研究不同極點(diǎn)配置對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。3.掌握全維觀測器的構(gòu)成及設(shè)計方法。4.研究觀測器在狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置中的應(yīng)用。二、實(shí)驗儀器1.自動控制原理掛箱（DSC02）2.PC計算機(jī)一臺三、實(shí)驗內(nèi)容1.被控對象模擬電路圖如圖7-1。圖7-1 被控對象模擬電路2.系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 (1)被控對象傳遞函數(shù)為 (2)被控對象狀態(tài)方程 X=Ax+Bu Y=Cx式中 C=100 03.帶有狀態(tài)觀測器的狀況反饋系統(tǒng)方框圖示于圖7-2。圖7-2 系統(tǒng)方框圖圖中 G=eAT H=0Tj(t)dtB j(t)=eAt K 12維狀態(tài)反饋系統(tǒng)矩陣，由計算機(jī)算出。 L 21維

45、觀測器的反饋矩陣，由計算機(jī)算出。Kr 為使y(t)跟蹤r(t)乘的比例系數(shù)，它由計算機(jī)自動地遞推算出。4.希望的系數(shù)極點(diǎn)(參考值)：S1,S2=-7.35j7.5,它對應(yīng)在Z平面上應(yīng)為Z1,Z2=0.712j0.225.觀測器極點(diǎn)參考值：Z1,Z2=0.1j0四、實(shí)驗步驟 1.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。 2.啟動計算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動控制實(shí)驗系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。3.測試計算機(jī)與實(shí)驗箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗。階躍響應(yīng)4.選

46、擇 實(shí)驗課題狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測器階躍響應(yīng) 菜單項。5.鼠標(biāo)單擊階躍相應(yīng)菜單將彈出實(shí)驗課題參數(shù)設(shè)置窗口。參數(shù)設(shè)置完成后點(diǎn)擊確認(rèn)等待觀察波形。跟蹤響應(yīng)6.實(shí)驗步驟5完成后選擇 實(shí)驗課題狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測器跟蹤響應(yīng) 菜單項。鼠標(biāo)單擊該選項將彈出參數(shù)設(shè)置窗口。參數(shù)設(shè)置完畢后點(diǎn)擊確認(rèn)等待觀察波形。7.修改實(shí)驗參數(shù)設(shè)置窗口中所用的參數(shù)值,觀察波形的變化。8.將實(shí)驗內(nèi)容中的參考值的實(shí)測階躍響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)記入下表中：K1 K2階躍響應(yīng)曲線y(t)tp%ts0.712 0.22 0.1 0 五、實(shí)驗報告1.畫出上述兩個狀態(tài)反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和模擬線路圖。2.計算這兩個狀態(tài)反饋系統(tǒng)的狀態(tài)反饋陣K及相應(yīng)的性能指標(biāo)

47、：tp、% 和tp，并與實(shí)側(cè)值進(jìn)行比較，檢驗狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置是否達(dá)到了設(shè)計要求。3.畫出全維觀測器和降維觀測器狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置的結(jié)構(gòu)圖和模擬線路圖，畫出這兩個系統(tǒng)的實(shí)測階躍響應(yīng)曲線及實(shí)測性能指標(biāo) tp、% 和ts。六、預(yù)習(xí)要求1.閱讀實(shí)驗內(nèi)容。2.推導(dǎo)實(shí)驗系統(tǒng)中的全維觀測器方程。3.計算兩個狀態(tài)反饋系統(tǒng)的狀態(tài)反饋陣K以及相應(yīng)的性能指標(biāo)：tp、ts 和%。第二章實(shí)驗系統(tǒng)部分實(shí)驗八解耦控制實(shí)驗實(shí)驗八 解耦控制實(shí)驗一、實(shí)驗?zāi)康?.掌握解耦控制的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。2.學(xué)習(xí)利用模擬實(shí)驗分析研究解耦控制的基本方法。二、實(shí)驗儀器1.自動控制原理掛箱（DSC02）2.PC計算機(jī)一臺三、實(shí)驗內(nèi)容1.解藕前原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖8-1所示，其被控對象為互相耦合的雙輸入雙輸出系統(tǒng)，U1(t)和U2(t)為控制量，Y1(t)和Y2(t)為輸出量。圖8-1 原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖8-2 原系統(tǒng)模擬電路圖2 解藕前原系統(tǒng)的模擬電路和結(jié)構(gòu)圖如圖8-2和圖8-3。圖8-3 原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.開環(huán)解耦