自控原理實驗指導(dǎo)書

1、自動控制原理實驗指導(dǎo)書前 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。本套EL-AT-II 型自動控制實驗系統(tǒng)克服了以前做自動控制理論實驗時，連線復(fù)雜，接線不穩(wěn)定的缺點，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)?？梢允箤W(xué)生把主要精力集中在系統(tǒng)電路和系統(tǒng)特性的研究上。第一章 硬件資源EL-AT-II 型實驗系統(tǒng)主要由計算機、AD/DA 采集卡、自動控制原理實驗箱、打印機（可選）組成如圖1，其中計算機根據(jù)不同的實驗分別起信號產(chǎn)生、測量、顯示、系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理的作用，打

2、印機主要記錄各種實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果，實驗箱主要構(gòu)造被控模擬對象。實驗箱面板如圖2：下面主要介紹實驗箱的構(gòu)成：一、系統(tǒng)電源EL-AT-II 系統(tǒng)采用本公司生產(chǎn)的高性能開關(guān)電源作為系統(tǒng)的工作電源，其主要技術(shù)性能指標(biāo)為：1輸入電壓：AC 220V2輸出電壓/電流：12V/0.5A,-12V/0.5A,+5V/2A3輸出功率：22W4工作環(huán)境：540。二、AD/DA 采集卡AD/DA 采集卡如圖3 采用ADUC812 芯片做為采集芯片，負(fù)責(zé)采樣數(shù)據(jù)及與上位機的通信，其采樣位數(shù)為12 位，采樣率為10K。在卡上有一塊32K 的RAM62256，用來存儲采集后的數(shù)據(jù)。AD/DA 采集卡有兩路輸出（DA1、DA

3、2）和四路輸入（AD1、AD2、AD3、AD4），其輸入和輸出電壓均為5V+5V。另外在AD/DA 卡上有一個9 針R232 串口插座用來連接AD/DA 卡和計算機，20 針的插座用來和控制對象進行通訊。三、實驗箱面板實驗箱面板布局如圖4實驗箱面板主要由以下幾部分構(gòu)成：1實驗?zāi)K本實驗系統(tǒng)有八組由放大器、電阻、電容組成的實驗?zāi)K。每個模塊中都有一個由UA741 構(gòu)成的放大器和若干個電阻、電容。這樣通過對這八個實驗?zāi)K的靈活組合便可構(gòu)造出各種型式和階次的模擬環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)。2二極管，電阻、電容、二極管區(qū)這些區(qū)域主要提供實驗所需的二極管、電阻和電容。3AD/DA 卡輸入輸出模塊該區(qū)域是引出AD/D

4、A 卡的輸入輸出端，一共引出兩路輸出端和兩路輸入端，分別是DA1、DA2，AD1、AD2。有一個按鈕復(fù)位，按下一次對AD/DA卡進行一次復(fù)位。20 針的插座用來和控制對象連接。4電源模塊電源模塊有一個實驗箱電源開關(guān)，有四個開關(guān)電源提供的DC 電源端子，分別是12V、-12V、+5V、GND，這些端子給外擴模塊提供電源。5變阻箱、變?nèi)菹淠K變阻箱、變?nèi)菹涫潜緦嶒炏到y(tǒng)的一個突出特點，只要按動數(shù)字旁邊的“”、“”按鈕便可調(diào)節(jié)電阻電容的值，而且電阻電容值可以直接讀出。第二章 實驗系統(tǒng)部分本套實驗系統(tǒng)一共提供了十個典型實驗：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、

5、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)觀測器實驗、解耦控制實驗、采樣系統(tǒng)實驗、非線性實驗。除了我們公司配套的這十個實驗外，各高校可自己靈活地組合各種形式的實驗系統(tǒng)，以滿足教學(xué)的要求。實驗一 典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)一、實驗?zāi)康?. 掌握控制模擬實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)的測量方法。二、實驗儀器1EL-AT-II 型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺2PC 計算機一臺三、實驗原理1.模擬實驗基本原理控制系統(tǒng)模擬實驗采用復(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

6、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%：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%：%（YMAX-Y）/Y*100%TP 與TS：利用軟件的游標(biāo)測量水平方向上從零到達最大值與從零到達95%穩(wěn)態(tài)值所需的時間值，便可得到TP 與TS。四、實驗內(nèi)容構(gòu)成下述典型一階系統(tǒng)的模擬電路，并測量其階躍響應(yīng)：注意：在測量時注意輸入電壓不能加得太大，以保證輸出信號的電壓<5V.1. 比例環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)

7、如圖1-1。（看一下即可，不用測量其參數(shù)）2. 慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)如圖1-2。K=1時，輸入電壓<=5V，K=2時，輸入電壓<=2.5V5.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）。理論上比例微分環(huán)節(jié)中不應(yīng)該有圖1-5下面的未標(biāo)明的電容，這里加上電容起到濾波作用，使得測量到的數(shù)據(jù)容易觀察。比例微分環(huán)節(jié)中，要觀察其動態(tài)過程，采樣點數(shù)越小越好。本實驗采集數(shù)據(jù)曲線時K=1時，采樣點數(shù)設(shè)為50，K=1時，采樣點數(shù)設(shè)為150，觀察到的效果較好。另外，為了使t0時，較好的觀察到輸出信號中的脈沖分量，輸入信號建議不要設(shè)置的太大，設(shè)置為0.10.3V較為理

8、想。測量時為了較好的測量到5誤差帶，可以將輸入信號設(shè)置的大一些。6.比例+積分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)如圖1-6。五、實驗步驟1.啟動計算機，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動控制實驗系統(tǒng) 運行軟件。2.測試計算機與實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)進行實驗。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.在實驗課題下拉菜單中選擇實驗一典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng) 。5.鼠標(biāo)單擊實驗課題彈出實驗課題參數(shù)窗口。在參數(shù)設(shè)置窗口中設(shè)置相應(yīng)的實驗參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待

9、屏幕的顯示區(qū)顯示實驗結(jié)果。6.觀測計算機屏幕顯示出的響應(yīng)曲線及數(shù)據(jù)。7.記錄波形及數(shù)據(jù)（由實驗報告確定）。六、實驗報告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. 將實驗中測得的曲線、數(shù)據(jù)及理論計算值，整理列表。七、預(yù)習(xí)要求1、閱讀實驗原理部分，掌握時域性能指標(biāo)的測量方法。2分析典型一階系統(tǒng)的模擬電路和基本原理。實驗數(shù)據(jù)測試表參數(shù)階躍響應(yīng)曲線Ts（秒）（調(diào)節(jié)時間）環(huán)節(jié)理論值實測值R1=R2=100KC=1UfK=1T=0.1S慣性環(huán)節(jié)0.300.292比例微分環(huán)節(jié)00.028比例積分環(huán)節(jié)無無R1=100KR2=200KC=1UfK=2T=0.2S慣性

10、環(huán)節(jié)0.600.648比例微分環(huán)節(jié)00.030比例積分環(huán)節(jié)無無慣性環(huán)節(jié)： C（t）-K*(1-EXP(-t/T) Ts理論值：Ts3*T比例微分環(huán)節(jié)： C（t）-K*(T(t)+1) (t)單位脈沖函數(shù) Ts理論值：Ts0比例積分環(huán)節(jié)： C（t）-K*(1/T*(t)+t) (t)單位脈沖函數(shù) Ts理論值：無實驗二 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)一、實驗?zāi)康?研究二階系統(tǒng)的特征參數(shù)，阻尼比和無阻尼自然頻率n對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。定量分析 和n 與超調(diào)量% 和調(diào)節(jié)時間TS之間的關(guān)系。2進一步學(xué)習(xí)實驗系統(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、實驗儀器1EL-AT-II 型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺2

11、PC 計算機一臺三、實驗原理1模擬實驗的基本原理：控制系統(tǒng)模擬實驗采用復(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%：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%：%（YMAX-Y）/Y*100%TP 與TS：利用軟件的游標(biāo)測量水平方向上從零到達最大值與從零

12、到達95%穩(wěn)態(tài)值所需的時間值，便可得到TP 與TS。四、實驗內(nèi)容典型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為（s）2n/（s22*n*s2n） （1）其中 和n 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)：電路的結(jié)構(gòu)圖如圖2-2：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為（s）U2(S)/U1(S)=(1/T2)/（s2(K/T）*s1/T2） （2）式中 T=RC，K=R2/R1。比較（1）、（2）二式，可得n=1/T=1/RC=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n。今取R1=200K，R2=100K

13、和200K，可得實驗所需的阻尼比。電阻R 取100K，電容C 分別取1f 和0.1f,可得兩個無阻尼自然頻率n。五、實驗步驟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，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動控制實驗系統(tǒng) 運行軟件。3.測試計算機與實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)進行實驗。4.在實驗課題下拉菜單中選擇實驗二二階系統(tǒng)階躍響應(yīng), 鼠標(biāo)單擊該選項彈出實驗課題參數(shù)窗口。5.取n=10rad/s, 即令R=100K，C=1f；分別取=

14、0.5、1、2，即取R1=100K，R2 分別等于100K、200K、400K。輸入階躍信號，測量不同的時系統(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=0.5。即電阻R2 取R1=R2=100K；n=100rad/s, 即取R=100K，改變電路中的電容C=0.1f(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=100K；改變電路中的電容C=1f,R1=100K,調(diào)節(jié)電阻R2=50K。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p 的數(shù)值。8

15、.測量二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)并記入表中六、實驗報告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.把不同和n條件下測量的% 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%，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. 閱讀實驗原理部分，掌握時域性能指標(biāo)的測量方法。2. 按實驗中二階系統(tǒng)的給定參數(shù)，計算出不同、n 下的性能指標(biāo)的理論值。實驗數(shù)據(jù)記錄表實驗結(jié)果參數(shù)%Tp（ms）Ts（ms）階躍響應(yīng)曲線R =100KC =1fn=10rad/sR1=100KR2=0K=0200%99.9測量不到R1=100KR2=50K=

16、0.25463121052R1=100KR2=100K=0.520364600R1=50KR2=200K=2無無1096R=100KC =0.1fn=100rad/sR1= 100KR2=100K=0.5175680R1=50KR2=200K=2無無109八、實驗結(jié)果分析：從實驗數(shù)據(jù)記錄表中可以看出：1.當(dāng)n不變時，在0<<1范圍內(nèi)，隨著的增加，系統(tǒng)的超調(diào)量越小，峰值時間后移，但調(diào)節(jié)時間縮短，動態(tài)過程結(jié)束的越快。2.當(dāng)不變，n增大時，不論系統(tǒng)是過阻尼系統(tǒng)還是欠阻尼系統(tǒng)，超調(diào)量、峰值時間和調(diào)節(jié)時間都明顯減小或縮短。說明增大n能改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。實驗三 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析一、實驗?zāi)?/p>

17、的1觀察系統(tǒng)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。2研究系統(tǒng)開環(huán)增益和時間常數(shù)對穩(wěn)定性的影響。二、實驗儀器1EL-AT-II 型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺2PC 計算機一臺三、實驗內(nèi)容系統(tǒng)模擬電路圖如圖3-1，結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2所示。DA11/RCS1/(RCS+1)1/(RCS+1)K1+_圖3-2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 其開環(huán)傳遞函數(shù)為:G（s）=10K/s(0.1s+1)(Ts+1)式中 K=R3/R2，R2=100K，R3=0500K；T=RC，R=100K，C=1f 或C=0.1f兩種情況。四、實驗步驟1連接電路圖，開啟電源。設(shè)置輸入信源電壓U1=1V,點擊確認(rèn)觀察波形。2.取R3 的值為50K，100K，200K，此

18、時相應(yīng)的K=0.5，1，2。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=200k，100k，50k，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。3.在步驟5 條件下，使系統(tǒng)工作在不穩(wěn)定狀態(tài)，即工作在等幅振蕩情況。改變電路中的電容C 由1f 變成0.1f，重復(fù)實驗步驟4 觀察系統(tǒng)穩(wěn)定性的變化。4.將實驗結(jié)果添入下表中：參數(shù)系統(tǒng)響應(yīng)曲線C=1ufR3=50KK=0.5R3=100KK=1R3=200KK=2R3=237KK=2.37R3=

19、240KK=2.4C=0.1ufR3=50KK=0.5R3=100KK=1R3=200KK=2R3=1000KK=10R3=1130KK=11.3R3=1150KK=11.5五、實驗報告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。七、實驗分析： 1.當(dāng)電容c1uf時，系統(tǒng)閉環(huán)特征方程為：0.01s3+0.2s2+s+10k0，利用Routh判據(jù)可以得到系統(tǒng)穩(wěn)定的條件為k<2，也就是r3<200K。所以

20、系統(tǒng)臨界穩(wěn)定條件是r3=200K（理論值），從實驗中測量可以知道，實際系統(tǒng)臨界穩(wěn)定的條件是K=2.37。 2.當(dāng)電容C0.1uf時，系統(tǒng)閉環(huán)特征方程為：0.001s3+0.11s2+s+10k0，利用利用Routh判據(jù)可以得到系統(tǒng)穩(wěn)定的條件為k<11，也就是r3<1100K。所以系統(tǒng)臨界穩(wěn)定條件是r3=1100K（理論值），從實驗中測量可以知道，實際系統(tǒng)臨界穩(wěn)定的條件是K=11.3。3.從實驗結(jié)果可以看出，系統(tǒng)開環(huán)增益越大，系統(tǒng)越易不穩(wěn)定。當(dāng)開環(huán)增益一定時，減小時間常數(shù)，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實驗四 系統(tǒng)頻率特性測量一、實驗?zāi)康?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

21、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、實驗儀器1EL-AT-II 型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺2PC 計算機一臺3雙蹤示波器一臺三、實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，使光點處于螢光屏上的坐標(biāo)原點上。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)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，圖象盡可能達到滿刻度。3 根據(jù)螢光屏上的刻度及輸入幅值選擇開關(guān)指示的伏/格數(shù)

22、，算出2Xm、2Yn及2ym，并進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)，使光點在熒光屏上只作垂直運動，此時可方便地讀出2ym。同理，也可方便地讀出2Xm。四、實驗內(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。2系統(tǒng)傳遞函數(shù) 取R3=500k，則系統(tǒng)傳遞函數(shù)為G（S）= U2（S）/ U1（S） =500/（S2+10*S+500）若輸入信號U1（t）=U1sint,則在穩(wěn)態(tài)時，其輸出信號為U2（t）=U2sin（t+）改變輸入信號角頻率值，便可測得二組U2/U1 和隨變化的數(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、實驗步驟1. 連

23、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，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動控制實驗系統(tǒng) 運行軟件。3. 測試計算機與實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)進行實驗。測頻率圖4. 選中 實驗課題系統(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)置完成后點確認(rèn)等待觀察波形，如圖44 所示。測波特圖5. 在測量波特圖的過程中首先應(yīng)選擇 實驗課題系統(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6. 待數(shù)據(jù)采樣結(jié)束后點擊

24、實驗課題系統(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)束后點擊 實驗課題系統(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，測量各點頻率特性的實測值并計算相應(yīng)的理論值。六、實驗報告1. 畫出被測系統(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. 整理表中的實驗數(shù)據(jù)，并算出理論值和實測值。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. 閱讀實驗原理部分，掌握李沙育圖形法的基

25、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，算出各點頻率特性的理論值。F （Hz）rad/s）理論值實測值L（）（）2Xm2yo2ymL（）（）李沙育圖形實驗六 數(shù)字PID 控制一、實驗?zāi)康?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、實驗儀器1EL-AT-II 型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺2PC 計算機一臺三、實驗內(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+K*ds）Gh（s）=（1e-TS）/sG

26、p1（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）。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?yōu)椤癐 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（實際是方波），研究其過渡過程。5PI 調(diào)節(jié)器及PID 調(diào)節(jié)器的增益Gc（s）=Kp（1+K1/s）=Kp*K1 (（1/k1）s+1) /s=K(Tis+1)/s式中 K=

27、Kp*Ki , Ti=（1/K1）不難看出PI 調(diào)節(jié)器的增益K=Kp*Ki，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)的改變Kp。采用PID 調(diào)節(jié)器相同。6“II 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（Tis+1）/s*1/s（0.1s+1）為使用環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足Ti>0.1，即K1<107PID 遞推算法 如果PID 調(diào)節(jié)器輸入信號為e（t），其輸出信號為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/T），q2=Kp（Kd/T）T-采樣周期四、實驗步驟1