大學(xué)學(xué)習(xí)資料：（2017修訂）自控理論實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、（2017修訂）自控理論實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)前U9U16單元內(nèi)的運(yùn)放需要調(diào)零。 2運(yùn)算放大器邊上的鎖零點(diǎn)G接線要正確。不需要鎖零時(shí)（運(yùn)放構(gòu)成環(huán)節(jié)中不含電容或輸入信號(hào)為正弦波時(shí)），必須把G與-15V相連；在需要鎖零時(shí)，必須與其輸入信號(hào)同步的鎖零信號(hào)相連。如在采用PC產(chǎn)生的經(jīng)D/A通道輸出的信號(hào)O1作為該環(huán)節(jié)或系統(tǒng)的輸入時(shí)，運(yùn)放的鎖零信號(hào)G應(yīng)連U3單元中鎖零信號(hào)G1；類似地，如采用PC產(chǎn)生的信號(hào)O2作輸入，則鎖零信號(hào)G應(yīng)連U3 單元中鎖零信號(hào)G2。鎖零主要用于對(duì)電容充電后需要放電的場(chǎng)合，一般不需要鎖零。3在設(shè)計(jì)和連接被控對(duì)象或系統(tǒng)的模擬電路時(shí)，要特別注意，實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的運(yùn)放都是反相輸入的，因此

2、對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)以及反饋的正負(fù)引出點(diǎn)是否正確都需要仔細(xì)考慮，必要時(shí)接入反號(hào)器。 4作頻率特性實(shí)驗(yàn)和采樣控制實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須注意只用到其中1路A/D輸入和1路D/A輸出,具體采用“I1I8”中哪一個(gè)通道，決定于控制箱上的實(shí)際連線。5U3單元的“地”應(yīng)與其他單元的“地”相連。6上位機(jī)軟件提供線性系統(tǒng)軟件仿真功能。在作軟件仿真時(shí)，無論是一個(gè)環(huán)節(jié)、或是幾個(gè)環(huán)節(jié)組成的被控對(duì)象、或是閉環(huán)系統(tǒng)，在利用上位機(jī)界面作實(shí)驗(yàn)時(shí)，都必須將開環(huán)或閉環(huán)的傳遞函數(shù)都轉(zhuǎn)化成下面形式，以便填入?yún)?shù)ai, bjb sm + bsm-1 + . + b s + b W (s) = mm-110nn-110a sn + asn-1 + .

3、+ a s + a其中 n £ 10，m £ n 。如出現(xiàn) m > n 的情況，軟件仿真就會(huì)出錯(cuò)，必須設(shè)法避免。如實(shí)驗(yàn)一，在作理想比例微分（PD）環(huán)節(jié)的軟件仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)就會(huì)遇到此問題，因?yàn)榇藭r(shí)W (s) = K (1+ Ts) = K + KTs可見該W(s)分子中s的階高于分母的，直接填入?yún)?shù)仿真，即出現(xiàn)“非法操作”的提示。具體避免方法請(qǐng)參閱該實(shí)驗(yàn)附錄。7受數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)處理速率限制，作頻率特性實(shí)驗(yàn)和采樣控制實(shí)驗(yàn)時(shí)，在上位機(jī)界面上操作“實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置”必須注意頻率點(diǎn)和采樣控制頻率的選擇。對(duì)于頻率特性實(shí)驗(yàn)，應(yīng)滿足<200/sec，以免引起過大誤差。類似地，對(duì)于采

4、樣控制實(shí)驗(yàn)，采樣控制周期應(yīng)不小于5 ms。8本采集設(shè)備的上位機(jī)軟件，A/D和D/A輸出部分，需要注意的一些事項(xiàng)。本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有8路A/D輸入，2路D/A輸出，對(duì)于8路A/D輸入將其分為四組，因?yàn)橐话阄覀冇玫絻陕吠瑫r(shí)輸出或同時(shí)輸入。I1、I2為一組A/D輸入，I3、I4為一組A/D輸入，I5、I6為一組A/D輸入，I7、I8 為一組A/D輸入。在這四組A/D輸入中，I1、I3、I5、I7為每組A/D輸入中的第一路，I2、I4、I6、I8為每組A/D輸入中的第二路。這個(gè)在實(shí)驗(yàn)三中，做頻率特性實(shí)驗(yàn)要求比較嚴(yán)格，在每個(gè)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，我們可以隨意選擇任一組A/D輸入，和任一路D/A輸出。 29實(shí)驗(yàn)一 典型

5、環(huán)節(jié)的電路模擬與軟件仿真研究一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握實(shí)驗(yàn)裝置和“自動(dòng)控制理論時(shí)域及非線性特性分析”軟件的使用方法。2熟悉各種典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及其特性，掌握電路模擬和軟件仿真研究方法。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1設(shè)計(jì)各種典型環(huán)節(jié)的模擬電路。2完成各種典型環(huán)節(jié)模擬電路的階躍特性測(cè)試，并研究參數(shù)變化對(duì)典型環(huán)節(jié)階躍特性的影響。3在軟件界面上，填入各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)際（非理想）傳遞函數(shù)參數(shù)，完成典型環(huán)節(jié)階躍特性的仿真研究，并與電路模擬研究的結(jié)果作比較。三. 原理說明1比例(P)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： UO(s) = K Ui(s)其方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)，分別如圖 1.1.1、圖 1.

6、1.2 和圖 1.1.3 所示，于是 K = R1 ，R0實(shí)驗(yàn)參數(shù)取 R0100k，R1200k，R=10k。 uo圖1.1.1R1-ui R0+ R圖1.1.3R+-uo+ P圖1.1.2uo圖1.2.1圖1.2.3uiR0 CR+-+- R uo+ I圖1.2.22積分(I)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： UO(s) = 1Ui(s)Ts其方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)，分別如圖 1.2.1、圖 1.2.2 和圖 1.2.3 所示，于是T = R0C ， 實(shí)驗(yàn)參數(shù)取 R0100k，C1uF，R=10k。3比例積分(PI)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響

7、應(yīng)比例積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： UO = K + 1UiTs 圖1.3.1uo圖1.3.3其方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)，分別如圖 1.3.1、圖 1.3.2 和圖 1.3.3 所示，于是 RK = R1 ， T = R C 00實(shí)驗(yàn)參數(shù)取 R0200k，R1200k，C1uF，R=10k。uiR0 R1CR-u-R+o+ PI圖1.3.24比例微分(PD)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)比例微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： UO = K(1+ Ts) Ui其方塊圖和模擬電路分別如圖 1.4.1、圖 1.4.2 所示。其模擬電路是近似的（即實(shí)際 PD 環(huán)節(jié)），取 R , R>> R，則

8、有 K = R1 + R2 , T = R1R2C ，實(shí)驗(yàn)參數(shù)取 R010k，R110k，R210k，R31 23 RR + R0121K，C10uF，R=10k。對(duì)應(yīng)理想的和實(shí)際的比例微分(PD)環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)分別如圖 1.4.3a、圖 1.4.3b 所示。uo圖1.4.1uiR0 R1R2 CR3+- R 圖1.4.3auoR+-uo+ PD圖1.4.2圖1.4.3b實(shí)際 PD 環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： Uo (s) = R1 + R2 é R1R2CsùU (s)Rê1+ (R + R )(R Cs +1) úi0ë123û （供軟件

9、仿真參考） = (R1R2 + R2 R3 + R3 R1 )Cs + (R1 + R2 )R0 R3Cs + R05慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： UO =Ui K Ts +1uo-ui R0圖1.5.1CR1R圖1.5.3u -R+o+ + PI圖1.5.2其方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)， 分別如圖 1.5.1 、圖 1.5.2 和圖 1.5.3 所示，其中RK = R1 , T = R C ，實(shí)驗(yàn)參數(shù)取 R0200k，R1200k，C1uF，R=10k。 106比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)P比例積分微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)

10、為： UO(s) = KUi(s)+ 1Ti s+T ds 其方塊圖和模擬電路分別如圖 1.6.1、圖 1.6.2 所示。其模擬電路是近似的（即實(shí)際 PID 環(huán)節(jié)），取 R1 >>R2>> R3 ， 將近似上述理想 PID 環(huán)節(jié)有PK = R1 , T = R C , T = R1R2 C ，實(shí)驗(yàn)參數(shù)取 R0RRi0 1 d200200k，R1100k，R210k，R31k，C11uF，C210uF，R=10k。對(duì)應(yīng)理想的和實(shí)際的比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)分別如圖 1.6.3 a、圖 1.6.3 b 所示。 圖1.6.1實(shí)際 PID 環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： Uo

11、(s) = R1 + R2 +1+ R2C2 (R1C1s +1) （供軟件仿真參考） Ui (s)R0R0C1sR0C1 (R3C2 s +1)uiR0 CR1R2CR3R+-+- R uo+ PID圖1.6.2uouo圖1.6.3a圖1.6.3b四實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. ACCC-I實(shí)驗(yàn)臺(tái) 2.軟件：自動(dòng)控制理論時(shí)域分析 五實(shí)驗(yàn)步驟 1熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備，利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的模擬電路單元，參考本實(shí)驗(yàn)原理說明中的設(shè)計(jì)，連接各種典型環(huán)節(jié)（包括比例、積分、比例積分、比例微分、比例積分微分以及慣性環(huán)節(jié)）的模擬電路。 利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)U9U8單元完成比例、積分、比例積分、比例積分微分以及慣性環(huán)節(jié)模擬電路的接線；利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)U10

12、U8單元完成比例微分環(huán)節(jié)模擬電路的接線。 2完成各典型環(huán)節(jié)模擬電路的階躍特性測(cè)試，并研究參數(shù)變化對(duì)典型環(huán)節(jié)階躍特性的影響。熟悉“自動(dòng)控制理論時(shí)域及非線性特性分析”軟件操作界面，充分利用虛擬示波器與信號(hào)發(fā)生器功能。 （1）硬件連接 將所測(cè)試的典型環(huán)節(jié)模擬電路的Ui，連接到數(shù)據(jù)處理單元U3中的D/A輸出通道O1（系統(tǒng)輸入信號(hào)O1）；將典型環(huán)節(jié)模擬電路的Uo，連到數(shù)據(jù)處理單元U3中的A/D輸入通道I1（采樣通道1）； 將系統(tǒng)輸入信號(hào)O1，連到實(shí)驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)處理單元U3中的A/D輸入通道I2（采樣通道2）； 將運(yùn)放的鎖零G，連接數(shù)據(jù)處理單元U3的鎖零信號(hào)G1。接線完成，經(jīng)檢查無誤后，再上電。 （2）啟動(dòng)“

13、時(shí)域分析”程序，進(jìn)入主界面。界面上的操作步驟如下： 按通道接線情況完成通道設(shè)置： “通道選擇” 選擇A/D輸入通道I1作為環(huán)節(jié)的輸出,選擇D/A輸出通道O1作為環(huán)節(jié)的輸入，再將D/A輸出通道O1直接連接A/D輸入通道I2(顯示信號(hào)源發(fā)出信號(hào)的波形)。不同的通道,圖形顯示控件中波形的顏色將不同。 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶?，先?duì)顯示模式進(jìn)行設(shè)置：選擇“X-t模式”；選擇“T/DIV”為1s/1HZ。 設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)。在界面的右邊可以設(shè)置系統(tǒng)測(cè)試信號(hào)參數(shù)： 選擇“測(cè)試信號(hào)”為“周期階躍信號(hào)”；選擇“占空比”為50%；選擇“T/DIV”為“1s”；對(duì)于比例、積分環(huán)節(jié)選擇“幅值”為“3V”，對(duì)于比例積分、比例微分、

14、比例積分微分以及慣性環(huán)節(jié)，選擇“幅值”為“2V”，還可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要調(diào)整幅值，以得到較好的實(shí)驗(yàn)曲線；將“偏移”設(shè)為“0”。以上除必須選擇“周期階躍信號(hào)”外，其余的選擇都不是唯一的。要特別注意，除單個(gè)比例環(huán)節(jié)外，對(duì)其它環(huán)節(jié)和系統(tǒng)都必須考慮環(huán)節(jié)或系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，如仍選擇“輸入波形占空比”為50%，那么“T/DIV”至少應(yīng)是環(huán)節(jié)或系統(tǒng)中最大時(shí)間常數(shù)的68倍，這樣，實(shí)驗(yàn)中才能觀測(cè)到階躍響應(yīng)的整個(gè)過程。 點(diǎn)擊 “Start”按鈕來啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)，動(dòng)態(tài)波形得到顯示，直至周期響應(yīng)過程結(jié)束，如上述參數(shù)設(shè)置合理就可以在主界面的圖形顯示控件中間得到該環(huán)節(jié)的“階躍響應(yīng)”。 改變實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)參數(shù)，重復(fù)的操作；如發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置不

15、當(dāng)，看不到“階躍響應(yīng)”全過程，可重復(fù)、的操作。 按實(shí)驗(yàn)報(bào)告需要，將圖形結(jié)果保存為位圖文件，操作方法可參閱軟件使用說明書。 六注意事項(xiàng)1、注意實(shí)驗(yàn)接線前須先將實(shí)驗(yàn)臺(tái)上電，以對(duì)運(yùn)放仔細(xì)調(diào)零（廠家已調(diào)好）。然后斷電，再接線。接線時(shí)要注意不同環(huán)節(jié)、不同測(cè)試信號(hào)對(duì)運(yùn)放鎖零的要求。在輸入階躍信號(hào)時(shí)，除比例環(huán)節(jié)運(yùn)放可不鎖零（G可接-15V）也可鎖零外，其余環(huán)節(jié)都需要考慮運(yùn)放鎖零。 2、注意實(shí)驗(yàn)臺(tái)的U3單元與其他單元需共地。七實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 實(shí)驗(yàn)二典型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性分析一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)和掌握動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試方法。2研究典型系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1觀測(cè)二階

16、系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，測(cè)出其超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，并研究其參數(shù)變化對(duì)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。 2觀測(cè)三階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，測(cè)出其超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，并研究其參數(shù)變化對(duì)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。 三. 原理說明1典型二階系統(tǒng)典型二階系統(tǒng)的方塊結(jié)構(gòu)圖如圖 2.1.1 所示。其開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s) =K s(T1s +1)1w 2, K = K1 ， ToK其閉環(huán)傳遞函數(shù)為W(s) = n，其中，ns2 + 2xw ns + w 2wn = 1 ,x =T1To取二階系統(tǒng)的模擬電路如圖 2.1.2 所示。 該系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如圖 2.1.3 所示：Rx 接 U4 單元的 1M電位器，改變?cè)?shù) Rx 大小， 研究

17、不同參數(shù)特征下的時(shí)域響應(yīng)。 圖2.1.1c tc tc t圖2.1.3a圖2.1.3b圖2.1.3c圖 2.1.3a，2.1.3b，2.1.3c 分別對(duì)應(yīng)二階系統(tǒng)在欠阻尼，臨界阻尼，過阻尼三種情況下的階躍響應(yīng)曲線。 2典型三階系統(tǒng)KT s+1K典型三階系統(tǒng)的方塊結(jié)構(gòu)圖如圖 2.2.1 所示。T s+1R(s)E(s)1T 0sC(s)圖2.2.1其開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s) =所示。 K s(T1s +1)(T2s +1)，其中 K = K1K2 ，取三階系統(tǒng)的模擬電路如圖 2.2.2To該系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s) =K s(0.1s +1)(0.5s +1), K = 500 / Rx

18、 ，,Rx 的單位為 KW。 系統(tǒng)特征方程為 s3 +12s2 + 20s + 20K = 0 ，根據(jù)勞斯判據(jù)得到： 系統(tǒng)穩(wěn)定0<K<12 系統(tǒng)臨界穩(wěn)定K=12系統(tǒng)不穩(wěn)定K>12 根據(jù) K 求取 Rx。這里的 Rx 可利用模擬電路單元的 220K 電位器，改變 Rx 即可改變 K2， 從而改變 K，得到三種不同情況下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 該系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如圖 2.2.3 a、2.2.3b 和 2.2.3c 所示，它們分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)處于不穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定和穩(wěn)定的三種情況。 c tc tc t圖2.2.3a圖2.2.3b圖2.2.3c四實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. ACCC-I實(shí)驗(yàn)臺(tái) 2.軟件：自動(dòng)控制理論

19、時(shí)域分析 五實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) 1利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的U9、U15、U11和U8模擬電路單元，參考原理說明中的圖2.1.1和圖2.1.2， 設(shè)計(jì)并連接由一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成的二階閉環(huán)系統(tǒng)的模擬電路。注意：實(shí)驗(yàn)接線前必須對(duì)運(yùn)放仔細(xì)調(diào)零（廠家已做）。接線時(shí)要注意對(duì)運(yùn)放鎖零的要求。 2利用虛擬示波器與信號(hào)發(fā)生器功能，觀測(cè)該二階系統(tǒng)模擬電路的階躍特性，并測(cè)出其超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。 （1）硬件連接 將所測(cè)試系統(tǒng)的模擬電路的Ui，連接到數(shù)據(jù)處理單元U3中的D/A輸出通道O1（系統(tǒng)輸入信號(hào)O1）；將所測(cè)試系統(tǒng)模擬電路的Uo，連到數(shù)據(jù)處理單元U3中的A/D輸入通道I1（采樣通道1）； 將系統(tǒng)輸入信號(hào)O1，連

20、到實(shí)驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)處理單元U3中的A/D輸入通道I2（采樣通道2）；將運(yùn)放的鎖零G，連接數(shù)據(jù)處理單元U3的鎖零信號(hào)G1。U3單元需與其他單元共地。接線完成，經(jīng)檢查無誤后，再上電。 （2）啟動(dòng)“時(shí)域分析”程序，進(jìn)入主界面。界面上的操作步驟如下： 按通道接線情況完成通道設(shè)置： “通道選擇” 選擇A/D輸入通道I1作為環(huán)節(jié)的輸出,選擇D/A輸出通道O1作為所測(cè)試系統(tǒng)的輸入，再將D/A輸出通道O1直接連接A/D輸入通道I2(顯示信號(hào)源發(fā)出信號(hào)的波形)。不同的通道, 圖形顯示控件中波形的顏色將不同。 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶?，先?duì)顯示模式進(jìn)行設(shè)置：選擇“X-t模式”；選擇“T/DIV”為1s/1Hz。 設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)。在

21、界面的右邊可以設(shè)置系統(tǒng)測(cè)試信號(hào)參數(shù)： 選擇“測(cè)試信號(hào)”為“周期階躍信號(hào)”；選擇“周期/頻率”為0.1Hz/10s；除“二階過阻尼”情況下選擇“幅值”為2V、“占空比”為50%外，其他情況下均選擇“幅值”為5V，“占空比”為90%；將“偏移” 設(shè)為“0”。 點(diǎn)擊“Start”按鈕來啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)，動(dòng)態(tài)波形得到顯示，直至周期響應(yīng)過程結(jié)束，如上述參數(shù)設(shè)置合理就可以在主界面的圖形顯示控件中間得到該環(huán)節(jié)的“階躍響應(yīng)”。 改變?cè)摱A系統(tǒng)模擬電路的參數(shù)（可通過改變U11的Rx值進(jìn)行），觀測(cè)參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。觀察二階系統(tǒng)在過阻尼、臨界阻尼、欠阻尼三種情況下的階躍響應(yīng)曲線。 按實(shí)驗(yàn)報(bào)告需要，將圖形結(jié)果保存

22、為位圖文件，操作方法可參閱軟件使用說明書。 3利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的U9、U15、U11、U10和U8模擬電路單元，參考原理說明中的圖2.2.1和圖2.2.2，設(shè)計(jì)并連接由一個(gè)積分環(huán)節(jié)和兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成的三階閉環(huán)系統(tǒng)的模擬電路。 4利用虛擬示波器與信號(hào)發(fā)生器功能，觀測(cè)該三階系統(tǒng)模擬電路的階躍特性，并測(cè)出其超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。具體操作方法請(qǐng)參閱步驟2。 5改變?cè)撊A系統(tǒng)模擬電路的參數(shù)（可通過改變U10的Rx值進(jìn)行），觀測(cè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性與動(dòng)態(tài)指標(biāo)的影響。可觀察到系統(tǒng)處于不穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定、穩(wěn)定 三種不同情況下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 六實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 實(shí)驗(yàn)三典型環(huán)節(jié)（或系統(tǒng)）的頻率特性測(cè)量一實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

23、的1學(xué)習(xí)和掌握測(cè)量典型環(huán)節(jié)（或系統(tǒng)）頻率特性曲線的方法和技能。2學(xué)習(xí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得頻率特性曲線求取傳遞函數(shù)的方法。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1用實(shí)驗(yàn)方法完成一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線測(cè)試。2用實(shí)驗(yàn)方法完成典型二階系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線的測(cè)試。3根據(jù)測(cè)得的頻率特性曲線求取各自的傳遞函數(shù)。4用軟件仿真方法求取一階慣性環(huán)節(jié)頻率特性和典型二階系統(tǒng)開環(huán)頻率特性，并與實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果比較。三原理說明1實(shí)驗(yàn)用一階慣性環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)參數(shù)、電路設(shè)計(jì)及其幅相頻率特性曲線對(duì)于G(s) =K Ts +1的一階慣性環(huán)節(jié)，其幅相頻率特性曲線是一個(gè)半圓，見圖 3.1.1。 取 s = jw 代入，得 G( jw) =K jwT +1= r(w)e

24、jj(w)在實(shí)驗(yàn)所得特性曲線上，從半園的直徑 r(0) ，可得到環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) K，K r(0) 。在特性曲線上取一點(diǎn)w ，可以確定環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù) T， T = - tgj(wk) 。 k實(shí)驗(yàn)用一階慣性環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)為 G(s) =C1uF，其模擬電路設(shè)計(jì)參閱圖 3.1.2。1 0.2s + 1wk，其中參數(shù)為 R0=200 KW ，R1200 KW ，2實(shí)驗(yàn)用典型二階系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)參數(shù)、電路設(shè)計(jì)及其幅相頻率特性曲線：對(duì)于由兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成的二階系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為 G(s) =K (T1s +1)(T2s +1)=KT 2s2 + 2xTs +1 (x ³ 1) 令上式中 s =

25、 jw ，可以得到對(duì)應(yīng)的頻率特性 G( jw) =K - T 2w 2 + j2xTw +1= r(w)e jj(w) 二階系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的幅相頻率特性曲線，如圖 3.2.1 所示。根據(jù)上述幅相頻率特性表達(dá)式，有 K = r(0) （31） r(wk) =r(0)1k2xTwk1+ tg2f其 中 11- T 2w2= k -tgfk2xTwwk故有 T 2 =12xT 2wktgfk （32） 2Tx =r(0)kkw r(w ) 1+1 （33） tg2fk如已測(cè)得二階環(huán)節(jié)的幅相頻率特性，則 r(0) 、wk 、fk 和 r(wk ) 均可從實(shí)驗(yàn)曲線得到，于是可按式（31）、（32）和（

26、33）計(jì)算 K、T、 ，并可根據(jù)計(jì)算所得 T、 求取 T1 和 T2 T1 = T(x +， T2 = T(x -實(shí)驗(yàn)用典型二階系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為： G(s)H(s) =其電路設(shè)計(jì)參閱圖 3.2.2。 1 (0.2s +1)(0.1s +1)=10.02s2 + 0.3s +1 圖3.2.13對(duì)數(shù)幅頻特性和對(duì)數(shù)相頻特性上述幅相頻率特性也可表達(dá)為對(duì)數(shù)幅頻特性和對(duì)數(shù)相頻特性，圖 3.3.1 和圖 3.3.2 分別給出上述一階慣性環(huán)節(jié)和二階環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)幅頻特性和對(duì)數(shù)相頻特性。 圖 3.3.1圖 3.3.2注意：（1）此時(shí)橫軸w采用了以10為底的對(duì)數(shù)坐標(biāo)，縱軸則分別以分貝和度為單位。 （2）比較兩個(gè)系統(tǒng)

27、的幅頻特性斜率及相頻特性范圍的不同。 四實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. ACCC-I實(shí)驗(yàn)臺(tái) 2.軟件：自動(dòng)控制理論頻域分析實(shí)驗(yàn) 五實(shí)驗(yàn)步驟1熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備上的信號(hào)源，掌握改變正弦波信號(hào)幅值和頻率的方法。利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的模擬電路單元，參考原理說明中的電路圖，設(shè)計(jì)并連接“一階慣性環(huán)節(jié)”模擬電路，如圖3.1.2（可用U9+U8連成），或“兩個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)”得到的二階系統(tǒng)模擬電路， 如圖3.2.2（可用U9+U11或U15+U9連成）。2利用虛擬示波器與信號(hào)發(fā)生器功能，完成一階慣性環(huán)節(jié)的頻率特性曲線測(cè)試。（1）硬件連接 將所測(cè)試系統(tǒng)模擬電路的Ui，連接到數(shù)據(jù)處理單元U3中的D/A輸出通道O1（系統(tǒng)輸入信號(hào)O1）； 將所

28、測(cè)試系統(tǒng)模擬電路的Uo，連到數(shù)據(jù)處理單元U3中的A/D輸入通道I1（采樣通道1）； 將系統(tǒng)輸入信號(hào)O1，連到實(shí)驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)處理單元U3中的A/D輸入通道I2（采樣通道2）； 將運(yùn)放的鎖零G，連接數(shù)據(jù)處理單元U3的鎖零信號(hào)G1。 U3單元需與其他單元共地。 接線完成，經(jīng)檢查無誤后，再上電。 圖3.1.2中的元件參數(shù)，不同的實(shí)驗(yàn)臺(tái)可參考以下各組數(shù)據(jù)進(jìn)行試取： U9輸入電阻 R0 = 39.6k電容 C1 = 1u電阻 R1 =150k輸入電阻 R0 = 28k輸入電阻 R0=200k電容 C1 = 1u 串 2u電容 C11u電阻 R1 =150k電阻 R1200k（2）啟動(dòng)“頻域分析”程序，進(jìn)入主界

29、面。界面上的操作步驟如下： 按通道接線情況完成通道設(shè)置： 根據(jù)上面的實(shí)驗(yàn)接線選擇通道，選擇I1、I2通道作為輸入通道，測(cè)試信號(hào)O1作為輸出信號(hào)。 測(cè)試信號(hào)01的設(shè)置：“幅值”為5（可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果波形來調(diào)整），“測(cè)試信號(hào)”為正弦波，“偏移”為零。 點(diǎn)擊“下載數(shù)據(jù)”按鈕（若無此按鈕，則省此操作），將設(shè)置的測(cè)試信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)界面右下角的“Start”按鈕來啟動(dòng)頻率特性測(cè)試。測(cè)試程序?qū)?huì)從低頻率計(jì)算到高頻，界面右下角有個(gè)測(cè)試進(jìn)度條，它將顯示測(cè)試的進(jìn)度。最后測(cè)試出來頻率特性的Bode Plot、Nyquist Plot將在相應(yīng)的圖形控件中顯示出來,在同一界面中我們可以同時(shí)看到頻率特性

30、的兩種顯示模式:一種是伯德圖“Bode Plot”，它包括幅頻特性和相頻特性；另一種模式就是乃奎斯特圖“Nyquist Plot”，又稱極坐標(biāo)圖。 按實(shí)驗(yàn)報(bào)告需要，將圖形結(jié)果保存為位圖文件，操作方法參閱軟件使用說明書3利用虛擬示波器與信號(hào)發(fā)生器功能，完成典型二階系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線的測(cè)試。 （1）硬件電路如圖3.2.2。 圖3.2.2中的元件參數(shù)，不同的實(shí)驗(yàn)臺(tái)可參考以下各組數(shù)據(jù)進(jìn)行試?。?U9+U11輸入端電阻 R0/R2= 26.6k /180W電容 C1 /C2= (1u/10u) / 1u電阻 R1/R3= 100k / 350k輸入端電阻 R0/R2= 27.4k/300W電容 C1

31、/C2= (1u/10u)/1u電阻 R1/R3=200k/ 200k輸入端電阻 R0/R2= 28.6k/300W電容 C1 /C2= 1u/ 1u電阻 R1/R3=200k/ 350k或U15+U9輸入端電阻 R0/R2= 5.1k/10k電容 C1 /C2= 1u/1u電阻 R1/R3=200k/ 100k輸入端電阻 R0/R2= 30k/50k電容 C1 /C2= 0.5u/ .05u電阻 R1/R3=100k/ 100k（2）啟動(dòng)“頻域分析”程序，進(jìn)入主界面。界面上的操作步驟參閱步驟2中的（2）。4參考原理說明中的提示，根據(jù)測(cè)得的頻率特性曲線（或數(shù)據(jù)）求取各自的傳遞函數(shù)。 思考和驗(yàn)證

32、若將圖3.2.2中的C1 和C2 改用0.01mF的電容，結(jié)果將怎樣？為什么？ 六實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 實(shí)驗(yàn)四線性系統(tǒng)串聯(lián)校正一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉串聯(lián)校正裝置對(duì)線性系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性的影響。2掌握串聯(lián)校正裝置的設(shè)計(jì)方法和參數(shù)調(diào)試技術(shù)。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1觀測(cè)未校正系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性。2按動(dòng)態(tài)特性要求設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置。3觀測(cè)加串聯(lián)校正裝置后系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性，并觀測(cè)校正裝置參數(shù)改變對(duì)系統(tǒng)性能的影響。三原理說明1方塊圖和模擬電路實(shí)驗(yàn)用未加校正二階閉環(huán)系統(tǒng)的方塊圖和模擬電路，分別如圖4.1.1 和圖4.1.2所示。 圖4.1.1525其開環(huán)傳遞函數(shù)為： G(s) =0.2S(0.5S

33、+1) s(0.5s +1)其閉環(huán)傳遞函數(shù)為： G(s)50w 2W (S ) = n nn1+ G(s)s2 + 2s + 50s2 + 2xw s + w 2式 中 wn = 7.07，x = 1 wn = 0.141， 故未加校正時(shí)系統(tǒng)超調(diào)量為 p4M = e-xp= 0.63 = 63% ， 調(diào)節(jié)時(shí)間為 ts= xw= 4 s， n靜態(tài)速度誤差系數(shù) KV 等于該 I 型系統(tǒng)的開環(huán)增益Kv = 25 1/s， 2串聯(lián)校正的目標(biāo) 要求加串聯(lián)校正裝置后系統(tǒng)滿足以下性能指標(biāo)： （1）超調(diào)量 M p £ 25% （2）調(diào)節(jié)時(shí)間（過渡過程時(shí)間） ts £ 1 s （3）校正后系

34、統(tǒng)開環(huán)增益（靜態(tài)速度誤差系數(shù)） Kv ³ 25 1/s 3串聯(lián)校正裝置的時(shí)域設(shè)計(jì)p4從對(duì)超調(diào)量要求可以得到 M = e-xp£ 25 % ，于是有 x > 0.4 。 由 ts= xw£ 1 s 可以得到 wn³ 4 。 xn因?yàn)橐?Kv ³ 25 1/s，故令校正后開環(huán)傳遞函數(shù)仍包含一個(gè)積分環(huán)節(jié)，且放大系數(shù)為 25。設(shè)串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為 D(s),則加串聯(lián)校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 D(s)G(s) = D(s)25 s(0.5s +1)采用相消法，令 D(s) = 0.5s +1 （其中 T 為待確定參數(shù)），可以得到加串聯(lián)校正

35、后的開環(huán)Ts +1傳遞函數(shù) D(s)G(s) = 0.5s +125=25 Ts +1 s(0.5s +1)s(Ts +1)這樣，加校正后系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 D(s)G(s) W (s) =1+ D(s)G(s)s2 + 1 s + 25TT對(duì)校正后二階系統(tǒng)進(jìn)行分析，可以得到 n w 2 = 25 T 2xwn = 1 T 綜合考慮校正后的要求，取 T=0.05s ,此時(shí) wn = 22.36 1/s,x = 0.45 ，它們都能滿足校正目標(biāo)要求。最后得到校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為 D(s) =0.5s +1 0.05s +1從串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)可以設(shè)計(jì)其模擬電路。有關(guān)電路設(shè)計(jì)與校正效果請(qǐng)參見

36、后面的頻域設(shè)計(jì)。4串聯(lián)校正裝置的頻域設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)校正后系統(tǒng)的要求，可以得到期望的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的對(duì)數(shù)頻率特性。根據(jù)未加校正系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，可以得其相應(yīng)的對(duì)數(shù)頻率特性。從期望的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的對(duì)數(shù)幅頻特性，減去未加校正系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的對(duì)數(shù)幅頻特性，可以得到串聯(lián)校正裝置的對(duì)數(shù)幅頻特性。 從串聯(lián)校正裝置的對(duì)數(shù)幅頻特性，可以得到它的傳遞函數(shù)： Gc (S ) =0.5S +1 0.05S +1從串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)可以設(shè)計(jì)其模擬電路。圖 4.4.3 給出已加入串聯(lián)校正裝置的系統(tǒng)模擬電路。在圖 4.4.3 中，串聯(lián)校正裝置電路的參數(shù)可取 R1390 KW ，R2R3200 KW ，R410 K

37、W ，C4.7uF。5.校正前與校正后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分別如圖 4.4.4 和圖 4.4.5 所示。 傳遞函數(shù)法 期望的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)除以未加校正二階閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)，可以得到串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)。 同樣地，可從串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)其模擬電路，如圖4.4.3所示。四實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. ACCC-I實(shí)驗(yàn)臺(tái) 2.軟件：自動(dòng)控制理論時(shí)域分析實(shí)驗(yàn) 五實(shí)驗(yàn)步驟1利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的模擬電路單元，設(shè)計(jì)并連接一未加校正的二階閉環(huán)系統(tǒng)的模擬電路，完成該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性觀測(cè)。提示： 利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的U9、U11、U15和U8單元，參考原理說明中的電路圖4.1.1和圖4.1.2，設(shè)計(jì)并連接一未加校正的二階閉環(huán)

38、系統(tǒng)的模擬電路。 利用虛擬示波器與信號(hào)發(fā)生器功能，通過對(duì)該系統(tǒng)階躍響應(yīng)的觀察，來完成對(duì)其穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性的研究。具體操作方法，可參閱“實(shí)驗(yàn)一”的實(shí)驗(yàn)步驟2。 2參閱本實(shí)驗(yàn)的原理說明，按校正目標(biāo)要求設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置傳遞函數(shù)和模擬電路。 3利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的模擬電路單元，設(shè)計(jì)并連接一加串聯(lián)校正后的二階閉環(huán)系統(tǒng)的模擬電路，完成該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性觀測(cè)。提示： 利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的U9、U14、U11、U15和U8單元，參閱原理說明中的圖4.4.4，設(shè)計(jì)并連接一加串聯(lián)校正后的二階閉環(huán)系統(tǒng)的模擬電路。 利用虛擬示波器與信號(hào)發(fā)生器功能，通過對(duì)該系統(tǒng)階躍響應(yīng)的觀察，來完成對(duì)其穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性的研究。具體操作方法，

39、可參閱“實(shí)驗(yàn)一”的實(shí)驗(yàn)步驟2。 4改變串聯(lián)校正裝置的參數(shù)，對(duì)加校正后的二階閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，使其性能指標(biāo)滿足預(yù)定要求。 六實(shí)驗(yàn)報(bào)告 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 實(shí)驗(yàn)五直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1在自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，控制實(shí)際的模擬對(duì)象，加深對(duì)理論的理解； 2掌握閉環(huán)控制系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。 二實(shí)驗(yàn)設(shè)備1 ACCC-I 型自動(dòng)控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置；2 數(shù)字式萬用表。三實(shí)驗(yàn)原理 U g Uo圖 5.1 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)框圖圖 5.1 為直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，它由給定、PID 調(diào)節(jié)器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、轉(zhuǎn)速測(cè)量電路和輸出電壓反饋等幾個(gè)部分組成。在參數(shù)給定的情

40、況下，在 PID 調(diào)節(jié)器的補(bǔ)償作用下，直流電機(jī)可以按給定的轉(zhuǎn)速閉環(huán)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。 給定 Ug 由 ACCT-01A 自動(dòng)控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的實(shí)驗(yàn)面板上的電源單元 U1 提供， 電壓變化范圍為 1.3V15V。 經(jīng) PID 運(yùn)算后的控制量作為驅(qū)動(dòng)單元輸入信號(hào)，經(jīng)過功率放大后驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)速測(cè)量電路單元將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，作為反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。它由轉(zhuǎn)盤、光電轉(zhuǎn)換和頻率/電壓（F/V）轉(zhuǎn)換電路組成。由于轉(zhuǎn)速測(cè)量的轉(zhuǎn)盤為 60 齒，電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，光電變換后輸出 60 個(gè)脈沖信號(hào)，對(duì)于轉(zhuǎn)速為 n 的電機(jī)來說，輸出的脈沖頻率為 60n/min，我們用這個(gè)信號(hào)接入以秒作為計(jì)數(shù)單位的頻率計(jì)時(shí)，頻

41、率計(jì)的讀數(shù)即為電機(jī)的轉(zhuǎn)速，所以轉(zhuǎn)速測(cè)量輸出的電壓即為頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出，這里的 F/V 轉(zhuǎn)換率為 150Hz/V。根據(jù)設(shè)計(jì)要求改變輸出電壓反饋系數(shù)b可以得到預(yù)設(shè)的輸出電壓。 四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟實(shí)驗(yàn)的接線圖如圖 5.2 所示，除了實(shí)際的模擬對(duì)象和轉(zhuǎn)速計(jì)表外，其中的模擬電路由ACCT-01A 自動(dòng)控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)板上的運(yùn)放單元和備用元器件搭建而成。這里給出一組參考的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，僅供參考，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中需聯(lián)系實(shí)際的控制對(duì)象進(jìn)行參數(shù)的試湊，以達(dá)到預(yù)定的效果。參考的試驗(yàn)參數(shù)為：R0=R1=R2=100KW，R3=100KW，R4=2MW，R5=10KW，C1=1mF，Rf/Ri=1。具體的

42、實(shí)驗(yàn)步驟如下：1先將 ACCT-01A 自動(dòng)控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和 ACCT-02 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的面板上的電源船形開關(guān)均放在“OFF”狀態(tài)。2利用 ACCT-01A 實(shí)驗(yàn)板上的單元電路 U9、U15 和 U11，設(shè)計(jì)并連接如圖 11.2 所示的閉環(huán)系統(tǒng)。需要注意的是，運(yùn)放的鎖零信號(hào) G 接到15V。R4 圖 5.2 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)接線圖（1）將 ACCT-01A 面板上 U1 單元的可調(diào)電壓接到 Ug；（2）給定輸出接 PID 調(diào)節(jié)器的輸入，這里參考電路中 R4 的作用是提高 PI 調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)特性。（3）經(jīng) PID 運(yùn)算后給電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路提供輸入信號(hào)，即將調(diào)節(jié)器電路單元的輸出接到ACCT

43、-02 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制面板上的功率轉(zhuǎn)換電路的正極輸入端（IN），負(fù)極端（IN）接地；（4）功率轉(zhuǎn)換的輸出接到直流電機(jī)的電樞兩端（內(nèi)部已經(jīng)連接）；（5）轉(zhuǎn)速測(cè)量的輸出同時(shí)接到電壓反饋輸入端，由于轉(zhuǎn)速測(cè)量輸出的電壓為正值，所以反饋回路中接一個(gè)反饋系數(shù)可調(diào)節(jié)的反相器。調(diào)節(jié)反饋系數(shù)b=Rf/Ri，從而調(diào)節(jié)輸出的電壓 Uo。 3連接好上述線路，全面檢查線路后，先合上 ACCT-02 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制面板的電源船形開關(guān)，再合上 ACCT-01A 面板上的船形開關(guān)，調(diào)整 PID 參數(shù)，使系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)觀測(cè)輸出電壓變化情況。4在閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，外加干擾信號(hào)，系統(tǒng)達(dá)到無靜差。如達(dá)不到，則根據(jù) PID 參數(shù)對(duì)系統(tǒng)

44、性能的影響重新調(diào)節(jié) PID 參數(shù)。5改變給定信號(hào)，觀察系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。實(shí)驗(yàn)六溫度控制實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1在自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，控制實(shí)際的模擬對(duì)象，加深對(duì)理論的理解； 2掌握閉環(huán)控制系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。 二實(shí)驗(yàn)設(shè)備1ACCC-I 型自動(dòng)控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置；2數(shù)字式萬用表。三實(shí)驗(yàn)原理 UgUo圖 6.1 溫度控制系統(tǒng)框圖溫度控制系統(tǒng)框圖如圖 6.1 所示，由給定、PID 調(diào)節(jié)器、脈寬調(diào)制電路、加溫室、溫度變送器和輸出電壓反饋等部分組成。在參數(shù)給定的情況下，經(jīng)過 PID 運(yùn)算產(chǎn)生相應(yīng)的控制量，使加溫室里的溫度穩(wěn)定在給定值。 給定 Ug 由 ACCT-01A 自動(dòng)控制理論

45、及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的實(shí)驗(yàn)面板上的電源單元 U1 提供， 電壓變化范圍為 1.3V15V。 PID 調(diào)節(jié)器的輸出作為脈寬調(diào)制的輸入信號(hào)，經(jīng)脈寬調(diào)制電路產(chǎn)生占空比可調(diào) 0100的脈沖信號(hào)，作為對(duì)加溫室里電熱絲的加熱信號(hào)。 溫度測(cè)量采用 Cu50 熱敏電阻，經(jīng)溫度變送器轉(zhuǎn)換成電壓反饋量，溫度輸入范圍為 0200,溫度變送器的輸出電壓范圍為 DC010V。根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)要求，調(diào)節(jié)反饋系數(shù)b，從而調(diào)節(jié)輸出電壓。四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 實(shí)驗(yàn)的接線圖如圖 6.2 所示，除了實(shí)際的模擬對(duì)象外，其中的模擬電路由 ACCT-01A 自動(dòng)控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)板上的運(yùn)放單元和備用元器件搭建而成。參考的試驗(yàn)參數(shù)（僅供參

46、考）為：R0=R1=R2=100KW，R3=100KW，R4=2MW，R5=1KW，C1=1mF，Rf/Ri=2。具體的實(shí)驗(yàn)步驟如下：1先將 ACCT-01A 自動(dòng)控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和 ACCT-02 溫度的檢測(cè)和控制面板電源船形開關(guān)均放在“OFF”狀態(tài) 2利用 ACCT-01A 實(shí)驗(yàn)板上的單元電路 U9、U15 和 U10，設(shè)計(jì)并連接如圖 12.2 所示的閉環(huán)系統(tǒng)。需注意的是運(yùn)放的鎖零信號(hào) G 接15V。 （1）將 ACCT-01A B 面板上 U1 單元的可調(diào)電壓接到 Ug；（2）給定輸出接 PID 調(diào)節(jié)器的輸入，這里參考電路中 R4 的作用是提高 PI 調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)特性。 （3）經(jīng)過 PID 運(yùn)算調(diào)節(jié)器輸出（010V）接到 ACT-WKA 面板上溫度的檢測(cè)和控制單元的脈寬調(diào)制的輸入端 Uin 兩端，脈寬調(diào)制后輸出的電壓作為加溫室里電熱絲加熱的輸入電壓。 （4）溫度變送器通過檢測(cè) Cu50