自動控制原理實驗課件

指導(dǎo)教師：汪婧Email：jingwang08@126.comTel動控制原理實驗主要內(nèi)容典型環(huán)節(jié)模擬典型系統(tǒng)模擬串聯(lián)校正研究典型環(huán)節(jié)模擬實驗?zāi)康?.熟悉實驗箱及上位機軟件的使用。2.熟悉各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)特性及其電路模擬。3.測量各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線，并了解參數(shù)變化對其動態(tài)特性的影響。實驗設(shè)備介紹詳見實驗指導(dǎo)書P5welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience比例(P)環(huán)節(jié)welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience積分(I)環(huán)節(jié)welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience比例積分(PI)環(huán)節(jié)比例系數(shù)(K)為1、積分系數(shù)為TwelcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience比例微分(PD)環(huán)節(jié)

welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)

比例系數(shù)(K)為1、微分系數(shù)為TD、積分系數(shù)為TI時PID的輸出。welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience慣性環(huán)節(jié)放大系數(shù)(K)為1、時間常數(shù)為TwelcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience積分環(huán)節(jié)接線圖

積分器放電操作:關(guān)閉直流穩(wěn)壓電源，彈起階躍信號發(fā)生器自鎖按鈕，按下鎖零按鈕。注意事項1.每次連接線路前要關(guān)閉電源總開關(guān)。2.連接好線路后，仔細(xì)檢查線路是否連接正確、電源有無接反，確認(rèn)無誤后方可接通電源開始實驗。3.插拔連接導(dǎo)線要按住實驗箱，操作輕點，以免損壞元器件。4.直流電源鈕子開關(guān)每次只能開一路。5.積分器放電操作:關(guān)閉直流穩(wěn)壓電源，彈起階躍信號發(fā)生器自鎖按鈕，按下鎖零按鈕。6.當(dāng)出現(xiàn)混亂的曲線時：關(guān)閉電源總開關(guān)，關(guān)掉軟件，重新插拔USB線，多試幾次，以抗干擾。任務(wù)按照實驗指導(dǎo)書中的實驗一(P7)開始進行實驗，記錄實驗圖形及數(shù)據(jù)。下次上課時提交實驗報告，實驗思考題也要寫。預(yù)習(xí)實驗二回到主要內(nèi)容介紹典型系統(tǒng)模擬二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)實驗?zāi)康?.通過實驗了解參數(shù)(阻尼比)、的變化對二階系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。2.掌握二階系統(tǒng)動態(tài)性能的測試方法。詳見實驗指導(dǎo)書P11典型系統(tǒng)模擬二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)二階系統(tǒng)：用二階常微分方程描述的系統(tǒng)。典型二階系統(tǒng)的微分方程：-典型結(jié)構(gòu)的二階系統(tǒng)：典型系統(tǒng)模擬二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：閉環(huán)傳遞函數(shù)為：其特征根為：二階系統(tǒng)的特征方程為：二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特征方程根根在復(fù)平面上位置單位階躍響應(yīng)00C(t)

t2

1

0

10C(t)tt0t0C(t)t101C(t)t0二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience不同阻尼比的單位階躍響應(yīng)二階系統(tǒng)的性能指標(biāo)0.10.9tr①上升時間tr②峰值時間tptp③超調(diào)量%%④過渡過程時間ts誤差帶ts⑤振蕩次數(shù)N⑥穩(wěn)態(tài)誤差essess=1-h()二階系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)二階系統(tǒng)的方框圖其開環(huán)傳遞函數(shù)為：其中：其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

可得

，慣性環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)典型系統(tǒng)模擬二階系統(tǒng)的模擬電路圖慣性環(huán)節(jié)：，，積分環(huán)節(jié)：，通用單元1通用單元2通用單元3反相器慣性環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)相加器反相器反饋通路，

通用單元1通用單元2通用單元3反相器，電阻測量單元介紹注意事項1.每次連接線路前要關(guān)閉電源總開關(guān)。2.連接好線路后，仔細(xì)檢查線路是否連接正確、電源有無接反，確認(rèn)無誤后方可接通電源開始實驗。3.插拔連接導(dǎo)線要按住實驗箱，操作輕點，以免損壞元器件。4.直流電源鈕子開關(guān)每次只能開一路。5.積分器放電操作:關(guān)閉直流穩(wěn)壓電源，彈起階躍信號發(fā)生器自鎖按鈕，按下鎖零按鈕。6.當(dāng)出現(xiàn)混亂的曲線時：關(guān)閉電源總開關(guān)，關(guān)掉軟件，重新插拔USB線，多試幾次，以抗干擾。任務(wù)按照實驗指導(dǎo)書中的實驗二P12開始進行實驗，記錄實驗圖形及數(shù)據(jù)。實驗完成后整理實驗箱（連接導(dǎo)線，電源線，USB線），請大家不要遺漏。下次上課時提交實驗報告，實驗思考題也要寫。參考實驗指導(dǎo)書，預(yù)習(xí)實驗六內(nèi)容回到主要內(nèi)容介紹串聯(lián)校正研究實驗?zāi)康?.理解所加校正裝置的結(jié)構(gòu)、特性和對系統(tǒng)性能的影響2.掌握串聯(lián)校正幾種常用的設(shè)計方法和對系統(tǒng)的實時調(diào)試技術(shù)。詳見實驗指導(dǎo)書P26串聯(lián)校正研究常用校正方法(1)超前校正：利用校正裝置的相位超前特性(2)滯后校正：利用校正裝置的高頻幅值衰減特性(3)滯后超前校正校正裝置被控對象welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience超前校正-零極點對消法被控系統(tǒng):通用單元1通用單元3通用單元2反相器單元慣性環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)反饋通路性能要求:零極點對消法:使校正變量Gc(S)中的零點抵消被控對象Go(S)中不希望的極點，以使系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能均能滿足設(shè)計要求。校正裝置被控對象welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience超前校正-零極點對消法校正后系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)

，令校正裝置的傳遞函數(shù)校正設(shè)計:性能要求:welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience超前校正-零極點對消法校正系統(tǒng):200k400k10k4.7uF電路1510k0.1uF390k1uF510k電路2welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience校正系統(tǒng):200k400k10k4.7uF電路1校正后系統(tǒng):通用單元1通用單元3通用單元2反相器單元慣性環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)反饋通路校正前系統(tǒng):通用單元1通用單元6通用單元3通用單元2反相器單元反饋通路慣性環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)校正單元welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience滯后校正-期望特性校正法性能要求:期望特性校正法:期望的開環(huán)對數(shù)幅頻特性等于校正裝置的對數(shù)幅頻特性和未校正系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性之和。被控系統(tǒng):通用單元1通用單元3通用單元2反相器單元反饋通路慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)校正裝置被控對象welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience滯后校正-期望特性校正法性能要求:校正設(shè)計:二階系統(tǒng)校正前、校正后的幅頻特性曲線

取校正系統(tǒng):82k100k10uF比例積分環(huán)節(jié)82k100k10uF校正系統(tǒng):校正后系統(tǒng):校正前系統(tǒng):通用單元1通用單元3通用單元2反相器單元反饋通路慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)通用單元1反饋通路通用單元6通用單元3通用單元2反相器單元校正單元慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)注意事項1.每次連接線路前要關(guān)閉電源總開關(guān)。2.連接好線路后，仔細(xì)檢查線路是否連接正確、電源有無接反，確認(rèn)無誤后方可接通電源開始實驗。3.插拔連接導(dǎo)線要按住實驗箱，操作輕點，以免損壞元器件。4.直流電源鈕子開關(guān)每次只能開一路。5.積分器放電操作:關(guān)閉直流穩(wěn)壓電源，彈起階躍信號發(fā)生器自鎖按鈕，按下鎖零按鈕。6.當(dāng)出現(xiàn)混亂的曲線時：關(guān)閉電源總開關(guān)，關(guān)掉軟件，重新插拔USB線，多試幾次，以抗干擾。任務(wù)按照實驗指導(dǎo)書中的實驗六P30開始進行實驗，記錄實驗圖形及數(shù)據(jù)。實驗完成后整理實驗箱（連接導(dǎo)線，電源線，USB線），請大家不要遺漏。課后提交實驗報告，實驗思考題也要寫?；氐街饕獌?nèi)容介紹實驗設(shè)備介紹“THKKL-6”型控制理論與計算機控制技術(shù)實驗箱USB線連接導(dǎo)線短的一端朝上電源線直流穩(wěn)壓電源作用：主要用于給實驗箱提供電源。描述：有+5V/0.5A、±15V/0.5A及+24V/2.0A四路，它們的開關(guān)分別由相關(guān)的鈕子開關(guān)控制，并由相應(yīng)發(fā)光二極管指示。注意：三個鈕子開關(guān)每次只能開一個，實驗中用到±15V/0.5A

。詳見實驗指導(dǎo)書P2鎖零按鈕作用:用于實驗前運放單元中電容器的放電。1.當(dāng)按下按鈕時，電容器放電。(關(guān)閉直流穩(wěn)壓電源，彈起階躍信號發(fā)生器自鎖按鈕，按下鎖零按鈕。)2.當(dāng)按鈕復(fù)位時，此時可以開始實驗。階躍信號發(fā)生器作用：用于電路的輸入信號，其輸出電壓范圍約為-15V~+15V。1.當(dāng)按下自鎖按鈕時，單元的輸出端輸出一個可調(diào)的階躍信號(當(dāng)輸出電壓為1V時，即為單位階躍信號)。2.當(dāng)按鈕復(fù)位時，單元的輸出端輸出電壓為0V。3.單元的輸出電壓可通過實驗箱上的直流數(shù)字電壓表或者上位機軟件虛擬示波器來進行測量。需要將直流穩(wěn)壓電源的±15V鈕子開關(guān)撥到“開”需要將直流穩(wěn)壓電源的±15V鈕子開關(guān)撥到“開”交/直流數(shù)字電壓表三個量程：200mV、2V、20V。1.當(dāng)自鎖開關(guān)不按下時，它作直流電壓表使用，這時可用于測量直流電壓；2.當(dāng)自鎖開關(guān)按下時，作交流毫伏表使用。通用單元電路“通用單元1”～“通用單元6”“反相器單元”實驗軟件介紹電阻測量單元作用：通過輸出的電壓值來得到未知的電阻值。當(dāng)鈕子開關(guān)撥到×100k位置時，所測量的電阻值等于輸出的電壓值乘以100，單位為千歐。×10k類似。注意：1.電位器選擇左部分或右部分，這樣才可調(diào)，選擇兩端則變?yōu)橐粋€定值電阻。2.電位器的任一個端子不能同時連接兩條線路，即一個電阻不能同時被兩個電路使用。需要將直流穩(wěn)壓電源的±15V鈕子開關(guān)撥到“開”回到實驗介紹實驗軟件虛擬示波器信號發(fā)生器頻譜分析上位機軟件