自動控制理論實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

而間接地研究這些系統(tǒng)，這是一種相當(dāng)實(shí)用的。課堂內(nèi)容的理解，提高分析和解決問題的能力，可以提高學(xué)習(xí)并獲得成就感。 實(shí)驗(yàn)守則 實(shí)驗(yàn) 典型環(huán)節(jié)及二階系統(tǒng)階躍響 （一）比例環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng) （二）積分環(huán)節(jié)的階躍響 （三）慣性環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng) 11（四）比例積分微分環(huán)節(jié)的階躍響 13（五）二階系統(tǒng)的階躍響 14實(shí)驗(yàn)二控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分 20附錄一THKKL-5型實(shí)驗(yàn)箱使用簡 25附錄二“THKKL-5軟件”虛擬示波器的使 31實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)及二階系統(tǒng)階躍響一驗(yàn)?zāi)慷?yàn)儀THKKL-5THKKL-5三驗(yàn)原理和電ZfR、C、LGsUosZ

Uis 畫出ZUis Uos（一）比例（P）環(huán)節(jié)的階躍響1.2180°均連接成反相放大器的形式。圖1.2的傳遞函數(shù)為GsKp Kp

11RiRfKp輸入ui為正階躍信號（2VRiRf，觀察uo1.1頭插到實(shí)驗(yàn)箱，有USB的插頭插到USB卡，不得反接！另外，USB卡上的16線灰色USBUSB卡上，另一端為扁插頭，插到計算機(jī)前面板左側(cè)USB插口上。XPUSBWinXP桌面上的“THKKL-5KK1200200u u 2100(200//200K2003200100⑥出現(xiàn)“登錄 THKKL-5軟件的“虛擬示波器”工作窗口，單擊右上角“最大化”使窗口滿（E”波形一般將窗口的縱軸刻度設(shè)定為+10V~0~-10V。若刻度與此不符，應(yīng)重新設(shè)定，方法是單“√，同時出“幅值設(shè)置框點(diǎn)擊對應(yīng)窗口右”波形口”區(qū)中的AD1對應(yīng)屏顯藍(lán)色波形，AD2對應(yīng)紅色波波形：不選。略過 圖21Y10V線（橫軸）重合。Y2基準(zhǔn)：對應(yīng)紅色波形。設(shè)置同Y1Y1Y20V0V15V1.21.1中是由兩只200K（20V（20V（藍(lán)鍵15V2.00VA01的輸入處。對應(yīng)紅波形A01的輸入側(cè)（ui）和輸出側(cè)（uo1.1①單擊虛擬示波器中“開始窗口中出現(xiàn)藍(lán)色水平線為ui紅色水平線為uo，0V位。ui0Vuo0V③單擊“停止波形定格不動。這時一次即完畢，以下為波形的電壓部狀態(tài)欄中的Y、X中。具體操作方法如下：按一般的使用習(xí)慣，拖動線的交點(diǎn)

ui

，uo

K4.12862.068 （二）分環(huán)節(jié)的階躍響1.41其傳遞函數(shù)為：Gs 。其中，積分時間常數(shù)Ti11單位階躍響應(yīng)為：uot 1

（1V改變RiC，觀測uo1.221Cui、uo1u 210±15V，等到積分器飽和時斜線在+10V處出現(xiàn)平臺后，右手點(diǎn)擊“停止波形被點(diǎn)擊中“x軸放大”鍵（左起第11位，開啟波形橫向放大功能，便于（E（三）慣性環(huán)節(jié)的階躍響1.5C

傳遞函數(shù)Gs

1

fKf

，TRf tuotK1eT Cui、uo1100ui 210010（四）比例積分微分環(huán)節(jié)（PID調(diào)節(jié)器）的階躍1.6PIDR1A 11s12s 傳遞函數(shù)為：Gs KP TDs式中，1R1C1，2R2C2T

12C1R2 積分時間常數(shù)TI12R1C1微分時間常數(shù)

1

RCR 1 2PIDutK1tTtT TI式中：t為單位脈沖函數(shù)120（最大值（五）二階系統(tǒng)的階躍響A06A 1AW ui

11Ts11T2W1.7為典型二階系統(tǒng)的電路圖及方框圖。電路形式是一個雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中內(nèi)環(huán)是由A101Gs

11

T2s1 TT

Gs 12

s22ss2

1 s 1式中：n 1

W構(gòu)成的分壓比

由此可知，二階系統(tǒng)的動態(tài)特性就可由和n（＊

1個積分器的時間常數(shù)相同，即TT，這樣可得出1

，所以觀察T T1察，而C1、C2（由1F變?yōu)?FC1uiuoM(R1uiu 2(R1按圖搭出電路，選擇第一組參數(shù)C1C21F220。0.000十字線波形的參數(shù)：MP、tS、n取數(shù)據(jù)。注意：每改變一次值后，要斷開階躍、積分器清零、開始、施加階躍、停改變C1C22F，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。測取相同值處的波形及參數(shù)，以便進(jìn)2FA06、A10中的1F和外加的1F電容器并聯(lián)而成。思考題（二階系統(tǒng)的和n實(shí)驗(yàn)制一驗(yàn)?zāi)慷?yàn)儀三驗(yàn)原理及說穩(wěn)定的充要條件是其特征方程式的根全部位于S平面的左方。應(yīng)用判據(jù)就可以判別閉S平面上的具體分布，從而確定系統(tǒng)是否穩(wěn)定。使用的三階系統(tǒng)的電路圖和方框圖。該系統(tǒng)是由三個慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)后，再經(jīng)分壓器構(gòu)成Gs

K1K2TTTs3(TTTTTT)s2(TTT)s(KKK12 1 1 2 12（2-KKK1K2

2222AWT3s

WT1200K10F2sT2200K1F0.2sT3510K1FK200K1， 200K

200K3.92，51K

510K5.1Gs

0.204s31.522s22.71s19.9910.204s31.522s22.71s19.991

00KKKKL19.23L0.962四驗(yàn)方用改變負(fù)反饋分壓比KKKK（值uo值（值）下的波形變?yōu)榈确袷?，該值即為系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時的開環(huán)增益，就是系統(tǒng)穩(wěn)定KK值（值（2.4根據(jù)根的相應(yīng)位置用判據(jù)判定這四種KK值下的系統(tǒng)是否穩(wěn)定。五．操單擊屏幕右上角“關(guān)閉”按鈕，屏幕回到WinXP六．實(shí)驗(yàn)報思考題實(shí)驗(yàn)中階躍輸入信號的幅值變化對uo附錄THKKL-5型實(shí)驗(yàn)箱使用介，THKKL-5型實(shí)驗(yàn)箱是自動控制理論和計算機(jī)控制技術(shù)二種實(shí)驗(yàn)臺合二為一的設(shè)備。由儀器的面板布局可以看出，第一行左起第一、二、塊為計算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)用的三大器及電路構(gòu)成的模擬電路區(qū)，可以由用戶自由接線組成不同的控制系統(tǒng)模型，進(jìn)行機(jī)箱的右上角為接口，通過DB-37插頭和16線排線插頭與箱外的THVLW-1型USB卡相連卡又通過USB電纜與計算機(jī)相連，這樣實(shí)驗(yàn)箱中的模擬信號可D/A16線，虛擬示波器：在屏幕上開辟出一個示波器窗口，可作為一臺雙通道慢掃描長示波器使用，并可具備波形和數(shù)據(jù)處理的功能。、為模擬電路區(qū)、數(shù)字電壓表接口中的DB-37電纜（A/D部分、±15V直流穩(wěn)壓、圖展現(xiàn)在面板上。元件的選擇通過插上相應(yīng)的短路帽來實(shí)現(xiàn)，運(yùn)放之間的連接則采用其位號為A01~A10。另外四個運(yùn)放A11~A14接成固定的增益為-1的反相放大器。運(yùn)放均由±15V供電，用直流穩(wěn)壓電源區(qū)的±15V開關(guān)控制。對于A01~A10，每個運(yùn)放上配備的元件都不相同，這樣在用運(yùn)放構(gòu)成特定的電路A03A01~A10處，為了構(gòu)成積分電路，每個運(yùn)放反饋回路中都可以連上電容器。如果電10K0（GND量輸出，DI1~DI8是開關(guān)量輸入，本實(shí)驗(yàn)不使用。DB-37AD1~AD44路單AD2，或AD3AD4。其中AD1對應(yīng)示波器的Y1（通道1，AD2對應(yīng)Y2（通道2AD1使用藍(lán)色引線，AD2AD1和AD3和AD4（GNDGND連好，用戶不必再接。±15V穩(wěn)壓電源：供給模擬電路區(qū)的運(yùn)放及階躍信號發(fā)生器的工作電源。當(dāng)開這里的“GND”是±15V、24V、±5V共有的。是送電到±5V兩個小插口上，供用戶使用。本實(shí)驗(yàn)不用，恒處于關(guān)態(tài)。機(jī)箱外接220V交流電源的進(jìn)線開關(guān)。需要特別的是，這個開關(guān)何時閉合上電是WinXP，出現(xiàn)“藍(lán)天草地”桌面后，在進(jìn)入“THKKL-5”USB插頭拔出后再插上，此時雙擊“THKKL-5”圖標(biāo)虛擬示波器應(yīng)用軟件窗口，且示波器窗口的各圖注意：在實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)進(jìn)行搭建電路或更改布線時，應(yīng)切斷±15V電源而不是總交交流總進(jìn)線開關(guān)上電后，該表開始工作，LED屏亮。它也作為交流總進(jìn)線開關(guān)兩個輸入測量插口中的黑色口是電壓表的GND，但它不與直流穩(wěn)壓電源區(qū)及階躍信號區(qū)的GND相連，要由用戶自己連接。所以，電壓表的“+-GND。VP-P=14V。斜波和拋物波為極低頻率的緩變波形。低頻頻率計（本實(shí)驗(yàn)不用在特定的運(yùn)放單元處才能找到特定的元件，請按講義中指定的運(yùn)放位號（A03）來選GNDGND都已和±15VGND在箱內(nèi)連好，用戶不用接。布線或改線前應(yīng)關(guān)±15V電源（注意不能關(guān)“交流總電源開關(guān)無誤后才能合上±15V電源。附錄THKKL-5軟件”虛擬示波器的使虛擬示波器是“THKKL-5軟件”的重要組成部分。從計算機(jī)啟動“THKKL-5軟件”后，虛擬示波器的工作窗口，關(guān)于如何進(jìn)行硬件連接及軟件啟動的具體步驟，在使用，并能和輸出波形以及作各種數(shù)據(jù)處理。對于這臺虛擬示波器，其設(shè)計思路及使一．主菜單中的“示波器（E（E， “確定”鍵。由于THVLW-1型USBA/D轉(zhuǎn)換時，輸入電壓與二進(jìn)制數(shù)的關(guān)系為-10V~+10V0~16383（A/D14位， 圖±10VUSB卡應(yīng)能限幅保護(hù)并只輸出滿屏顯示。選取快捷中左起第8項(xiàng)也為此功能，可直接使用。暫停顯示：暫時不顯示波形。此時若按下右欄操作區(qū)中的“開始”也無波形。當(dāng)設(shè)為“暫停顯示”后，若按下右欄操作區(qū)中的“停止，則“暫停顯示”被取Plot下述）Chart(X1,X2)，所以這里的“波形同步”不選。[Car(X)]項(xiàng)，當(dāng)中一項(xiàng)，原來選擇即效五種操作快捷鍵中有相（1）x軸放大：在快捷中為左起第11項(xiàng)。在波形被定格（即按“停止采）（Ｅ（２）ｙ軸放大：在快捷中為左起第12項(xiàng)?？v向放大波形，使用時為上下拖x軸放大用法類似。xy軸放大：在快捷中為左起第13項(xiàng)。在二個方向放大波形，使用波形抓?。涸诳旖葜袨樽笃鸬?4項(xiàng)。用來觀察當(dāng)前屏幕上下左右以外區(qū)域的波形。壓住左鍵上下拖動可使屏幕上下滾動，這時可看到縱軸變?yōu)?10V和-10V以外的區(qū)域，例如+20V或-20V十字：在快捷中為左起第15項(xiàng)。用于精確測量波形各點(diǎn)在縱軸橫f(Hz)、X1、Y1、X2、Y2、X、Y、

地，藍(lán)色十字線的位置則由（X2,Y2）X、Y值同時變動。另外，X顯示縱線和藍(lán)十字縱線之間的坐標(biāo)差值，紅線在藍(lán)線左側(cè)時為正值，表示超前；反之為負(fù)。Y則表示紅橫線和藍(lán)橫線間的坐標(biāo)差值，紅線在藍(lán)線YV]豎線測量波形二點(diǎn)之間的寬度X期時，畫面底部的f(z0V刻度重V開始：左起第1項(xiàng)。開始波形，屏上即有顯示。相當(dāng)于右欄中“開始采暫停：左起第2項(xiàng)。使當(dāng)前波形暫時靜止，以便進(jìn)量觀察。解除“暫?！蓖Ｖ梗鹤笃鸬?項(xiàng)。使波形停下來。相當(dāng)于右欄中的“停止”鈕“停 AD參數(shù)：USBA/D、D/A12、通道（1-2、通道（3-41即將其選中，對應(yīng)實(shí)驗(yàn)箱中的AD1插口，在此插口插入導(dǎo)線即可作為示波器的探頭來測試外界信號，在屏幕上顯示藍(lán)色2對應(yīng)AD2插口，顯示紅色波形。點(diǎn)擊通道（1-212，可作為雙線示波器使用。點(diǎn)擊通道（3-434，它們AD3AD434加有射極跟隨器，帶負(fù)載能力較強(qiáng)，在做AD3、AD4時，二通道必須同時有電GND。采樣頻率：設(shè)置USB卡的采樣頻率范圍為1~250KHz。單擊右側(cè)加減鍵可Chart模式時，可以任意調(diào)節(jié)采樣頻率。該原理是等間隔均勻1~20，等分為191120”對應(yīng)每緩存長度數(shù)據(jù)只