自动控制原理试验指导书：.doc

《自动控制原理》 实 验 指 导 书 湖北文理学院物理与电子工程学院 自动控制原理实验室 前 言 自动控制原理是自动化、自动控制、电子电气技术等专业教学中的一门重要专业基础课程。本套EL-AT-III型自动控制实验系统采用DA/AD卡通过USB口和计算机连接实现信号源信号的输出和系统响应信号的采集，采集后的信号通过计算机显示屏显示，省去了外接信号源和示波器测量相应信号的麻烦。通过这套仪器可使学生进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设计方法，学习和掌握系统模拟电路的构成和测试技术。 通过对单元电路的灵活组合，可构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系统。可以使学生把主要精力集中在系统电路和系统特性的研究上。 目 录 EL-AT-III型实验系统简介………...…………………………..… ………………..3 EL-AT-III型实验系统使用说明…………………………………...……………….6 实验指导书…………………………...…………………… ………………………..9 实验一 典型环节及其阶跃响应…………………………….……………………………9 实验二 二阶系统阶跃响应…………………………………….………………………....14 实验三 控制系统的稳定性分析……………………………….……………………..…..18 实验四 系统频率特性测量…………………………………….………………………....21 实验五 连续系统串联校正…………………………………….………………………....27 实验六 数字PID控制…………………………………………… ……………………....32 实验七 状态反馈与状态观测器…………………………….……………………….…...35 实验八 采样实验……………………………………………….…………………….…...38 实验九 非线性实验…………………………………………….………………………....41 实验十 相轨迹实验…………………………………………….…………………………45 附录一 实验说明及参考答案………………………….……………………………………47 附录二 AD/DA卡调试说明……………………….….….…………...….………………….64 第一章 EL-AT-III型实验系统简介 EL-AT-III型实验系统主要由计算机、AD/DA采集卡、自动控制原理实验箱、打印机（可选）组成如图1，其中计算机根据不同的实验分别起信号产生、测量、显示、系统控制和数据处理的作用，打印机主要记录各种实验数据和结果，实验箱主要构造被控模拟对象。 图1 实验系统构成 实验箱面板如图2： 图1 实验箱面板 下面主要介绍实验箱的构成： 系统电源 EL-AT-III系统采用本公司生产的高性能开关电源作为系统的工作电源，其主要技术性能指标为： 输入电压：AC 220V 输出电压/电流：＋12V/0.5A,-12V/0.5A,+5V/2A 输出功率：22W 工作环境：－5℃～＋40℃。 AD/DA采集卡 AD/DA采集卡如图3采用EZUSB2131芯片做为主控芯片，负责数据采集和USB通信，用EPM7128作为SPI总线转换，AD为TL1570I其采样位数为10位，采样率为1KHz。DA为MAX5159转换位数为10位，转换速率为1K。 AD/DA采集卡有两路输出（DA1、DA2）和两路输入（AD1、AD2），其输入和输出电压均为－5V～+5V。 图2 AD/DA采集卡 实验箱面板 实验箱面板布局如图4 AD/DA卡输入输出模块 实验模块1 实验模块2 电源模块 模拟开关 二极管区 EL-CAT-II 实验模块3 电阻、电容、二极管区 实验模块4 变阻箱、变容箱模块 实验模块5 实验模块8 实验模块6 实验模块7 图3 实验箱面板布局 实验箱面板主要由以下几部分构成： 实验模块 本实验系统有八组由放大器、电阻、电容组成的实验模块。每个模块中都有一个由UA741构成的放大器和若干个电阻、电容。这样通过对这八个实验模块的灵活组合便可构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系统。 二极管，电阻、电容、二极管区 这些区域主要提供实验所需的二极管、电阻和电容。 AD/DA卡输入输出模块 该区域是引出AD/DA卡的输入输出端，一共引出两路输出端和两路输入端，分别是DA1、DA2，AD1、AD2。有一个按钮复位，按下一次对AD/DA卡进行一次复位。20针的插座用来和控制对象连接。 电源模块 电源模块有一个实验箱电源开关，有四个开关电源提供的DC电源端子，分别是＋12V、-12V、+5V、GND，这