【2017年整理】《自动控制原理》实验指导书.doc

自动控制原理实验指导书 学院 目 录 实验一、典型线性环节的模拟 1 实验二、二阶系统的阶跃响应 5 实验三、根轨迹实验 8 实验四、频率特性实验 11 实验五、控制系统设计与校正实验 16 实验六、控制系统设计与校正计算机仿真实验 18 实验七、采样控制系统实验 20 实验八、典型非线性环节模拟 22 实验九、非线性控制系统分析 25 实验十、非线性系统的相平面法 28 实验一、典型线性环节的模拟 一、实验目的： 1、学习典型线性环节的模拟方法。 2、研究电阻、电容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。 二、实验设备： 1、XMN-2型实验箱； 2、LZ2系列函数记录仪； 3、万用表。 三、实验内容： 1、比例环节： 方块图 模拟电路 图中： 分别求取Ri=1M，Rf=510K，（KP=0.5）； Ri=1M，Rf=1M，（KP=1）； Ri=510K，Rf=1M，（KP=2）； 时的阶跃响应曲线。 2、积分环节： 方块图 模拟电路 图中：Ti=RiCf 分别求取Ri=1M，Cf=1?，（Ti=1s）； Ri=1M，Cf=4.7?，（Ti=4.7s）；）； Ri=1M，Cf=10?，（Ti=10.0s）； 时的阶跃响应曲线。 3、比例积分环节： 方块图 模拟电路 图中：；Ti=RfCf 分别求取Ri=Rf=1M，Cf=4.7?，（KP=1，Ti=4.7s）； Ri=Rf=1M，Cf=10?，（KP=1，Ti=10s）； Ri=2M， Rf=1M，Cf=4.7?，（KP=0.5，Ti=4.7s）； 时的阶跃响应曲线。 4、比例微分环节： 方块图 模拟电路 图中：；；Tf=R2C 分别求取Ri=Rf=R1=R2=1M，C=2?，（KP=2，Td=3.0s）； Ri=2M，Rf=R1=R2=1M，Cf=2?，（KP=1，Td=3.0s）； Ri=2M， Rf=R1=R2=1M，Cf=4.7?，（KP=1，Td=7.05s）； 时的阶跃响应曲线。 5、比例积分微分环节： 方块图 模拟电路 图中：+；Ti=(Rf+R1)Cf+(R1+R2)C； ；Tf=R2C 求取Ri=4M，Rf=R1=R2=1M，C=Cf=4.7?，（KP=1，Ti=18.8s，Td=3.525s）时的阶跃响应曲线。 6、一阶惯性环节： 方块图 模拟电路 图中：；T=RfCf 分别求取Ri=Rf=1M，Cf=1?，（K=1，T=1s）； Ri=Rf=1M，Cf=4.7?，（K=1，T=4.7s）； Ri=510K，Rf=1M，Cf=4.7?，（K=2，T=4.7s）； 时的阶跃响应曲线。 四、实验结果 记录上述实验曲线。 五、实验结果分析 1、对给定的电路结构和参数计算阶跃响应； 2、将实验结果与计算结果对照，对实验的满意度进行分析； 3、根据电路参数分析计算系统响应，与实验数据对照分析测试误差原因； 4、提高精度的方法和措施（或建议）； 5、实验体会。 六、思考题 1、设计一个能满足e1+e2+e3=e运算关系的实用加法器； 2、一阶惯性环节在什么条件下可视为积分环节；在什么条件可视为比例环节？ 3、如何设置必要的约束条件，使比例微分环节、比例积分微分环节的参数计算工作得以简化？ 实验二、二阶系统的阶跃响应 一、实验目的： 1、学习二阶系统阶跃响应曲线的实验测试方法。 2、研究二阶系统的两个重要参数?、?n对阶跃瞬态响应指标的影响。 二、实验设备： 1、XMN-2型实验箱； 2、LZ2系列函数记录仪； 3、万用表。 三、实验内容： 典型二阶系统方块图 典型二阶系统方块图 其闭环传递函数 ?n——无阻尼自然频率；?——阻尼比；T=——时间常数 模拟电路 运算放大器的运算功能： （op1）——积分； （op2）——积分； （op9）——反相（-1）； （op6）——反相比例； （rad/s）； 1、调整Rf=40K，使K=0.4（?=0.2）；取R=1M，C=0.47?，使T=0.47秒（?n=1/0.47），加入单位阶跃扰动r(t)=1(t)V，记录响应曲线c(t)，记作①。 2、保持?=0.2不变，阶跃扰动r(t)=1(t)V不变，取R=1M，C=1.47?，使T=1.47秒（?n=1/1.47），