自控理论实验指导书..doc

自动控制原理 实验指导书 四川大学电气信息学院 电气信息工程专业中心实验室 二○一○年八月 目 录 目 录 I 实验一．典型环节的电模拟及阶跃响应分析 1 实验二．二、三阶系统动态分析 6 实验三．基于根轨迹法的系统综合 10 实验四．频率特性测试 11 实验五．三阶系统串联校正 14 实验六．典型非线性环节与非线性系统 16 实验七．采样系统分析 22 实验一．典型环节的电模拟及阶跃响应分析 一．实验目的： 1．学习典型环节的电模拟方法及参数测试方法； 2．观察典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响； 3．学习示波器的使用方法； 4．学习使用MATLAB中SIMULINK的使用，进行时域法分析； 二．实验设备及仪器 1．模拟实验箱； 2．示波器； 3．计算机； 4．MATLABL仿真软件。 三．实验内容 1．比例环节： ， 从输入端加入阶跃信号，观察不同的比例系数K时的输出波形，并作记录。 MATLAB仿真： ⑴．如图所示连接系统； ⑵．在Simulation/Simulation parameters中将仿真时间(Stop Time )设置为10秒； ⑶．单击Simulation/Start开始仿真，打开示波器Scope显示仿真结果； ⑷．改变比例系数K（Gain），观察仿真结果的变化。 2．积分环节： ， 从输入端加入阶跃信号，观察T=0.1秒、0.5秒时的输出波形，并作记录。 MATLAB仿真： ⑴．如图所示连接系统； ⑵．与比例环节的步骤⑵相同； ⑶．与比例环节的步骤⑶相同； ⑷．改变时间常数T，观察仿真结果的变化。 3．惯性环节（一阶系统）： ， ， R=100K(R2除外)。 R2、C1需计算确定。 从输入端加入阶跃信号。a．保持K不变，分别观察T=1、2秒时的输出波形，并作记录；b．保持T不变，分别观察K=1、2时的输出波形，并作记录。 MATLAB仿真： ⑴．如图所示连接系统； ⑵．与比例环节的步骤⑵相同； ⑶．与比例环节的步骤⑶相同； ⑷．保持K不变，分别观察T=1、2秒时仿真结果的变化；（k，ts，）。 ⑸．保持T不变，分别观察K=1、2时的仿真结果的变化。（k，ts，）。 4．震荡环节： ， R=100K(R2除外), C=1μ 其中从输入端加入阶跃信号，分别观察T=0.1s、ξ=0.1、0.5、0.7、1时的输出波形，并作记录。 （σ%，k，ts，N，tp）。 MATLAB仿真： ⑴．如图所示连接系统； ⑵．与比例环节的步骤⑵相同； ⑶．与比例环节的步骤⑶相同； ⑷．观察T=0.1s, ξ=0.1、0.5 、0.7、1时的仿真结果。 四．实验方法及步骤 1．根据摸拟电路图的要求，在摸拟实验箱上选择实验单元，认真接线； 2．被测信号接到虚拟仪器(抵频示波器)输入端，调试； 3．在被测系统输入端加入阶跃信号，观测并记录系统输出波形和有关数据。 五．实验报告要求 1．实验线路及原始数据，测试数据及波形图； 2．对实验中出现的现象进行讨论，对实验内容3，从绘制的阶跃响应曲线上求出K、T、ts，并将ts与理论计算值进行比较； 3．简单叙述MATLAB仿真软件进行时域法分析的步骤； 4．将两种测算结果进行误差分析； 5．虚拟实验的感受及希望改进的地方。 思考题 1．根据实验结果，分析一阶系统Ts与T、K之间的关系。 2．认真思考一般环节的电路摸拟图构成，并找出规律，学会设计简单的环节摸拟图。 附：一阶滞后惯性环节的虚拟实验演示 进入MATLAB运行环境，将当前工作路径设置为“虚拟实验/炉温系统”； 运行main.m程序，出现主窗体，如图（a），单击“系统分析”按钮，进入“系统分析”窗体，如图（b）； 单击“输入系统参数“按钮，进入”系统参数设计“窗体，如图（c）； 单击“给定参数”按钮，进行系统缺省参数的设置；或在“参数输入”的各文本框中进行系统参数的设置； 单击“查看原始系统”，可显示当前系统的SIMULINK模型； 单击“退出”，返回“系统分析”窗体。 在“系统分析”窗体中，单击各功能按钮，观察当前参数作用下，系统的单位阶跃响应曲线、根轨迹、Bode图、幅值裕量和相角裕量和Nyquist图。 改变系统的增益K、时间常数T、延迟时间常数，重复步骤（3）、（4）（5），观察不同的参数作用下，系统的时域、频域响应变化。 单击“退出”，返回主窗体。 图(a) 图(b) 图(c) 返