自控實驗說明及參考答案

1、實驗說明及參考答案實驗一 典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)一、實驗說明典型環(huán)節(jié)的概念對系統(tǒng)建模、分析和研究很有用，但應(yīng)強調(diào)典型環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型都是對各種物理系統(tǒng)元、部件的機理和特性高度理想化以后的結(jié)果，重要的是，在一定的條件下，典型模型的確能在一定程度上忠實地描述那些元、部件物理過程的本質(zhì)特征。模擬典型環(huán)節(jié)是有條件的，即是將運算放大器視為滿足以下條件的理想放大器：1 輸入阻抗為，進入運算放大器的電流為零，同時輸出阻抗為零；2 電壓增益為；3 通頻帶為；4 輸入和輸出之間呈線性；在實際模擬環(huán)節(jié)注意：1 實際運算放大器輸出幅值受其電源限制是非線性的，實際運算放大器是有慣性的；2 對比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、

2、比例積分環(huán)節(jié)和振蕩環(huán)節(jié)，只要控制了輸入量的大小或是輸入量施加的時間的長短（對積分或比例積分環(huán)節(jié)），不使其輸出在工作期間內(nèi)達到飽和，則非線性因素對上述環(huán)節(jié)特性的影響可以避免。但對模擬比例微分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)的影響則無法避免，其模擬輸出只能達到有限的最高飽和值。3 實際運放有慣性，它對所有模擬慣性環(huán)節(jié)的暫態(tài)響應(yīng)都有影響，但情況又有較大的不同。二、實驗參考曲線1 比例環(huán)節(jié) 2. 慣性環(huán)節(jié) 3積分環(huán)節(jié) 4. 比例微分環(huán)節(jié) 實驗二 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)實驗數(shù)據(jù)表：1 取wn10rad/s，即令R100K，C=1uf；分別取0、0.25、0.5、1，及取R1=100K,R2分別等于0、50K、100K、200K

3、。R2(K)Mp(理論值)Ts（理論值）Mp（觀測值）Ts（觀測值）000.255044.51.20.510016.30.612002 取wn100rad/s，即令R100K，C=0.1uf；分別取0、0.25、0.5、1，及取R1=100K,R2分別等于0、50K、100K、200K。3 實驗參考曲線如圖所示（實驗時每次只有一條曲線）實驗三 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析一、 實驗說明：(1) 熟悉閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定和不穩(wěn)定現(xiàn)象，并加深理解線性系統(tǒng)穩(wěn)定性只與其結(jié)構(gòu)和參量有關(guān)，而與外作用無關(guān)；(2) 老斯穩(wěn)定判據(jù)的應(yīng)用；(3) 了解系統(tǒng)開環(huán)增益與其時間常數(shù)的關(guān)系，進而理解人為地增大某時間常數(shù)（使各時間常數(shù)在數(shù)

4、值上錯開）是提高系統(tǒng)臨界開環(huán)增益地一種有效方法；(4) 在實驗中，要求實驗前計算不同時間常數(shù)配合下的系統(tǒng)臨界開環(huán)增益，并與實驗結(jié)果對比分析、討論。T=RC0.1，系統(tǒng)臨界開環(huán)增益K=2,K=R3/R2,R2=100K,R3=200K(小于200K時系統(tǒng)穩(wěn)定)T=RC=0.01,系統(tǒng)臨界開環(huán)增益K=11,K=R3/R2,R2=100K,R3=1120K(小于1100K系統(tǒng)穩(wěn)定)二、 實驗參考：調(diào)整電路中R3至系統(tǒng)響應(yīng)呈等幅振蕩，測量記錄此時電阻數(shù)值。R3取臨界值及臨界值左右時的響應(yīng)曲線如圖： 系統(tǒng)臨界值時的響應(yīng)曲線 系統(tǒng)小于臨界值時的響應(yīng)曲線系統(tǒng)大于臨界值時的響應(yīng)曲線實驗四 系統(tǒng)頻率特性測量一、

5、 實驗說明本實驗原理是在被測對象的輸入端加上正弦信號，待輸出穩(wěn)定后，在輸出端可得到與輸入端同瀕率的正弦信號，但其幅值和相位與輸入端信號不同。如果在足夠的頻率范圍內(nèi)測出輸出信號與輸入信號的幅值比和相角差，便可得到被測對象的頻率特性，進一步可確定被測對象的參數(shù)。二、 實驗觀測參考：1 單個頻率點的響應(yīng)波形的手動測量觀測，如圖所示：2 單個頻率點的響應(yīng)波形的自動測量觀測，如圖所示：3 波特圖的觀測，如圖所示：4 奈氏圖的觀測，如圖所示：實驗五 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正實驗說明：1 串聯(lián)超前校正：實質(zhì)是利用相位超前，通過選擇適當(dāng)參數(shù)使出現(xiàn)最大超前角時的頻率接近系統(tǒng)幅值穿越頻率，從而有效地增加系統(tǒng)地相角裕度，提

6、高系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。當(dāng)系統(tǒng)有滿意的穩(wěn)態(tài)性能而動態(tài)響應(yīng)不符合要求時，可采用超前校正。實驗觀測：校正前后系統(tǒng)響應(yīng)超前校正前系統(tǒng)響應(yīng)曲線超前校正后系統(tǒng)響應(yīng)曲線2 串聯(lián)滯后校正：利用校正后系統(tǒng)幅值穿越頻率左移，如果使校正環(huán)節(jié)的最大滯后相角的頻率遠離校正后的幅值穿越頻率而處于相當(dāng)?shù)偷念l率上，就可以使校正環(huán)節(jié)的相位滯后對相角裕度的影響盡可能小。特別當(dāng)系統(tǒng)滿足靜態(tài)要求，不滿足幅值裕度和相角裕度，而且相頻特性在幅值穿越頻率附近相位變化明顯時，采用滯后校正能夠收到較好的效果。實驗觀測：校正前后的系統(tǒng)響應(yīng)滯后校正前系統(tǒng)響應(yīng)曲線滯后校正后系統(tǒng)響應(yīng)曲線3 串聯(lián)超前滯后校正：如果單用超前校正相角不夠大，不足以使相角裕度

7、滿足要求，而單用滯后校正幅值穿越頻率又太小，保證不了響應(yīng)速度時，則需用超前滯后校正。實驗觀測：校正前后的統(tǒng)響應(yīng)超前滯后校正前系統(tǒng)響應(yīng)曲線超前滯后校正后系統(tǒng)響應(yīng)曲線說明：實驗前，應(yīng)要求學(xué)生用頻率法分析實驗中校正前后系統(tǒng)的參數(shù)變化。實驗六 數(shù)字PID控制一、 實驗說明：比例積分（PI）控制規(guī)律：它的作用相當(dāng)于在系統(tǒng)中增加了一個開環(huán)極點和開環(huán)零點。位于原點的極點可提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，而增加的零點則可緩和和極點對系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生的不利影響。比例積分微分（PID）控制規(guī)律：它的作用與PI控制器相比，除了同樣具有提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的優(yōu)點外，由于系統(tǒng)多一個負實部零點，還對提高系統(tǒng)的動態(tài)性能又更大的優(yōu)越性。工程設(shè)

8、計中有許多中方法，如對于一個特定的被控對象，在純比例控制的作用下改變比例系數(shù)可求出產(chǎn)生臨界振蕩的振蕩周期Tu和臨界比例系數(shù)Ku。根據(jù)ZieglerNichols條件有T=0.1Tu；Ti=0.125Tu。從而根據(jù)性能要求調(diào)節(jié)參數(shù)。工程方法有很多，此處不再一一介紹。二、 實驗參考（每次實驗只有一條曲線）：K、P、I參數(shù)不同時的各種響應(yīng)曲線：實驗七 狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測器一、 實驗說明：給定控制系統(tǒng)，通過設(shè)計反饋增益陣使閉環(huán)系統(tǒng)具有期望的極點，從而達到適當(dāng)?shù)男阅?，這就是極點配置問題。但極點配置問題是基于狀態(tài)反饋，因此狀態(tài)必須可測，當(dāng)狀態(tài)不可測時，則應(yīng)設(shè)計狀態(tài)觀測器。設(shè)計的狀態(tài)觀測器也應(yīng)具有適當(dāng)?shù)念l率

9、特性，因此也可指定其極點位置，從而使?fàn)顟B(tài)觀測器的設(shè)計轉(zhuǎn)換為極點配置問題。對于狀態(tài)觀測器的設(shè)計包括：全階和最小階狀態(tài)觀測器的設(shè)計。設(shè)計方法此處不再細述。要求學(xué)生通過實驗，掌握極點配置的方法和狀態(tài)觀測器的設(shè)計方法。二、 實驗觀測：階躍響應(yīng)曲線階躍跟蹤響應(yīng)實驗八 解耦控制一、 實驗說明：有關(guān)系統(tǒng)耦合的現(xiàn)象和解耦的意義需要學(xué)生掌握，并掌握解耦的基本方法，實驗中可以根據(jù)情況在原實驗指導(dǎo)書的基礎(chǔ)上，改變耦合系統(tǒng)。二、 實驗觀測：1 耦合系統(tǒng)特性：2 解耦系統(tǒng)開環(huán)特性：3 解耦系統(tǒng)閉環(huán)特性：實驗九 采樣系統(tǒng)一、 實驗說明：采樣系統(tǒng)比較重要的概念是采樣定理的理解和掌握，并應(yīng)該掌握零階保持器的原理。二、 實驗觀

10、測：1 信號源：2 采樣過程：3 采樣恢復(fù)：4 驗證采樣定理：實驗十 非線性實驗一、 實驗說明：通過實驗要求學(xué)生了解并掌握典型非線性環(huán)節(jié)的模擬方法。掌握典型非線性環(huán)節(jié)的波形特點及參數(shù)對靜特性的影響。二、 實驗觀測1 繼電器特性：2 飽和特性：3 死去特性：4 滯環(huán)特性：實驗十一 相軌跡觀測實驗一、 實驗說明：相平面圖表征系統(tǒng)在各種初始條件下的運動過程，相軌跡則表征系統(tǒng)在某個初始條件下的運動過程，要求學(xué)生掌握用相軌跡法分析系統(tǒng)響應(yīng)的方法。二、 實驗觀測：附錄二 串口AD/DA卡調(diào)試說明1.程序下載 下載時必須先將跳線JP1短接，再上電，此時指示燈一直亮，表明芯片處于下 載模式.ADUC812要用

11、專門軟件(DOWNLOAD.EXE)下載編程,DOWNLOAD.EXE的用法如下: DOWNLOAD filename.hex /c:1 （COM1口） DOWNLOAD filename.hex /c:2 （COM2口）下載電纜同三合一實驗箱電纜下載完成后，關(guān)電將JP1斷開，使處于正常工作模式。2.JP1斷開后重新上電，此時指示燈應(yīng)先亮2秒左右再滅，即表示芯片工作正常 如果燈一直亮，可能原因如下： 1）程序下載不正確，檢查下載電纜、芯片ICL232等下載線路。 2）外部擴展RAM（62256，74LS373）有問題，使外部RAM讀寫測試通不過， 燈就會一直亮。 3）外部基準(zhǔn)電壓超過芯片極限電

12、壓5.3V，使芯片出錯，檢查T1過孔處電 壓，可調(diào)節(jié)VR6降低電壓。3.調(diào)基準(zhǔn)電壓 調(diào)節(jié)電阻VR6,使測試點T1過孔的電壓精確等于5.0V。 在T1電壓精確調(diào)整之后,調(diào)節(jié)VR5使芯片U7第8腳電壓為-5.0V，此時U5、U6的1、7、8、14腳輸出應(yīng)為2.5V左右4.DA +5V調(diào)整 將P1,P2均接到GND,重新啟動單片機,進入+5V調(diào)整模式。 用表量DA0 ,DA1輸出,分別調(diào)節(jié)VR4 ,VR1使輸出為+5V。5.DA 0V較準(zhǔn) P1,P2懸空,重啟動單片機,進入正常工作模式。 調(diào)節(jié)VR3, VR2,使DA0,DA1輸出為0V。6.DA -5V較準(zhǔn) P1空,P2接GND,重啟進入-5V校驗?zāi)Ｊ健?經(jīng)過上兩步校準(zhǔn),此時DA0,DA1輸出應(yīng)為-5V左右,差別不大時就不要調(diào) VR1,VR2,VR