《自動(dòng)控制》原理實(shí)驗(yàn)DOC

1、自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書范程華 李雯雯電子信息工程學(xué)院2012年 6月 1.0版目錄實(shí)驗(yàn)一、典型線性環(huán)節(jié)的模擬 1實(shí)驗(yàn)二、二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng) 5實(shí)驗(yàn)三、根軌跡實(shí)驗(yàn) 7實(shí)驗(yàn)四、頻率特性實(shí)驗(yàn) 10實(shí)驗(yàn)五、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與校正實(shí)驗(yàn) 15實(shí)驗(yàn)六、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與校正計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn) 17實(shí)驗(yàn)七、采樣控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 19實(shí)驗(yàn)八、典型非線性環(huán)節(jié)模擬 21實(shí)驗(yàn)九、非線性控制系統(tǒng)分析 24實(shí)驗(yàn)十、非線性系統(tǒng)的相平面法 26實(shí)驗(yàn)一、典型線性環(huán)節(jié)的模擬、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、學(xué)習(xí)典型線性環(huán)節(jié)的模擬方法。2、研究電阻、電容參數(shù)對(duì)典型線性環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)的影響。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1、XMN-2型實(shí)驗(yàn)箱；2、LZ2系列函數(shù)記錄儀；3、萬(wàn)用表。、實(shí)

2、驗(yàn)內(nèi)容：1、比例環(huán)節(jié)：R(s)r(t) 上Rfop1模擬電路c(t)0方塊圖圖中：Kp=空Ri分別求取 Ri=1M，Rf=510K，（ Kp=0.5）；Ri=1M，Rf=1M，（ Kp=1）；Ri=510K，Rf=1M，（ Kp=2）； 時(shí)的階躍響應(yīng)曲線。2、積分環(huán)節(jié)：CfR(s)1C(s)TiSRir(t) F坐）方塊圖JT +RpT模擬電路圖中：Ti=RCf分別求取 Ri=1M，Cf=Vi, ( Ti=1s);Ri=1M，Cf=4.7*(Ti=4.7s););Ri=1M , Cf=10 i, （ Ti=10.0s）; 時(shí)的階躍響應(yīng)曲線。3、比例積分環(huán)節(jié)：CfR(s)K (1 呂)C(s)r

3、(t)Rir-RfO p 3c(t)Rp2#方塊圖模擬電路圖中：Kp =豈；Ti=RfCfRi分別求取 Ri=Rf=1M，Cf=4.7I，（ Kp=1，Ti=4.7s）;Ri=Rf=1M，Cf=1OI，（ Kp=1，Ti=10s）；Ri=2M， Rf=1M， Cf=4.7.!_， （ Kp=0.5，Ti=4.7s）；時(shí)的階躍響應(yīng)曲線。4、比例微分環(huán)節(jié)：R(s)Td s +1 KdC(s)K pTf s 十1jR2r(t)o-r-l-工Cc(t)+QRfR1RpO p 3T#模擬電路圖中：KpJfJ； TdR2 :" C ； Tf=R2CR iRt+Rf方塊圖分別求取 Ri=Rf=R1

4、=R2=1M , c=2I, ( Kp=2, Td=3.0s);Ri=2M , Rf=R1=R2=1M , Cf=2 l, ( Kp=1 , Td=3.0s);Ri=2M , Rf=R1=R2=1M , Cf=4.7 -l, (Kp=1 , Td=7.05s); 時(shí)的階躍響應(yīng)曲線。5、比例積分微分環(huán)節(jié)：R(s)11 + +TdS Kp TsC(s)i11 +TfS方塊圖Rf R, R_, -.-R2 C+-；=(Rf+Ri)Cf+(R什R2)C;R iR iC f(R-R- +R-Rf +R-Rf )CfC ； T =R CR- Rf CfR- R- C ； f=-圖中：KpTd求取 R=4M

5、 , Rf=R-=R-=1M , C=Cf=4.7l, ( Kp=1 , Ti=18.8s, Td=3.525s)時(shí)的階躍響 應(yīng)曲線。6、一階慣性環(huán)節(jié)：RfR(s)-kC(s)Ts+1Rpop1模擬電路方塊圖圖中：K送；T=RfCf 分別求取 Ri=Rf=1M，Cf=rI,（ 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）； 時(shí)的階躍響應(yīng)曲線。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄上述實(shí)驗(yàn)曲線。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、對(duì)給定的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)計(jì)算階躍響應(yīng)；2、將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果對(duì)照，對(duì)實(shí)驗(yàn)的滿意度

6、進(jìn)行分析；3、根據(jù)電路參數(shù)分析計(jì)算系統(tǒng)響應(yīng)，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照分析測(cè)試誤差原因；4、提高精度的方法和措施（或建議） ；5、實(shí)驗(yàn)體會(huì)。六、思考題1、設(shè)計(jì)一個(gè)能滿足 e1+e2+e3=e 運(yùn)算關(guān)系的實(shí)用加法器；2、一階慣性環(huán)節(jié)在什么條件下可視為積分環(huán)節(jié)；在什么條件可視為比例環(huán)節(jié)？3、如何設(shè)置必要的約束條件，使比例微分環(huán)節(jié)、比例積分微分環(huán)節(jié)的參數(shù)計(jì)算工作 得以簡(jiǎn)化？4實(shí)驗(yàn)二、二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、學(xué)習(xí)二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法。2、 研究二階系統(tǒng)的兩個(gè)重要參數(shù)、n對(duì)階躍瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的影響。 、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1、XMN-2型實(shí)驗(yàn)箱；2、LZ2系列函數(shù)記錄儀；3、萬(wàn)用表。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：典型二階

7、系統(tǒng)方塊圖C(s)典型二階系統(tǒng)方塊圖其閉環(huán)傳遞函數(shù)G(s) 3 n 2R(S) S +2屜 nS+孫-.n無(wú)阻尼自然頻率；一一阻尼比；T=時(shí)間常數(shù)©n模擬電路RC(rad/s);運(yùn)算放大器的運(yùn)算功能:(op1)-積分I丄,T=RC I Ts丿;(op2)- 積分丨_丄,T =RC1；1 Ts)(op9)反相(-1 )；(op6)/-反相比例 _K,K：RR1 Rfx 2 R1、調(diào)整 Rf=40K，使 K=0.4 ( £=0.2);取 R=1M , C=0.47比使 T=0.47 秒(伽=1心47), 加入單位階躍擾動(dòng) r(t)=1(t)V，記錄響應(yīng)曲線c(t)，記作。2、保

8、持=0.2不變，階躍擾動(dòng) r(t)=1(t)V不變，取 R=1M，C=1.47使T=1.47秒(伽=1/1.47)，加入單位階躍擾動(dòng)r(t)=1(t)V，記錄響應(yīng)曲線 c(t)，記作。3、保持=0.2 不變，階躍擾動(dòng) r(t)=1(t)V 不變，取 R=1M ,C=1.0J使 T=1.0 秒(m=1/1.0)， 加入單位階躍擾動(dòng) r(t)=1(t)V，記錄響應(yīng)曲線c(t)，記作。4、保持5=1/1.0不變，階躍擾動(dòng)r(t)=1(t)V不變，調(diào)整Rf=80K,使K=0.8秒(=0.4), 記錄響應(yīng)曲線c(t)，記作。5、 保持n=1/1.0不變，階躍擾動(dòng)r(t)=1(t)V不變，調(diào)整Rf=200

9、K，使K=2.0秒(=1.0)， 記錄響應(yīng)曲線c(t)，記作。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄上述實(shí)驗(yàn)曲線。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)計(jì)算階躍響應(yīng)；2、將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果對(duì)照，對(duì)實(shí)驗(yàn)的滿意度進(jìn)行分析；3、根據(jù)電路參數(shù)分析計(jì)算系統(tǒng)響應(yīng)，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照分析測(cè)試誤差原因；4、 提高精度的方法和措施(或建議)；5、實(shí)驗(yàn)體會(huì)。六、思考題1、設(shè)計(jì)一個(gè)能滿足 e計(jì)ez+e3=e運(yùn)算關(guān)系的實(shí)用加法器；2、一階慣性環(huán)節(jié)在什么條件下可視為積分環(huán)節(jié)；在什么條件可視為比例環(huán)節(jié)？3、如何設(shè)置必要的約束條件，使比例微分環(huán)節(jié)、比例積分微分環(huán)節(jié)的參數(shù)計(jì)算工作 得以簡(jiǎn)化？實(shí)驗(yàn)三、根軌跡實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握根軌跡的意義；2、

10、掌握控制系統(tǒng)根軌跡的繪制方法。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1、計(jì)算機(jī)；2、數(shù)據(jù)采集卡；3、MATLAB 軟件。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、預(yù)備知識(shí)一一MATLAB繪制根軌跡命令；建立數(shù)學(xué)模型參數(shù)矩陣：numerator=b o,bi,b2, ,b ； denominator=a o,ai,a2, ,a| ；zeropoint=z i,Z2, ,z； poles=p i,p2, ,p ； k=k ；系統(tǒng)傳遞函數(shù)：system=tf(numerator, denominator)=zpk(z,p,k)；繪制開環(huán)系統(tǒng)的零極點(diǎn)圖：z,p=pzmap(system)=pzmap(numerator, denominator)=pz

11、map(p,z)；繪制閉環(huán)根軌跡命令：r,k=rlocus(system)=rlocus (nu merator, denomin ator)= rlocus (nu merator, denomin ator,k)；確定給定一組根的根軌跡增益命令：k,poles=rlocfi nd(system)= rlocfi nd(system,p)=rlocfi nd(nu merator, denomin ator)；2、根據(jù)實(shí)際物理系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型；設(shè)數(shù)學(xué)模型為G(s) s2 2 'nS 3、改變系統(tǒng)參數(shù)繪制系統(tǒng)根軌跡;輸入系統(tǒng)參數(shù)：w= n = 1 ； b= =0.5;建立數(shù)學(xué)模型：nu

12、merator= $ denominator=1,2* *，n,1 ； G=tf(numerator, denominator)；則1G(s)=24s +s+14、 繪制系統(tǒng)根軌跡，輸入命令：rlocus(G)5、微分二階系統(tǒng)的根軌跡輸入系統(tǒng)參數(shù)：w=，n=2; b= =0.5；建立數(shù)學(xué)模型：number=2 , 1 ； den=4 , 5, 6 ； G=tf(number,den)；G(s)=2s 124s 5s 6輸入命令：rlocus(G)，制系統(tǒng)根軌跡;6、針對(duì)作業(yè)題繪制根軌跡7、記錄根軌跡圖例：繪制單位反饋控制系統(tǒng)G(s)=2s 124s 5s 6的根軌跡。輸入命令：a=2,1;b=

13、4,5,6;g=tf(a,b);rlocus(g);則繪制出的根軌跡如下圖所示。1.5RO Gt： LOCUS-1.8-1.64.4-12/-0.8 GJB -0.4-020Reel Axis5-1.5試?yán)L制如下系統(tǒng)的根軌跡。*kGH (s)s(s +4)* k1、2、GH(s)GH(s)GH(s)s(s 4)(s2 ' 4s ' 20)*ks2(s 2)(s - 5)* 2k (s 1)(s 2)2四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄上述實(shí)驗(yàn)曲線。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、根據(jù)數(shù)學(xué)模型和根軌跡繪制規(guī)則分析計(jì)算概略根軌跡，與計(jì)算機(jī)繪制的根軌跡對(duì) 照，分析誤差原因；2、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的滿意度進(jìn)行分析；3、提高

14、精度的方法和措施（或建議） ；4、實(shí)驗(yàn)體會(huì)。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、給定物理系統(tǒng)對(duì)象，即可建立數(shù)學(xué)模型；2、只要有系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，即可繪制系統(tǒng)根軌跡；3、根據(jù)系統(tǒng)根軌跡可分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性及系統(tǒng)性能指標(biāo)。10實(shí)驗(yàn)四、頻率特性實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、學(xué)習(xí)頻率特性的實(shí)驗(yàn)方測(cè)定法；2、 掌握根據(jù)頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制bode圖方法；3、 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果所繪制的 Bode圖，分析系統(tǒng)的主要?jiǎng)討B(tài)特性（Mp, tj。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1、XMN-2型自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)箱；2、LZ3系列函數(shù)記錄儀；3、DX5型超低頻信號(hào)發(fā)生器；4、萬(wàn)用表。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：典型二階系統(tǒng)方塊圖典型二階系統(tǒng)方塊圖其閉環(huán)傳遞函數(shù)2“(S)/(S)=2n2R(

15、S) S +2®0nS+n-，n無(wú)阻尼自然頻率；阻尼比；T=時(shí)間常數(shù)灼n閉環(huán)頻率特性Yj')1("2 JJ?nJ"n1-1 2 1+ J2t3 令n丿0n丿1其中： 'n（ rad/s）12模擬電路圖c(t)(op1)積分i -丄,T =RCI Ts)(op2)- 積分.-一,T =RC ;1 Ts丿(op9)反相(-1 )；R(op6)反相比例-K, K -R1 1T RC(rad/s);上.1冬22Ri記錄曲線 序號(hào)1f(Hz)co(rad/s)Ag)LW)(dB)®®)(deg)1、選定 R、C、Rf值，使琳=1 ;鼻0.

16、2;2、 使用XD5型超低頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生正弦波輸入信號(hào)r(t)=Sin，t穩(wěn)態(tài)時(shí)其響應(yīng)c(t)=Ys in( 1+ )；3、 改變輸入信號(hào)頻率，使=0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 0.9, 1.0，1.2，1.4, 1.6，2.0，3.0rad/s；用函數(shù)記錄儀測(cè)量輸入r(t)和輸出c(t)。記錄曲線序號(hào)依次記作，(11)134、 根據(jù)上述表格所整理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制bode圖，標(biāo)出Mr,5、 根據(jù)所繪制的bode圖分析二階系統(tǒng)的主要瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)標(biāo)出Mp，ts。6、 改變二階系統(tǒng)的-n值或 值，重復(fù)上述步驟3，4， 5， 6。四、繪制系統(tǒng)的頻率特性在MATLAB環(huán)境下建

17、立開環(huán)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，同系統(tǒng)根軌跡。在MATLAB環(huán)境下繪制開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性。1、繪制連續(xù)系統(tǒng)的幅相(Nyquist曲線)頻率特性曲線。re,im,w=nyq uist(system)= nyq uist (nu m,de n)= nyq uist(system,w)= nyq uist (nu m,de n,w) 繪制坐標(biāo)網(wǎng)格線命令：grid on去除坐標(biāo)網(wǎng)格線命令：grid off2、繪制連續(xù)系統(tǒng)的對(duì)數(shù)(Bode圖)頻率特性曲線。mag,phrase,w=bode(system)=bode (nu m,de n)= bode(system,w)= bode( nu m,de n,w) 繪

18、制對(duì)數(shù)坐標(biāo)網(wǎng)格線命令：grid on去除坐標(biāo)網(wǎng)格線命令：grid off3、 繪制連續(xù)系統(tǒng)的尼柯?tīng)査?Nichols圖)頻率特性曲線。mag,phrase,w=nichols(system)= n ichols (nu m,de n)= n ichols(system,w)= ni chols (nu m,de n,w) 繪制Nichols曲線網(wǎng)格線命令：ngrid on4、在對(duì)數(shù)(Bode圖)頻率特性曲線上求增益裕量和相位裕量。gm,pm,wcp,wcg=margi n(system)= margi n(nu m,de n)= margi n( mag,phrase,w)5、結(jié)合作業(yè)題繪制系

19、統(tǒng)的頻率特性。7、記錄系統(tǒng)的頻率特性(Nyquist曲線，Bode圖)例：繪制單位反饋控制系統(tǒng)G(s)二2s 124s 5s 6的開環(huán)幅相頻率特性和對(duì)數(shù)頻率特性。輸入命令：a=2,1;b=4,5,6;g=tf(a,b); nyquist(g);則繪制出的開環(huán)幅相頻率特性如下圖 所示。14N'ffluist: CJingrsmRtni Axis0fi£ ft-2 0.2 o.0 93 Ajeuib 叵一輸入命令：a=2,1;b=4,5,6;g=tf(a,b);bode(g);則繪制出的開環(huán)幅相頻率特性如下圖所示。15#試?yán)L制如下系統(tǒng)的開環(huán)幅相頻率特性和對(duì)數(shù)頻率特性。#1、2、k

20、GH (s) s(s +4)kGH (s)廠s(s +4)(s2 +4s +20)*kGH(ss2(s 2)(s 5)16GH (s)二k*(s 1)(s 2)217五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄上述實(shí)驗(yàn)曲線。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、根據(jù)數(shù)學(xué)模型和頻率特性繪制規(guī)則繪制概略頻率特性;2、與計(jì)算機(jī)繪制的頻率特性對(duì)照，分析誤差原因；3、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的滿意度進(jìn)行分析；4、 提高精度的方法和措施（或建議）；5、實(shí)驗(yàn)體會(huì)。七、思考題1、 理論計(jì)算不同值時(shí)的L（J和，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。2、能否根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得 Bode圖確定一個(gè)二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。#實(shí)驗(yàn)五、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與校正實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、研究校正裝置對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指

21、標(biāo)的影響;2、學(xué)習(xí)校正裝置的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。3、掌握串聯(lián)校正裝置的設(shè)計(jì)方法和參數(shù)調(diào)試技術(shù)。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1、XMN-2型實(shí)驗(yàn)機(jī)；2、LZ3系列函數(shù)記錄儀；3、DX5型超低頻信號(hào)發(fā)生器;4、萬(wàn)用表。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：典型二階系統(tǒng)方塊圖R(s)典型二階系統(tǒng)方塊圖18#其開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)=1s(s k)#閉環(huán)傳遞函數(shù)為2國(guó)nG(S)= 22s +2 職 nS+n在該系統(tǒng)中加入超前校正裝置，使系統(tǒng)的相位裕量（）_50°，增益裕量h_10db,同時(shí)保持靜態(tài)速度誤差系數(shù)不變。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、對(duì)給定的被控物理系統(tǒng)，建立數(shù)學(xué)模型；2、對(duì)給定的被控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，繪制頻率特性；3、根據(jù)系統(tǒng)的頻率特性可分

22、析系統(tǒng)的穩(wěn)定性及系統(tǒng)性能指標(biāo)。五、思考題1、模擬電路19e(t)Ri!CiRiRf-opieo(t)20#能否作為超前校正裝置？試計(jì)算其傳遞函數(shù)邑® ?Ei(s)2、若Gc(s).5s 1，能否計(jì)算出校正后系統(tǒng)的閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)與之對(duì)應(yīng)的0.5s+1#實(shí)驗(yàn)六、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與校正計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、研究校正裝置對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的影響；2、學(xué)習(xí)校正裝置的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。3、掌握串聯(lián)校正裝置的設(shè)計(jì)方法和參數(shù)調(diào)試技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1、計(jì)算機(jī)；2、MATLAB 軟件。三、實(shí)驗(yàn)任務(wù)：典型二階系統(tǒng)方塊圖R(s)心 E(s)1C(s)乍 s(s+k )典型二階系統(tǒng)方塊圖其開環(huán)傳遞函數(shù)G(

23、s)=1s(s k)21#閉環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)s#串聯(lián)校正的目標(biāo):1、校正后系統(tǒng)的開環(huán)增益（靜態(tài)速度誤差系數(shù)）#2、 調(diào)節(jié)時(shí)間（過(guò)度過(guò)程時(shí)間）tsW 1s3、超調(diào)量MpW 25%4、記錄校正前系統(tǒng)的響應(yīng)曲線5、設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)；6、求校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；7、記錄校正后系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、對(duì)給定物理系統(tǒng)，建立數(shù)學(xué)模型；2、對(duì)被控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，繪制其頻率特性；3、根據(jù)系統(tǒng)的頻率特性分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性及系統(tǒng)性能指標(biāo);4、按照給定的性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)校正裝置；5、根據(jù)校正系統(tǒng)模型，仿真出系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)；6、將校正前后的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分析其性能指標(biāo)的改善。五、思考題1、模擬電路Rf23#e(t)

24、Ri!CiRiJ1-op1#能否作為超前校正裝置？試計(jì)算其傳遞函數(shù)亙團(tuán)？Ei(s)2、若Gc(s).5S 1，能否計(jì)算出校正后系統(tǒng)的閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)與之對(duì)應(yīng)的0.5s+1實(shí)驗(yàn)七、采樣控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、理解采樣定理，熟悉采樣控制系統(tǒng)得特點(diǎn)；2、熟悉用計(jì)算機(jī)仿真對(duì)采樣控制系統(tǒng)進(jìn)行研究得方法；3、熟悉二階采樣控制系統(tǒng)得性能、穩(wěn)定性、暫態(tài)響應(yīng)及其與二階連續(xù)控制系統(tǒng)比較。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1、計(jì)算機(jī)；2、MATLAB 軟件。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：在MATLAB得Simulink平臺(tái)上構(gòu)造傳遞函數(shù)仿真模型。1、在Sources中選擇信號(hào)發(fā)生器 Step；2、選擇典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)，拖拽至仿真平臺(tái)；3、在Sink

25、s中選擇示波器模型 Scop ；4、連接各個(gè)環(huán)節(jié)，構(gòu)造仿真模型；5、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、打開Matlab （在桌面上雙擊 MATLAB 圖標(biāo)）2、建立仿真模型：在 MATLAB環(huán)境下，打開【file】/new/model。3、 在模型（model）窗口，打開模型庫(kù)，即打開【view】/library browser4、 打開simulink/continuous找到被控對(duì)象，拖拽到model界面。5、在 simulink/discrete 下將零階保持器（zero-order hold ）拖拽到 model 界面。6、 在simulink/math oprations下將求和環(huán)節(jié)

26、（sum）拖拽到 model界面。7、在simulink/source下將階躍信號(hào)（step）拖拽到 model界面。8、在simulink/sink下將示波器（scope）拖拽到 model界面。9、 按照?qǐng)D形連接：將光標(biāo)移動(dòng)到相應(yīng)環(huán)節(jié)的輸入/或輸出端，光標(biāo)變?yōu)槭?，拖?dòng)鼠 標(biāo)，連接相應(yīng)環(huán)節(jié)。10、修改各環(huán)節(jié)參數(shù)：雙擊對(duì)應(yīng)環(huán)節(jié)，彈出對(duì)話框，在對(duì)話框中修改參數(shù)。11、仿真并記錄系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。例如典型二階采樣控制系統(tǒng)仿真模型為oScope改變采樣周期T,觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。T=0.1s 時(shí)；T=0.2s 時(shí)；T=0.4s 時(shí)；T=0.6s 時(shí)；T=0.8s 時(shí)；T=1s 時(shí)五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、采樣周

27、期T的大小對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有一定響應(yīng)；2、 對(duì)連續(xù)二階采樣控制系統(tǒng)，采樣周期T越大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越差;3、采樣周期T越大，系統(tǒng)輸出越接近連續(xù)控制系統(tǒng)。2425實(shí)驗(yàn)八、典型非線性環(huán)節(jié)模擬、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、學(xué)習(xí)運(yùn)用自動(dòng)控制原理學(xué)習(xí)機(jī)實(shí)現(xiàn)非線性環(huán)節(jié)的方法;2、分析典型非線性環(huán)節(jié)的輸入一一輸出特性。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1、XMN-2自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)箱；2、LZ-200函數(shù)記錄儀3、萬(wàn)用表。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、死區(qū)非線性特性：模擬電路見(jiàn)圖1所示。#輸入/輸出特性曲線見(jiàn)圖2所示；RR死區(qū)非線性特征值：也=Ec -二-EcR2R1放大區(qū)斜率:RfRf1） 變死區(qū)非線性特征值，使厶=10V，5V ,1.5V，觀察并記錄輸入/

28、輸出特性曲線。2）改變放大區(qū)斜率 k，觀察并記錄輸入/輸出特性曲線。2、飽和非線性特性模擬電路見(jiàn)圖3RR死區(qū)非線性特征值：_s吧2 EeEc&' R3R放大區(qū)斜率：kFRfR2 / RfR4 / Rf限幅區(qū)斜率：k 2- , k 4-RfRf3、 改變飽和非線性特征值 s,使s=9V , 6V , 2.25V，觀察并記錄輸入/輸出特性曲線。4、改變斜率k，觀察并記錄輸入/輸出特性曲線。5、為使限幅區(qū)特性平坦可采用雙向穩(wěn)壓管組成的限幅電路。s=EwEw :穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓Rf'k - (Rf=Rf+10QRf四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的滿意度進(jìn)行分析；

29、2、分析誤差原因；3、 提高精度的方法和措施（或建議）；4、實(shí)驗(yàn)體會(huì)。六、思考題1、比較死區(qū)非線性特征值 厶的計(jì)算值語(yǔ)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析產(chǎn)生誤差的原因；2、比較飽和非線性特征值 s的計(jì)算值語(yǔ)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析產(chǎn)生誤差的原因。28實(shí)驗(yàn)九、非線性控制系統(tǒng)分析、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、研究典型非線性環(huán)節(jié)對(duì)線性系統(tǒng)的影響；2、觀察非線性系統(tǒng)的自激振蕩，應(yīng)用描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng)。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1、計(jì)算機(jī)；2、MATLAB 軟件。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、死區(qū)非線性特性對(duì)線性系統(tǒng)的影響。具有死區(qū)特性的非線性系統(tǒng)，傳遞函數(shù)見(jiàn)圖1。（1 ）沒(méi)有死區(qū)非線性環(huán)節(jié)時(shí)（將死區(qū)特性環(huán)節(jié)接成反相器），改變k值，使k=1，2，2.5,觀察并記錄線性

30、系統(tǒng)在輸入階躍信號(hào)x作用下，系統(tǒng)呈現(xiàn)穩(wěn)定與不穩(wěn)定動(dòng)態(tài)過(guò)程。（2） 加入死區(qū)非線性環(huán)節(jié)，死區(qū)特征值.=5V，改變k值，使k=1，2.5,觀察并記錄非線性系統(tǒng)在輸入階躍信號(hào)x作用下，系統(tǒng)呈現(xiàn)穩(wěn)定與不穩(wěn)定動(dòng)態(tài)過(guò)程，與不加非線性環(huán)節(jié)時(shí)的線性系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析。（3）死區(qū)特征值 "5V，系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)（k=2.5），改變階躍信號(hào)x的大小，使x=1V，5V，觀察并記錄非線性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，分析輸入信號(hào)x的大小對(duì)死區(qū)特性的非線性系統(tǒng)的影響。（4 ）改變死區(qū)特征值 厶，記錄非線性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。2、飽和非線性特性對(duì)線性系統(tǒng)的影響。2。具有飽和特性的非線性系統(tǒng)，傳遞函數(shù)方塊圖見(jiàn)圖圖2（1 ）沒(méi)有飽和非線性環(huán)節(jié)時(shí)（將飽和特性環(huán)節(jié)接成反相器），改變k值，使k=0.68，1.5，2,輸入階躍信號(hào)x,觀察并記錄線性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。（2） 加入飽和非線性環(huán)節(jié)，改變k值，使k=0.68，2,輸入階躍信號(hào) X，判斷系統(tǒng)穩(wěn) 定性，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)自激振蕩時(shí)，記錄自激振蕩的頻率和幅值，并與理論計(jì)算值進(jìn)行比較。（3） 飽和非線性特征值 s=2.25V，系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)（k=2），改變階躍信號(hào) x的幅度，使 x=1V，5V，記錄非線性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，分析輸入信號(hào)x的大小對(duì)飽和特性的非線 性系統(tǒng)的影響。（4 ）輸入信號(hào)x=3V，系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)（k=