自動控制原理實驗課件

1、自動控制原理實驗教案自動控制原理實驗教案名稱 ：自動控制原理實驗 指導實驗教師：桂寒 系別 ：電氣工程 班別：1101,1102總學時數(shù)：18 周 次 實 驗 名 稱 學時 性質 實 驗 基 本 目 的 11 控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)及其階躍響應3基礎必選 1、掌握控制模擬實驗的基本原理和一般方法。2、掌握控制系統(tǒng)時域性能指標的測量方法。 12二階系統(tǒng)階躍響應 3基礎必選 1、研究二階系統(tǒng)的特征參數(shù)，阻尼比和無阻尼自然頻率n對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。2、定量分析 和n與最大超調量Mp和調節(jié)時間Ts之間的關系。13控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析3基礎必選 1、通過二階、三階系統(tǒng)的模擬電路實驗，掌握線性定常系統(tǒng)動、靜態(tài)

2、性能的一般測試方法。2、研究二階、三階系統(tǒng)的參數(shù)與其動、靜態(tài)性能間的關系。14系統(tǒng)頻率特性測量 3基礎必選 1加深了解系統(tǒng)及元件頻率特性的物理概念。2掌握系統(tǒng)及元件頻率特性的測量方法。3掌握利用“李沙育圖形法”測量系統(tǒng)頻率特 性的方法。15連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正 3基礎必選 1、加深理解串聯(lián)校正裝置對系統(tǒng)動態(tài)性能的校正作用。2、對給定系統(tǒng)進行串聯(lián)校正設計，并通過模擬實驗檢驗設計的正確性。16 數(shù)字PID控制實驗 3基礎綜合 1、研究PID控制器的參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性和過渡過程的影響。2、掌握數(shù)字PID控制的實現(xiàn)方法和參數(shù)調整方法EA-AT試驗系統(tǒng)的結構 控制系統(tǒng)的輸入信號由計算機提供，通過數(shù)模轉換控制系

3、統(tǒng)的輸入信號由計算機提供，通過數(shù)模轉換成模擬信號之后送至試驗箱電路的輸入端，該信號經過成模擬信號之后送至試驗箱電路的輸入端，該信號經過系統(tǒng)處理之后，將其轉換成數(shù)字信號送回計算機進行輸系統(tǒng)處理之后，將其轉換成數(shù)字信號送回計算機進行輸出顯示。出顯示。任務任務：通過顯示波形來檢驗系統(tǒng)的功能是否和理論計算：通過顯示波形來檢驗系統(tǒng)的功能是否和理論計算相符。相符。 計算機計算機AD實驗箱電路實驗箱電路DAVisual studio 6.0實驗一實驗一 控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)及其階躍響應控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)及其階躍響應 一、實驗目的與要求實驗目的與要求 1、掌握控制模擬實驗的基本原理和一般方法。 2、掌握控制系統(tǒng)時域

4、性能指標的測量方法。 二二、重點與難點重點與難點 1 、注重實驗數(shù)據(jù)的分析與處理，加強對實驗現(xiàn)象的觀察與理解。 2 、傳遞函數(shù)用電路來實現(xiàn)的方法。 三三、注意事項注意事項 實驗的安全問題和實驗設備的正確使用。三、實驗原理 1、模擬實驗的基本原理模擬實驗的基本原理 控制系統(tǒng)模擬實驗采用復合網絡法來模擬各種典型環(huán)節(jié)，控制系統(tǒng)模擬實驗采用復合網絡法來模擬各種典型環(huán)節(jié)，即利用運算放大器不同的輸入網絡和反饋網絡模擬各種典型即利用運算放大器不同的輸入網絡和反饋網絡模擬各種典型環(huán)節(jié)，然后按照給定系統(tǒng)的結構圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來，環(huán)節(jié)，然后按照給定系統(tǒng)的結構圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來，便得到了相應的模擬系統(tǒng)。

5、再將輸入信號加到模擬系統(tǒng)的輸便得到了相應的模擬系統(tǒng)。再將輸入信號加到模擬系統(tǒng)的輸入端，并利用計算機等測量儀器，測量系統(tǒng)的輸出，便可得入端，并利用計算機等測量儀器，測量系統(tǒng)的輸出，便可得到系統(tǒng)的動態(tài)響應曲線及性能指標。若改變系統(tǒng)的參數(shù)，還到系統(tǒng)的動態(tài)響應曲線及性能指標。若改變系統(tǒng)的參數(shù)，還可進一步分析研究參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響?？蛇M一步分析研究參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。 與 的測量方法為: 利用軟件的游標測量水平方向上從零到達最大值與從零到達95%穩(wěn)態(tài)值所需的時間值,便得到 與 . 理論計算方法:pTsTpTsTsTTTs3 2、時、時域性能指標的測量方法：域性能指標的測量方法： 構成比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)

6、節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、比例+微分環(huán)節(jié)、比例+積分環(huán)節(jié)等6種典型一階系統(tǒng)的模擬電路，并測量其階躍響應。 1比例環(huán)節(jié)的模擬電路如圖3.1-1所示，傳遞函數(shù)為:三、實驗內容如何確定電阻值2慣性環(huán)節(jié)的模擬電路如圖3.1-2所示，傳遞函數(shù)為 3積分環(huán)節(jié)的模擬電路如圖3.1-3所示，傳遞函數(shù)為 4微分環(huán)節(jié)的模擬電路如圖3.1-4所示，傳遞函數(shù)為5比例+微分環(huán)節(jié)的模擬電路如圖3.1-5所示（未標明的C=0.01F），傳遞函數(shù)為 6比例+積分環(huán)節(jié)的模擬電路如圖3.1-6所示，傳遞函數(shù)為四、實驗步驟 1. 啟動計算機,在桌面雙擊 “自動控制實驗系統(tǒng)” 圖標，運行軟件。 2. 測試計算機與實驗箱的通信是否正常，

7、通信正常繼續(xù)，如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進行實驗。 3比例環(huán)節(jié) （1）按圖3.1-1連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入，檢查無誤后接通電源。 （2）在實驗課題下拉菜單中選擇“典型環(huán)節(jié)及其階躍響應 （3）鼠標單擊實驗課題彈出實驗課題參數(shù)窗口。在參數(shù)設置窗口中設置相應的實驗參數(shù)后鼠標單擊確認等待屏幕的顯示區(qū)顯示實驗結果。 （4）觀測計算機屏幕顯示出的響應曲線及數(shù)據(jù)。 （5）記錄波形及數(shù)據(jù)。 4慣性環(huán)節(jié) （1）按圖3.1-2連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，

8、電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入，檢查無誤后接通電源。 （2）實驗步驟同3（2）（5）。 5積分環(huán)節(jié) （1）按圖3.1-3連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。 （2）實驗步驟同3（2）（5）。 6微分環(huán)節(jié) （1）按圖3.1-4連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸 入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入，檢查無誤后接通電源。 （2）實驗步驟同3（2）（5） 7比例+微分環(huán)節(jié) （1）按圖3.1-5連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入

9、U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入，檢查無誤后接通電源。 （2）實驗步驟同3（2）（5）。 8比例+積分環(huán)節(jié) （1）按圖3.1-6連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入，檢查無誤后接通電源。 （2）實驗步驟同3（2）（5）。8測量系統(tǒng)的階躍響應曲線，并記入表3.1-1中。五、實驗報告 1由階躍響應曲線計算出慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，并與由電路計算的結果相比較。 2整理將實驗中測得的曲線、數(shù)據(jù)及理論計算值，并列表。實驗二實驗二 二階系統(tǒng)階躍響應二階系統(tǒng)階躍響應 一、

10、實驗目的一、實驗目的 1研究二階系統(tǒng)的特征參數(shù)，阻尼比和無阻尼自然頻率 對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。定量分析 和 與最大超調量 和調節(jié)時間 之間的關系。 2進一步學習實驗系統(tǒng)的使用方法 3學會根據(jù)系統(tǒng)階躍響應曲線確定傳遞函數(shù)。 二、實驗儀器二、實驗儀器 1EL-AT-II型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺 2計算機一臺 三、重點與難點三、重點與難點 1注重實驗數(shù)據(jù)的分析與處理，加強對實驗現(xiàn)象的觀察與理解。 2根據(jù)系統(tǒng)階躍響應曲線確定傳遞函數(shù)。sT%nn五、實驗原理五、實驗原理1模擬實驗的基本原理： 控制系統(tǒng)模擬實驗采用復合網絡法來模擬各種典型環(huán)節(jié)，即利用運算放大器不同的輸入網絡和反饋網絡模擬各種典型環(huán)節(jié)，然后

11、按照給定系統(tǒng)的結構圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來，便得到了相應的模擬系統(tǒng)。再將輸入信號加到模擬系統(tǒng)的輸入端，并利用計算機等測量儀器，測量系統(tǒng)的輸出，便可得到系統(tǒng)的動態(tài)響應曲線及性能指標。若改變系統(tǒng)的參數(shù)，還可進一步分析研究參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。四四、注意事項注意事項 實驗的安全問題和實驗設備的正確使用。 2、時域性能指標的測量方法： 超調量 1）啟動計算機，在桌面雙擊圖標 自動控制實驗系統(tǒng) 運行軟件。 2) 測試計算機與實驗箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進行實驗。 3) 連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸 出，電路的輸

12、出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。 4) 在實驗課題下拉菜單中選擇實驗二二階系統(tǒng)階躍響應 。 5) 鼠標單擊實驗課題彈出實驗課題參數(shù)窗口。在參數(shù)設置窗口中設置相應的實驗參數(shù)后鼠標單擊確認等待屏幕的顯示區(qū)顯示實驗結果。AR 2/1% 6) 利用軟件上的游標測量響應曲線上的最大值和穩(wěn)態(tài)值，帶入下式算出超調量： 與 的測量方法為: 利用軟件的游標測量水平方向上從零到達最大值與從零到達95%穩(wěn)態(tài)值所需的時間值,便得到 與 . 理論計算方法:%100%YYYMAXpTsTpTsTsTTTs3三、實驗內容 典型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為: 其中， 和 對系統(tǒng)的動態(tài)品質有決定的影響。

13、構成圖3.2-1典型二階系統(tǒng)的模擬電路，并測量其階躍響應。電路的結構圖如圖3.2-2所示，系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為: 式中，nRCT 12/ RRK 比較（3.2-1）、（3.2-2）二式，可得: 由（3.2-3）式可知，改變比值R2/R1，可以改變二階系統(tǒng)的阻尼比。改變RC值可以改變無阻尼自然頻率n。 今取R1=200K，R2 =100K和200K，可得實驗所需的阻尼比。電阻R取100K，電容C分別取1F和0.1F，可得兩個無阻尼自然頻率n。四、實驗步驟 1連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入，檢查無誤后接通電源。

14、 2啟動計算機，在桌面雙擊圖標“自動控制實驗系統(tǒng)”運行軟件。 3測試計算機與實驗箱的通信是否正常，通信正常繼續(xù)。如通信不正常，查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進行實驗。 4在實驗課題下拉菜單中選擇實驗二“二階系統(tǒng)階躍響應”，單擊該選項彈出實驗課題參數(shù)窗口。5取n =10rad/s，即令R=100K，C=1F；分別取 = 0.5、1、2，即取R1=100K，R2分別等于100K、200K、400K。輸入階躍信號，測量不同的 時系統(tǒng)的階躍響應，并由顯示的波形記錄最大超調量 和調節(jié)時間 的數(shù)值和響應動態(tài)曲線，并與理論值比較。 6取 = 0.5。即電阻R2取R1=R2 =100K；n =100rad/s

15、, 即取R=100K，改變電路中的電容C=0.1F（注意：二個電容值同時改變）。輸入階躍信號測量系統(tǒng)階躍響應，并由顯示的波形記錄最大超調量 和調節(jié)時間 。 %sT%sT7取R=100K；改變電路中的電容C=1F，R1=100K，調節(jié)電阻R2 =50K。輸入階躍信號測量系統(tǒng)階躍響應，記錄響應曲線，特別要記錄 和 的數(shù)值。8測量二階系統(tǒng)的階躍響應并記入表3.2-1中。%pT五、實驗報告 1畫出二階系統(tǒng)的模擬電路圖，討論典型二階系統(tǒng)性能指標與、n的關系。 2把不同 和n條件下測量的 和 值列表，根據(jù)測量結果得出相應結論。 3畫出系統(tǒng)響應曲線，再由 和 計算出傳遞函數(shù)，并與由模擬電路計算的傳遞函數(shù)相比

16、較。%sT%sT實驗三 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 一、實驗目的與要求一、實驗目的與要求 1、觀察系統(tǒng)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。 2、研究系統(tǒng)開環(huán)增益和時間常數(shù)對穩(wěn)定性的影響。 二重點與難點二重點與難點 1注重實驗數(shù)據(jù)的分析與處理，加強對實驗現(xiàn)象的觀察與理解。 2系統(tǒng)的參數(shù)與其動、靜態(tài)性能間的關系以及對穩(wěn)定性概念的理解。 三、實驗儀器三、實驗儀器 1EL-AT-II型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺 2計算機一臺 三、注意事項三、注意事項 實驗的安全問題和實驗設備的正確使用。四、實驗原理四、實驗原理 系統(tǒng)模擬電路圖如圖3.3-1所示，其開環(huán)傳遞函數(shù)為： 圖3.3-1系統(tǒng)模擬電路圖五、實驗步驟五、實驗步驟 1連接被測量典型

17、環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入，檢查無誤后接通電源。 2啟動計算機，在桌面雙擊圖標“自動控制實驗系統(tǒng)“運行軟件。 3測試計算機與實驗箱的通信是否正常，通信正常繼續(xù)。如通信不正常，查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進行實驗。 4在實驗課題下拉菜單中選擇實驗三“控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析”，彈出實驗課題參數(shù)窗口。其中設置輸入信源電壓 U1 = 1V，點擊確認觀察波形。 5取R3的值為50K、100K、200K，此時相應的K = 10K1 = 5、10、20。觀察不同R3值時顯示區(qū)內的輸出波形（即U2的波形），找到系統(tǒng)輸出產生增幅振蕩

18、時相 應的R3及K值。再把電阻R3由大至小變化，即R3 = 200K、100K、50K，觀察不同R3值時顯示區(qū)內的輸出波形, 找出系統(tǒng)輸出產生等幅振蕩變化的R3及K值，并觀察U2的輸出波形。 6在步驟5條件下，使系統(tǒng)工作在不穩(wěn)定狀態(tài)，即工作在等幅振蕩情況。改變電路中的電容C由1F變成0.1F，重復實驗步驟4觀察系統(tǒng)穩(wěn)定性的變化。 7將實驗結果添入表3.3-1中。 四、實驗報告 1畫出步驟5的模擬電路圖。 2畫出系統(tǒng)增幅或減幅振蕩的波形圖。 3計算系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)，并與步驟5中測得的臨界放大系數(shù)相比較。實驗四 系統(tǒng)頻率特性測量 一、實驗目的一、實驗目的 1加深了解系統(tǒng)及元件頻率特性的物理概念。

19、 2掌握系統(tǒng)及元件頻率特性的測量方法。 3掌握利用“李沙育圖形法”測量系統(tǒng)頻率特性的方法。 二、實驗儀器二、實驗儀器 1.EL-AT-II型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺 2.計算機一臺 3.雙蹤示波器一臺 三、注意事項三、注意事項 實驗的安全問題和實驗設備的正確使用。頻率特性的測量方法：頻率特性的測量方法： 1. 將正弦信號發(fā)生器、被測系統(tǒng)和示波器按圖4-1連接起來。將示波器X和Y軸的輸入選擇開關，均打在“DC”輸入狀態(tài)，并調整X和Y軸的位移，使光點處于螢光屏上的坐標原點上。四四、實驗原理實驗原理 2. 選定信號發(fā)生器的頻率，調節(jié)其輸出衰減，使被測系統(tǒng)在避免飽和的情況下，輸出幅度盡可能大。然后調節(jié)示

20、波器的X和Y軸輸入幅值選擇開關，使在所取信號幅度下，圖象盡可能達到滿刻度。 3. 根據(jù)螢光屏上的刻度及輸入幅值選擇開關指示的伏/格數(shù)，算出2Xm、2Yn及2ym，并進一步計算幅值比和相位差。 為讀數(shù)方便，可將示波器X軸輸入X-Y開關打在工作狀態(tài)，使光點在熒光屏上只作垂直運動，此時可方便地讀出2ym。同理，也可方便地讀出2Xm。五、實驗內容五、實驗內容 1.模擬電路圖及系統(tǒng)結構圖分別如圖4-2和圖4-3。 2系統(tǒng)傳遞函數(shù) 取R3=500k，則系統(tǒng)傳遞函數(shù)為 若輸入信號U1（t）=U1sint,則在穩(wěn)態(tài)時，其輸出信號為 改變輸入信號角頻率值，便可測得二組U2/U1和隨變化的數(shù)值，這個變化規(guī)律就是系

21、統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。 3、李沙育圖形法、李沙育圖形法 將正弦信號作為輸入信號，并和被測系統(tǒng)(或環(huán)節(jié))的輸出分別接到慢掃描示波器的X軸和Y軸上，如圖1-3-2所示，就可以在示波器上顯示李沙育圖形。圖圖1-3-2李沙育圖形測試頻率特李沙育圖形測試頻率特 六、實驗步驟六、實驗步驟 1.連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。 2.啟動計算機，在桌面雙擊圖標 自動控制實驗系統(tǒng) 運行軟件。 3.測試計算機與實驗箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進行實驗。則李沙

22、育圖形的產生如圖1-3-3所示圖圖1-3-3 李沙育圖形測試頻率特性李沙育圖形測試頻率特性(a)輸入輸出波形；輸入輸出波形；(b)示波器示波器X軸的輸入波形軸的輸入波形(c)示波器示波器Y軸的輸入波形；軸的輸入波形；(d)李沙育圖形李沙育圖形 圖圖45 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集 七、實驗報告 1畫出被測系統(tǒng)的結構和模擬電路圖。 2畫出被測系統(tǒng)的開環(huán)L()曲線與()曲線。 3整理表中的實驗數(shù)據(jù)，并算出理論值和實測值。 4討論李沙育圖形法測量頻率特性的精度實驗五實驗五 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正 一、實驗目的一、實驗目的 1. 加深理解串聯(lián)校正裝置對系統(tǒng)動態(tài)性能的校正作用。 2. 對給定系統(tǒng)進行串聯(lián)

23、校正設計，并通過模擬實驗檢驗設計的正確性。 二、實驗儀器二、實驗儀器 1EL-AT-II型自動控制系統(tǒng)實驗箱一臺 2計算機一臺 三、注意事項三、注意事項 實驗的安全問題和實驗設備的正確使用。三、實驗內容三、實驗內容 1串聯(lián)超前校正（1）系統(tǒng)模擬電路圖如圖3.5-1，圖中開關S斷開對應未校情況，接通對應超前校正。（2）系統(tǒng)結構圖如圖）系統(tǒng)結構圖如圖3.5-2 2串聯(lián)滯后校正串聯(lián)滯后校正 模擬電路圖如圖模擬電路圖如圖3.5-3，開關，開關s斷開對應未校狀態(tài)，接通對應斷開對應未校狀態(tài)，接通對應滯后校正。滯后校正。（2）系統(tǒng)結構圖示如圖3.5-4 3串聯(lián)超前串聯(lián)超前滯后校正滯后校正 模擬電路圖如圖模擬

24、電路圖如圖3.5-5，雙刀開關斷開對應未校狀態(tài)，接通，雙刀開關斷開對應未校狀態(tài)，接通對應超前對應超前滯后校正。滯后校正。 (2)系統(tǒng)結構圖示如圖5-6。圖中 五、實驗步驟五、實驗步驟1.啟動計算機，在桌面雙擊圖標 自動控制實驗系統(tǒng) 運行軟件。2.測試計算機與實驗箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進行實驗。超前校正：超前校正：（1）連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖3.5-1)。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。 (2)開關s放在斷開位置。(3)選中 實驗課題 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正超前

25、校正 菜單項,鼠標單擊將彈出參數(shù)設置窗口。系統(tǒng)加入階躍信號。參數(shù)設置完成后鼠標單擊確認測量系統(tǒng)階躍響應，并記錄超調量p和調節(jié)時間ts。(4)開關s接通，重復步驟（3），將兩次所測的波形進行比較。并將測量結果記入表3.5-1中。滯后校正：滯后校正：（1）連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖3.5-3)。電路的輸入U1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。 (2) 開關s放在斷開位置。 (3) 選中 實驗課題 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正滯后校正 菜單項,鼠標單擊將彈出參數(shù)設置窗口。系統(tǒng)加入階躍信號。參數(shù)設置完成后鼠標單擊確認測量系統(tǒng)階躍響應，并記錄超調

26、量p和調節(jié)時間ts。 (4) 開關s接通，重復步驟(3),將兩次所測的波形進行比較。并將測量結果記入表3.5-2中： 超前超前-滯后校正滯后校正 (1) 連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖圖5-5)。電路的輸入。電路的輸入U1接接A/D、D/A卡的卡的DA1輸出，電路的輸出輸出，電路的輸出U2接接A/D、D/A卡的卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。輸入。檢查無誤后接通電源。 (2) 開關開關s放在斷開位置。放在斷開位置。(3) 選中 實驗課題 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正超前滯后校正 菜單項,鼠標單擊將彈出參數(shù)設置窗口。系統(tǒng)加入階躍信號。參數(shù)設置完成后鼠標單擊確認測量系統(tǒng)階躍響

27、應，并記錄超調量p和調節(jié)時間ts。(4) 開關s接通，重復步驟13,將兩次所測的波形進行比較。并將測量結果記入下表中： 實驗說明：實驗說明：1. 串聯(lián)超前校正：實質是利用相位超前，通過選擇適當參數(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，提高系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。當系統(tǒng)有滿意的穩(wěn)態(tài)性能而動態(tài)響應不符合要求時，可采用超前校正。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?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

28、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。 六、實驗報告六、實驗報告 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，保證不了響應速度時，則需用超前滯后校正。 說明：實驗前，應要求學生用頻率法分析實驗中校正前后系統(tǒng)的參數(shù)變化。1計算串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù) Gc（s）和校正網絡參數(shù)。2畫出校正后系統(tǒng)的對數(shù)坐標圖，并求出校正后系統(tǒng)的c及。3比較校正前后系統(tǒng)的階躍響應曲線及性能指標，說明校正裝置的作用。實驗六實驗六 數(shù)字數(shù)字PID控制實驗控制實驗一、實驗目的與要求一、實驗目的與要求1、研究PID控制器的參數(shù)對系

29、統(tǒng)穩(wěn)定性和過渡過程的影響。2、掌握數(shù)字PID控制的實現(xiàn)方法和參數(shù)調整方法二重點與難點二重點與難點1注意實驗相關數(shù)據(jù)的分析與處理，加強對實驗現(xiàn)象的觀察與理解。2系統(tǒng)的校正作用及其實現(xiàn)方法，校正電路的實現(xiàn)。三注意事項三注意事項 實驗的安全問題和實驗設備的正確使用。四、實驗內容四、實驗內容 1、系統(tǒng)結構圖如圖3.6-1所示。圖中，2開環(huán)系統(tǒng)（被控制對象）的模擬電路圖如圖3.6-2和圖3.6-3所示。其中圖3.6-2對應Gp1(S)，圖3.6-3對應Gp2(S)。 3被控對象Gp1(S)為“0型”系統(tǒng)，采用PI控制或PID控制，可使系統(tǒng)變?yōu)椤癐 型”系統(tǒng)，被控對象Gp2(s)為“I型”系統(tǒng)，采用PI控

30、制或PID控制可使系統(tǒng)變成“II型”系統(tǒng)。 4當r(t) = 1(t)時（實際是方波），研究其過渡過程。 5PI調節(jié)器及PID調節(jié)器的增益 不難看出PI調結器的增益 ，因此在改變 時，同時改變了閉環(huán)增益 ，如果不想改變 ，則應相應改變 。采用PID調節(jié)器相同。 6“II型”系統(tǒng)要注意穩(wěn)定性。對于Gp2(S)，若采用PI調節(jié)器控制，其開環(huán)傳遞函數(shù)為: 為使用環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，應滿足Ti 0.1，即Ki 10。 7PID遞推算法。如果PID調節(jié)器輸入信號為e(t)，其輸送信號為u(t)，則離散的遞推算法如下：五、實驗步驟五、實驗步驟 1啟動計算機，在桌面雙擊圖標“自動控制實驗系統(tǒng)”運行軟件。2測試計算機與實驗箱的通信是否正常，通信正常繼續(xù)。如 通信不正常，查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進行實驗。3連接被測量典型環(huán)節(jié)的模擬電路（圖