自动控制理论实验指导书解析

自动控制理论实验指导书

目录

实验一典型环节与典型系统的模拟 (1)

实验二二阶系统阶跃响应特性 (6)

实验三自动控制系统稳定性实验 (10)

实验四线性系统动态特性的研究 (12)

实验五自动控制系统静态误差实验 (13)

实验六控制系统的品质及校正装置的应用（设计性） (15)

实验七控制系统频率特性仿真研究 (17)

实验八非线性系统运动特性的研究 (18)

实验九非线性系统的计算机仿真 (20)

附录 KJ82-3型自动控制系统模拟机可做模拟运算电路举例 (21)

实验一 典型环节与典型系统的模拟

一．实验目的

1.观察典型环节阶跃响应曲线，定性了解参数变化对典型环节动特性的影响；

2.观测不同阶数线性系统对阶跃输入信号的瞬态响应，了解参数变化对它的影响。

二．实验设备和仪器

1.KJ82-3型自动控制系统模拟机一台

2.Tektronix TDS 1002数字存储示波器一台

3.万用表一块

三．实验内容及步骤

（一）典型环节的阶跃响应

1.实验步骤：

（1）开启电源前先将所有运算放大器接成比例状态，拔去不用的导线。

（2）闭合电源后检查供电是否正常。分别将各运算放大器调零，并用示波器观察调整好方波信号。

（3）断开电源后按图接好线，由信号源引出方波信号接到各环节输入端。

（4）闭合电源，调节有关旋钮，观察阶跃响应波形，并利用表1.1-1.6记录之。

2.实验内容： （1）比例调节器

U s c

A 1

100K

50K

W

表1.1

（2

U s c

A 1

100K

C

改变C 时保护输入信号不变

表1.2

sc

U A 1

100K

50K

R

C

表1.3

U s c K

5K

1μ0K

50A 5

R 0

10

表1.4

（5）比例积分

U s c A

100K

C R

表1.5

（6）比例、积分、微分

U s c

100K

C=3.3µ200K

50K

1M 5K 5

A 1μ

（二）典型二阶系统模拟

1.实验线路：

sc

2.方框图：

α

T S

-11K -3

K T S -+1

22+

U sr U sc

-

U S U S G S K T S K T S T S K T S K K T T S T S K T T K K S T K K S T S TS sc sr ()()()==⋅⋅

++⋅⋅+=

++=++=++213

213232

1221312322132

22

1111

111

21

αααα

ααξ

其中：T T T K K =

12

32

α 时间常数；

ξα=

12

1

322

T K T K 为阻尼比；

ωn T

=

1

为无阻尼自然频率（角频率：弧度/秒）。 f n n

=

ωπ

2 为阻尼自振频率（单位Hz ）。 3.实验步骤：

（1）关上电源，按上图接线，经教师检查后，再合电源，由调零转入工作。

（2）在T T 1201

==.秒（F C μ11=，C F 201=.μ）3K ＝10附近改变增益系数α，观察方波输入作用下之响应曲线，利用表1.7记录之。

（3）让F C μ11=，F C μ12=，1T ＝0.1秒，2T ＝1秒，3K ＝10改变增益系数α，观察方波输入作用下之响应曲线，利用表1.7记录之。

1.接线图：

sc

2.方框图：

U sc

T S

11αT S +1

K 22K T S 4

41

++

-

U sr

G S U S U S aS bS cS sc sr ()()()=

=

+++1

1

32 式中：α

4421K T

T T a =；b T T T K =+1244()α；c T K =11α

3.实验步骤：

（1）按图接线，先取X C ＝0.1μ，缓缓改变α的值，观察并记录阶跃响应曲线（用表1.8记录）。

（2）取X C ＝1μ，重复上述实验过程。

四．思考题

1.积分环节和惯性环节主要差别是什么？什么条件下惯性环节可视为积分环节？

2.惯性环节在什么条件下可近似为比例环节？

3.为什么典型二阶系统实验中加入比例环节？三阶系统是否要加？

4.二阶系统在什么情况下不稳定，怎样构成振荡环节？

五．实验报告要求

1.写出实验各环节的结构图和传递函数，推出理想阶跃响应曲线。

2.实测各环节不同参数下输出波形，认真填写表1.1至表1.8，并与理想曲线对照。

3.分析实验中出现的现象。