自控实验

实验一自动控制系统实验箱的使用及Matlab控制工具箱的使用

一、预习要求

1、查阅模拟电子技术基础，掌握由集成运放电路组成的积分运算电路和微分运

算电路原理。

2、了解Matlab控制工具箱基础知识（上网查阅、图书馆资料）。

二、实验目的

1、掌握自动控制系统模拟实验的基本原理和基本方法。

2、熟悉Matlab控制工具箱的基本用法。

三、实验仪器

1、EL-AT-Ⅲ型自动控制系统试验箱一台。

2、计算机一台。

四、实验内容

1、自动控制原理实验箱的硬件资源

EL-AT-Ⅲ型自动控制系统试验箱面板主要由计算机、AD/DA采集卡、自动控制原理实验箱组成，其中计算机根据不同的实验分别起信号产生、测量、显示、系统控制和数据处理的作用，打印机主要记录各种实验数据和结果，实验箱主要用于构造被控模拟对象。

（1）本实验系统有八组放大器、电阻、电容组成的实验模块。每个模块中都有一个uA741构成的放大器和若干个电阻、电容。通过对这七个实验模

块的灵活组合可构造出各种形式和阶次的模拟环节和控制系统。

（2）二极管、电阻、电容区

（3） AD/DA卡输入输出模块

该区域是引出AD/DA卡的输入输出端，一共引出两路输出端和两路输入端，分别是DA1、DA2, AD1、AD2。20针的插座用来和控制对象连接。（4）电源模块

电源模块有一个实验箱电源开关，有四个开关电源提供的DC电源端子，分别是+12V、-12V、+5V、GND，这些端子给外扩模块提供电源。

（5）変阻箱、变容箱模块

通过按动数字旁边的“+”、“-”按钮便可调节电阻电容的值，而且电阻电容值可以直接读出。

2、自动控制原理实验软件说明

（1）软件启动

在windows桌面上或“开始—程序”中双击“自动控制理论”，启动软件如图1-1所示。

QQ截图

（2）实验前计算机与实验箱的连接

用实验箱自带的USB线将实验箱后面的USB口与计算机的USB口连接。（3）软件使用说明

本套软件界面共分为两组画面。

A．软件说明和实验指导书画面，如图1-2所示。

具体操作和功能：

☆工具栏按钮：

1. 点击〖或按F1〗可以选择实验项目作为当前实验项目，系统在

指导书窗口显示相应的实验指导书，在实验进行过程中处于禁

止状态。

2. 点击〖或按F2〗切换回“指导书”窗口。

3. 点击〖或按F3〗切换到“示波器”窗口。

4. 点击〖或按F4〗切换到“频率特性”窗口。

5. 点击〖或按F5〗开始／放弃当前实验项目，在没有选择任何实

验项目的时候为禁止状态。

6. 点击〖或按F7〗开始进行通讯测试，如果返回00-FF表示成功,

否则为失败。

7. 点击〖或按F6〗弹出“关于”对话框，显示程序信息、版本号和

版权信息。

B．数据采集显示画面，如图1-3所示。

具体操作和功能：

☆示波器操作：

1. 测量在“示波器”窗口单击鼠标右键，在弹出菜单中选择“测量”打开

测量游标（重复前述步骤隐藏测量游标），拖动任一游标到感

兴趣的位置，图表区下方会显示当前游标的位置和与同类的另

一游标之间距离的绝对值。如果想精确定位游标只需用鼠标左

键单击相应的游标位置栏并在编辑框中输入合法值回车即可。

2. 快照在“示波器”窗口单击鼠标右键，在弹出菜单中选择“快照”将当

前图像复制到剪贴板，以便粘贴到画图或其他图像编辑软件中

编辑和保存。

3. 打印目前尚不支持。

4. 线型在“示波器”窗口单击鼠标右键，在弹出菜单中可点击“直线”、

“折线”或“点线”来选择数据点和数据点之间的连接方式，体会

各种连接方式的差异。

5. 配色用鼠标左键双击图表区除曲线之外的元素会弹出标准颜色对

话框，用户可以更改相应元素的颜色（比如将网格颜色改成与

背景相同颜色）。

6. 缩放用鼠标左键单击图表区刻度区的边界刻度并在编辑框中输入

和法值回车即可改变当前显示范围。

C．频率特性显示画面，如图1-4所示。

具体操作和功能：

☆频率特性：

1. 鼠标用鼠标左右键切换显示“波特图”和“奈氏图”。

2. 键盘用组合键“CTRL+ C”可以将窗口内的内容以位图的形式拷贝到

剪切板。

3、Matlab工具箱的使用

（1）启动计算机，在桌面上双击“Matlab R2006a”，运行软件。

（2）Control\ 控制系统仿真工具箱

（3）Matlab\ MATLAB主包函数库

（4）Simulink 仿真环境（主要）

实验二 典型环节及其阶跃响应 （验证性实验）

一、预习要求

1．掌握典型环节的传递函数及其暂态特性。 2．分析典型一阶系统的模拟电路和基本原理。 3．熟悉MATLAB 中Simulink 仿真模块的使用。 二、实验目的

1．掌握典型一阶系统时域特性和频域系统。 2．掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。 三、实验仪器

1. EL-AT -Ⅲ型自动控制理论﹡计算机控制理论﹡信号与系统理论实验箱

2. 计算机一台（含上位机软件）、USB 接口线。 四、实验内容

1. 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。

（1）、比例环节（Proportional element ）：其方框图如图2-1A 所示。

()

c X s ()

r X s K

图2-1A 比例环节

传递函数为 ： ()()

()c r X s W s K X s ==

根据比例环节的方框图，选择实验台上的八组运放模块设计并组建模拟电路，如图2-1B 所示。图中后一个单元为反相器，其中0200R K =。

图2-1B 由集成运放组成的比例环节

根据比例环节的方框图，在MATLAB 的Simulink 仿真模块中搭建比例环节仿真图，如图2-1C 所示。注：改变比例系数只需改变仿真参数对话框。