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自动控制原理实验指导书池州学院机械与电子工程系目录实验一、典型线性环节的模拟...................................................................................1实验二、二阶系统的阶跃响应...................................................................................5实验三、根轨迹实验...................................................................................................7实验四、频率特性实验.............................................................................................10实验五、控制系统设计与校正实验............................................错误!未定义书签。实验六、控制系统设计与校正计算机仿真实验.........................错误!未定义书签。实验七、采样控制系统实验........................................................错误!未定义书签。实验八、典型非线性环节模拟....................................................错误!未定义书签。实验九、非线性控制系统分析....................................................错误!未定义书签。实验十、非线性系统的相平面法................................................错误!未定义书签。1实验一、典型线性环节的模拟一、实验目的:1、学习典型线性环节的模拟方法。2、研究电阻、电容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。二、实验设备:1、XMN-2型实验箱;2、LZ2系列函数记录仪;3、万用表。三、实验内容:1、比例环节:-KpR(s)C(s)-+c(t)r(t)RiRfRpop1方块图模拟电路图中:ifPRRK分别求取Ri=1M,Rf=510K,(KP=0.5);Ri=1M,Rf=1M,(KP=1);Ri=510K,Rf=1M,(KP=2);时的阶跃响应曲线。2、积分环节:sTi1R(s)C(s)-+c(t)r(t)RiCfRpOp3方块图模拟电路图中:Ti=RiCf分别求取Ri=1M,Cf=1,(Ti=1s);Ri=1M,Cf=4.7,(Ti=4.7s););2Ri=1M,Cf=10,(Ti=10.0s);时的阶跃响应曲线。3、比例积分环节:)11(sTKiR(s)C(s)-+c(t)r(t)RiCfRpOp3Rf方块图模拟电路图中:ifPRRK;Ti=RfCf分别求取Ri=Rf=1M,Cf=4.7,(KP=1,Ti=4.7s);Ri=Rf=1M,Cf=10,(KP=1,Ti=10s);Ri=2M,Rf=1M,Cf=4.7,(KP=0.5,Ti=4.7s);时的阶跃响应曲线。4、比例微分环节:11sTsTKfdpR(s)C(s)-+c(t)r(t)RiCRpOp3RfR1R2方块图模拟电路图中:i1fPRRKR;CRRRRRRTffd12f121RR;Tf=R2C分别求取Ri=Rf=R1=R2=1M,C=2,(KP=2,Td=3.0s);Ri=2M,Rf=R1=R2=1M,Cf=2,(KP=1,Td=3.0s);Ri=2M,Rf=R1=R2=1M,Cf=4.7,(KP=1,Td=7.05s);时的阶跃响应曲线。5、比例积分微分环节:3sTsTsTKfdiP111R(s)C(s)-+c(t)r(t)RiCRpOp2RfR1R2Cf方块图模拟电路图中:i1fPRRKR+fCCRi21RR;Ti=(Rf+R1)Cf+(R1+R2)C;CRRCRRCCRRRRRRT21ff1ff2f121d;Tf=R2C求取Ri=4M,Rf=R1=R2=1M,C=Cf=4.7,(KP=1,Ti=18.8s,Td=3.525s)时的阶跃响应曲线。6、一阶惯性环节:1TsKR(s)C(s)-+c(t)r(t)RiRfRpop1Cf方块图模拟电路图中:ifPRRK;T=RfCf分别求取Ri=Rf=1M,Cf=1,(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);时的阶跃响应曲线。四、实验结果记录上述实验曲线。五、实验结果分析41、对给定的电路结构和参数计算阶跃响应;2、将实验结果与计算结果对照,对实验的满意度进行分析;3、根据电路参数分析计算系统响应,与实验数据对照分析测试误差原因;4、提高精度的方法和措施(或建议);5、实验体会。六、思考题1、设计一个能满足e1+e2+e3=e运算关系的实用加法器;2、一阶惯性环节在什么条件下可视为积分环节;在什么条件可视为比例环节?3、如何设置必要的约束条件,使比例微分环节、比例积分微分环节的参数计算工作得以简化?5实验二、二阶系统的阶跃响应一、实验目的:1、学习二阶系统阶跃响应曲线的实验测试方法。2、研究二阶系统的两个重要参数、n对阶跃瞬态响应指标的影响。二、实验设备:1、XMN-2型实验箱;2、LZ2系列函数记录仪;3、万用表。三、实验内容:典型二阶系统方块图R(s)C(s)E(s)-nnss22典型二阶系统方块图其闭环传递函数2222)()()(nnnsssRsCsn——无阻尼自然频率;——阻尼比;T=n1——时间常数模拟电路c(t)-+r(t)RCRpOp1-+RCRpOp2-+100K100KRpOp9+-RRRp100KRf6运算放大器的运算功能:(op1)——积分RCTTs,1;(op2)——积分RCTTs,1;(op9)——反相(-1);(op6)——反相比例ifRRKK,;RCTn11(rad/s);ifRRK2121、调整Rf=40K,使K=0.4(=0.2);取R=1M,C=0.47,使T=0.47秒(n=1/0.47),加入单位阶跃扰动r(t)=1(t)V,记录响应曲线c(t),记作①。2、保持=0.2不变,阶跃扰动r(t)=1(t)V不变,取R=1M,C=1.47,使T=1.47秒(n=1/1.47),加入单位阶跃扰动r(t)=1(t)V,记录响应曲线c(t),记作②。3、保持=0.2不变,阶跃扰动r(t)=1(t)V不变,取R=1M,C=1.0,使T=1.0秒(n=1/1.0),加入单位阶跃扰动r(t)=1(t)V,记录响应曲线c(t),记作③。4、保持n=1/1.0不变,阶跃扰动r(t)=1(t)V不变,调整Rf=80K,使K=0.8秒(=0.4),记录响应曲线c(t),记作④。5、保持n=1/1.0不变,阶跃扰动r(t)=1(t)V不变,调整Rf=200K,使K=2.0秒(=1.0),记录响应曲线c(t),记作⑤。四、实验结果记录上述实验曲线。五、实验结果分析1、根据电路的结构和参数计算阶跃响应;2、将实验结果与计算结果对照,对实验的满意度进行分析;3、根据电路参数分析计算系统响应,与实验数据对照分析测试误差原因;4、提高精度的方法和措施(或建议);5、实验体会。六、思考题1、设计一个能满足e1+e2+e3=e运算关系的实用加法器;2、一阶惯性环节在什么条件下可视为积分环节;在什么条件可视为比例环节?3、如何设置必要的约束条件,使比例微分环节、比例积分微分环节的参数计算工作得以简化?7实验三、根轨迹实验一、实验目的:1、掌握根轨迹的意义;2、掌握控制系统根轨迹的绘制方法。二、实验设备:1、计算机;2、数据采集卡;3、MATLAB软件。三、实验内容:1、预备知识——MATLAB绘制根轨迹命令;建立数学模型参数矩阵:numerator=[b0,b1,b2,……,bm];denominator=[a0,a1,a2,……,an];zeropoint=[z1,z2,……,zm];poles=[p1,p2,……,pn];k=k;系统传递函数:system=tf(numerator,denominator)=zpk(z,p,k);绘制开环系统的零极点图:[z,p]=pzmap(system)=pzmap(numerator,denominator)=pzmap(p,z);绘制闭环根轨迹命令:[r,k]=rlocus(system)=rlocus(numerator,denominator)=rlocus(numerator,denominator,k);确定给定一组根的根轨迹增益命令:[k,poles]=rlocfind(system)=rlocfind(system,p)=rlocfind(numerator,denominator);2、根据实际物理系统建立数学模型;设数学模型为2222)(nnnsssG3、改变系统参数绘制系统根轨迹;输入系统参数:w=n=1;b==0.5;建立数学模型:numerator=n;denominator=[1,2**n,1];G=tf(numerator,denominator);则G(s)=112ss4、绘制系统根轨迹,输入命令:rlocus(G)5、微分二阶系统的根轨迹输入系统参数:w=n=2;b==0.5;建立数学模型:number=[2,1];den=[4,5,6];G=tf(number,den);8则65412)(2ssssG输入命令:rlocus(G),制系统根轨迹;6、针对作业题绘制根轨迹7、记录根轨迹图例:绘制单位反馈控制系统65412)(2ssssG的根轨迹。输入命令:a=[2,1];b=[4,5,6];g=tf(a,b);rlocus(g);则绘制出的根轨迹如下图所示。试绘制如下系统的根轨迹。1、)4()(*ssksGH2、)204)(4()(2*ssssksGH3、)5)(2()(2*sssksGH4、22*)2()1()(ssksGH四、实验结果记录上述实验曲线。五、实验结果分析91、根据数学模型和根轨迹绘制规则分析计算概略根轨迹,与计算机绘制的根轨迹对照,分析误差原因;2、对实验结果的满意度进行分析;3、提高精度的方法和措施(或建议);4、实验体会。六、实验结果分析1、给定物理系统对象,即可建立数学模型;2、只要有系统数学模型,即可绘制系统根轨迹;3、根据系统根轨迹可分析系统的稳定性及系统性能指标。10实验四、频率特性实验一、实验目的:1、学习频率特性的实验方测定法;2、掌握根据频率响应实验结果绘制bode图方法;3、根据实验结果所绘制的Bode图,分析系统的主要动态特性(Mp,ts)。二、实验设备:1、XMN-2型自动控制原理实验箱;2、LZ3系列函数记录仪;3、DX5型超低频信号发生器;4、万用表。三、实验内容:典型二阶系统方块图nnss22R(s)C(s)E(s)-典型二阶系统方块图其闭环传递函数2222)()()(nnnsssRsCsn——无阻尼自然频率;——阻尼比;T=n1——时间常数闭环频率特性2211)()()(nnjjjXjYjGnnj2112其中:Tn1(rad/s)
本文标题:《自动控制原理》实验指导书
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