自动控制原理实验课件.

指导教师：汪婧Email：[e-mail]:15905559938自动控制原理实验主要内容典型环节模拟典型系统模拟串联校正研究典型环节模拟实验目的1.熟悉实验箱及上位机软件的使用。2.熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟。3.测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。实验设备介绍详见实验指导书P5welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience比例(P)环节KsUsUsGio)()()()()()(12sKUsURRsUiiowelcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience积分(I)环节TssUsUsGio1)()()()(1)(1)(1)(sUTssURCssURCssUiiiowelcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience比例积分(PI)环节比例系数(K)为1、积分系数为T)11()()()(TsKsUsUsGio)()11()()11()(11)(212122sUTsKsUCsRRRsURCsRCsRsUiiiowelcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience比例微分(PD)环节)1()(TsKsG)()1()()1()(11)(112112sUTsKsUCsRRRsUCsRCsRRsUiiiowelcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience比例积分微分(PID)环节STSTKpsGDI1)(比例系数(K)为1、微分系数为TD、积分系数为TI时PID的输出。sTsTKsCRsCRCRCRCRsUsCRsCRsCRsUDIpio11)(111)(1221212211111122welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience惯性环节1)()()(TSKSUSUsGiO放大系数(K)为1、时间常数为T)(1)(1)(11)(212122sUTsKsUCsRRRsURCsRCsRsUiiiowelcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience积分环节接线图sTkRFC1,100,10积分器放电操作:关闭直流稳压电源，弹起阶跃信号发生器自锁按钮，按下锁零按钮。注意事项1.每次连接线路前要关闭电源总开关。2.连接好线路后，仔细检查线路是否连接正确、电源有无接反，确认无误后方可接通电源开始实验。3.插拔连接导线要按住实验箱，操作轻点，以免损坏元器件。4.直流电源钮子开关每次只能开一路。5.积分器放电操作:关闭直流稳压电源，弹起阶跃信号发生器自锁按钮，按下锁零按钮。6.当出现混乱的曲线时：关闭电源总开关，关掉软件，重新插拔USB线，多试几次，以抗干扰。任务按照实验指导书中的实验一(P7)开始进行实验，记录实验图形及数据。下次上课时提交实验报告，实验思考题也要写。预习实验二回到主要内容介绍典型系统模拟二阶系统的瞬态响应实验目的1.通过实验了解参数(阻尼比)、的变化对二阶系统动态性能的影响。2.掌握二阶系统动态性能的测试方法。n详见实验指导书P11典型系统模拟二阶系统的瞬态响应二阶系统：用二阶常微分方程描述的系统。典型二阶系统的微分方程：0)()()(2)(222ttrtydttdyTdttydT，)2(2nnss)(sR)(sY-典型结构的二阶系统：典型系统模拟二阶系统的瞬态响应开环传递函数为：sssGnn2)(222222)(1)()(nnnsssGsGs闭环传递函数为：122,1nns其特征根为：二阶系统的特征方程为：0222nnss二阶系统的阶跃响应特征方程根根在复平面上位置单位阶跃响应欠阻尼,1o无阻尼,0临界阻尼，1过阻尼，1njs2,122,11nnjs)(2,1重根ns122,1nnsjnjnj01s2sj01s2sC(t)t21010C(t)ttj021sstj01s2sC(t)t101C(t)t0二阶系统的阶跃响应welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience不同阻尼比的单位阶跃响应02468101200.20.40.60.811.21.41.61.82nty(t)二阶系统的性能指标0.10.9tr①上升时间tr②峰值时间tptp③超调量%%④过渡过程时间ts误差带ts⑤振荡次数N⑥稳态误差essess=1-h()p()()%100%()hthh二阶系统的典型结构二阶系统的方框图)1()(1sTsKsG其开环传递函数为：其中：21TkK222112121)(1)()(nnnssTKsTsTKsGsGs211TTkn11221TkT其闭环传递函数为：可得，惯性环节积分环节典型系统模拟二阶系统的模拟电路图CRTX1惯性环节：1/1)(112CsRRRsTksGxx，RRkX1，RCT2积分环节：RCssTsG11)(23，通用单元1通用单元2通用单元3反相器惯性环节积分环节相加器反相器反馈通路RCn1XRR2，kRkRFCx250,100,1通用单元1通用单元2通用单元3反相器RCn1XRR2，电阻测量单元介绍注意事项1.每次连接线路前要关闭电源总开关。2.连接好线路后，仔细检查线路是否连接正确、电源有无接反，确认无误后方可接通电源开始实验。3.插拔连接导线要按住实验箱，操作轻点，以免损坏元器件。4.直流电源钮子开关每次只能开一路。5.积分器放电操作:关闭直流稳压电源，弹起阶跃信号发生器自锁按钮，按下锁零按钮。6.当出现混乱的曲线时：关闭电源总开关，关掉软件，重新插拔USB线，多试几次，以抗干扰。任务按照实验指导书中的实验二P12开始进行实验，记录实验图形及数据。实验完成后整理实验箱（连接导线，电源线，USB线），请大家不要遗漏。下次上课时提交实验报告，实验思考题也要写。参考实验指导书，预习实验六内容回到主要内容介绍串联校正研究实验目的1.理解所加校正装置的结构、特性和对系统性能的影响2.掌握串联校正几种常用的设计方法和对系统的实时调试技术。详见实验指导书P26串联校正研究常用校正方法(1)超前校正：利用校正装置的相位超前特性(2)滞后校正：利用校正装置的高频幅值衰减特性(3)滞后超前校正校正装置被控对象welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience超前校正-零极点对消法被控系统:)(sGO通用单元1通用单元3通用单元2反相器单元惯性环节积分环节反馈通路)15.0(25)15.0(2.05)(sssssGO)05.0(3,63.0stsp25)(lim0ssGKosv性能要求:stsKspv1,2.0),/1(25零极点对消法:使校正变量Gc(S)中的零点抵消被控对象Go(S)中不希望的极点，以使系统的动、静态性能均能满足设计要求。校正装置被控对象welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience超前校正-零极点对消法212.0ep5.0)05.0(13stns6n校正后系统的闭环传递函数22222/25//25)(nnnssTTssTSTn252Tn12，5.05.0sT04.0104.015.0)(sssGC24.0%,3.16spt115.0)(TsssGC令校正装置的传递函数)15.0(25)(sssGO校正设计:性能要求:stsKspv1,2.0),/1(25welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience超前校正-零极点对消法校正系统:200k400k10k4.7uF电路1510k0.1uF390k1uF510k电路2104.015.0)(sssGCwelcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience校正系统:200k400k10k4.7uF电路1校正后系统:104.015.0)(sssGC通用单元1通用单元3通用单元2反相器单元惯性环节积分环节反馈通路校正前系统:)15.0(2)(ssssGO通用单元1通用单元6通用单元3通用单元2反相器单元反馈通路惯性环节积分环节校正单元62525625)(2ssSwelcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience滞后校正-期望特性校正法)12.0)(1(2)(sssGO性能要求:%10,2pvK期望特性校正法:期望的开环对数幅频特性等于校正装置的对数幅频特性和未校正系统开环对数幅频特性之和。OCLLL被控系统:)(sGO通用单元1通用单元3通用单元2反相器单元反馈通路惯性环节惯性环节sHsGsRsssEessss1)(limlim00校正装置被控对象welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience滞后校正-期望特性校正法性能要求:%10,2pvK校正设计:22)5(1lg20)1(1lg202lg20)(OL二阶系统校正前、校正后的幅频特性曲线25.2%,10%3.4vpK取校正系统:82k100k10uF)11(25.1)()()(ssGsGsGOC比例积分环节)12.0)(1(2)(sssGO)51(5.2)(,)2.01(5.2)(jjjGsssG82k100k10uF)11(25.1)(ssGC校正系统:校正后系统:校正前系统:通用单元1通用单元3通用单元2反相器单元反馈通路惯性环节惯性环节)12.0)(1(2)(sssGO)2.01(5.2)(sssG通用单元1反馈通路通用单元6通用单元3通用单元2反相器单元校正单元惯性环节惯性环节注意事项1.每次连接线路前要关闭电源总开关。2.连接好线路后，仔细检查线路是否连接正确、电源有无接反，确认无误后方可接通电源开始实验。3.插拔连接导线要按住实验箱，操作轻点，以免损坏元器件。4.直流电源钮子开关每次只能开一路。5.积分器放电操作:关闭直流稳压电源，弹起阶跃信号发生器自锁按钮，按下锁零按钮。6.当出现混乱的曲线时：关闭电源总开关，关掉软件，重新插拔USB线，多试几次，以抗干扰。任务按照实验指导书中的实验六P30开始进行实验，记录实验图形及数