自动控制原理实验指导书

《自动控制原理》实验指导书

梅雪 罗益民 袁启昌 许必熙

南京工业大学自动化学院

目 录

实验一 典型环节的模拟研究--------------------------1 实验二 典型系统时域响应和稳定性-------------------10 实验三 应用MATLAB进行控制系统根轨迹分析----------15 实验四 应用MATLAB进行控制系统频域分析------------17 实验五 控制系统校正装置设计与仿真-----------------19 实验六 线性系统校正-------------------------------22 实验七 线性系统的频率响应分析---------------------26 附录：TDN—ACP自动控制原理教学实验箱简介----------31

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实验一 典型环节的模拟研究

一． 实验目的

1．熟悉并掌握TD-ACC设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。

2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异、分析原因。 3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。

+

二．实验内容

下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了

THKKL-6型 控制理论及计算机控制技术实验箱

目 录

第一部分 使用说明书 ........................................................................................................................ 1 第一章 系统概述 ............................................................................................................................ 1 第二章 硬件的组成及使用 ............................................................................................................ 2 第二部分 实验指导书 ......................................................

自动控制原理 实验指导书

电气信息工程专业中心实验室

四川大学电气信息学院

1

目 录

实验一．典型环节的电模拟及阶跃响应分析------------------------------1 实验二．二、三阶系统暂稳态特性分析------------------------------5 实验三．基于根轨迹法的系统分析与综合-------------------------------8 实验四．频率特性测试、分析与综合------------------------------------11 实验五．三阶系统串联校正-------------------------------------------12 实验六．采样系统分析-----------------------------------------------14 实验七．非线性典型环节与系统---------------------------------------17

I

实验一 典型环节的电模拟及阶跃响应分析

一．实验目的：

1．学习典型环节的电模拟方法及参数测试方法；

2．观察典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对暂态特性的影响；

3．学习虚拟仪器(低频示波器)的使用方法；

4．学习使用MAT

第三章 基于MATLAB 7.1的控制系统仿真 知识3.1 MATLAB7.1与Simulink6.1入门基础

一、实验目的

1．熟悉Matlab实验环境，掌握Matlab命令窗口的基本操作。 2．掌握Matlab建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换方法。 3．学会使用Simulink模型结构图化简复杂控制系统模型方法。 二、预习要求

1．学习实验相关知识， 熟悉Matlab实验环境。

2．熟悉Simulink模型结构图建立控制系统数学模型的仿真方法。 三、实验内容

1．控制系统MATLAB7.1环境简述

MATLAB（Matrix Laboratory）又名矩阵实验室，是一种以矩阵为基本数据单位的适合于科学和工程计算的数学软件系统。MATLAB是MathWorks公司开发的一套具有强大的科学及工程计算功能和丰富的图形显示功能的软件。其功能包括：数值分析、矩阵运算、信号和图像处理、系统建模、控制和优化、计算结果和功能可视化等。

（1）MATLAB语言

MATLAB语言的程序可以用两种方式来执行，即命令行方式和m文件方式，对应于函数m文件和独立m文件。独立m文件由命令描述行写成之后存储，即可在MATLAB平台上单独调用执行。函数m文件需

自动控制原理实验指导书

实验指导书

实验一 典型环节及其阶跃响应

一、实验目的

1. 掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。 2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。 二、实验仪器

1． EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台 2． 计算机一台 三、实验原理

1．模拟实验的基本原理：

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。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。 2． 时域性能指标的测量方法： 超调量Ó %：

1) 启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。 2) 检查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中任实验，点击

按钮，出

现参数设置对话框设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信 正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续进行实验。 3) 连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1 输出，电

淮北师范大学 自动控制原理实验指导

目 录

前 言 ................................................................ 1 实验系统概述 ........................................................... 2 1、实验系统构成 ..................................................... 2 2、实验箱整体布局及部分模块框图 ...................................... 2 3、各模块主要测试点 ................................................. 3 实验一二阶系统的阶跃响应及稳定性分析实验 ............................... 9 实验二 PID控制器的动态性能 ............................................ 9 实验三 典型环节频率特性的测试 .................

自动控制原理实验指导书

一．自动控制原理实验指导

1．实验一 线性系统时域响应分析............................................................................1 2．实验二 线性系统的根轨迹....................................................................................7 3．实验三 线性系统的频域分析..............................................................................12 4．实验四 线性系统串联校正................................................................................16 5．实验五 数字PID控制..........................................................................................22

沧州师范学院

自动控制原理实验指导书

一．自动控制原理实验指导

1．实验一 线性系统时域响应分析............................................................................1 2．实验二 线性系统的根轨迹....................................................................................7 3．实验三 线性系统的频域分析..............................................................................12 4．实验四 线性系统串联校正................................................................................16 5．实验五 数字PID控制..........................................................................................22

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自动控制原理

MATLAB仿真实验

实 验 指 导 书

电气电子信息工程系自动化教研室

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实验一 典型环节的MATLAB仿真

一、实验目的

1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。

2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。 3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、SIMULINK的使用

MATLAB中SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。利用SIMULINK功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。

1．运行MATLAB软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink命令，按Enter键或在工具栏单击按钮，即可进入如图1-1所示的SIMULINK仿真环境下。

2．选择File菜单下New下的Model命令，新建一个simulink仿真环境常规模板。

图1-1 SIMULINK仿真界面

3．在simulink仿真环境下，创建所需要的系统。 以图1-2所示的系统为例，说明基本设计步骤如下：

图1-2 系统方框图

1）进入线性系统模块库，构建传递函数。点击simulink下

自动控制原理

MATLAB仿真实验

实 验 指 导 书

电气电子信息工程系自动化教研室

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实验一 典型环节的MATLAB仿真

一、实验目的

1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。

2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。 3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、SIMULINK的使用

MATLAB中SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。利用SIMULINK功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。

1．运行MATLAB软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink命令，按Enter键或在工具栏单击按钮，即可进入如图1-1所示的SIMULINK仿真环境下。

2．选择File菜单下New下的Model命令，新建一个simulink仿真环境常规模板。

图1-1 SIMULINK仿真界面

3．在simulink仿真环境下，创建所需要的系统。 以图1-2所示的系统为例，说明基本设计步骤如下：

图1-2 系统方框图

1）进入线性系统模块库，构建传递函数。点击simulink下