自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書池州學(xué)院機(jī)械與電子工程系目錄TOC\o"1-1"\h\z\u實(shí)驗(yàn)一、典型線性環(huán)節(jié)的模擬 1實(shí)驗(yàn)二、二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng) 5實(shí)驗(yàn)三、根軌跡實(shí)驗(yàn) 7實(shí)驗(yàn)四、頻率特性實(shí)驗(yàn) 10實(shí)驗(yàn)五、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與校正實(shí)驗(yàn) 錯(cuò)誤未定義書簽。實(shí)驗(yàn)六、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與校正計(jì)算機(jī)仿真實(shí)錯(cuò)誤未定義書簽。實(shí)驗(yàn)七、采樣控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 錯(cuò)誤未定義書簽。實(shí)驗(yàn)八、典型非線性環(huán)節(jié)模擬 錯(cuò)誤未定義書簽。實(shí)驗(yàn)九、非線性控制系統(tǒng)分析 錯(cuò)誤未定義書簽。實(shí)驗(yàn)十、非線性系統(tǒng)的相平面法 錯(cuò)誤未定義書簽。PAGEPAGE14實(shí)驗(yàn)一、典型線性環(huán)節(jié)的模擬一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、學(xué)習(xí)典型線性環(huán)節(jié)的模擬方法。2、研究電阻、電容參數(shù)對(duì)典型線性環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1、XMN-2型實(shí)驗(yàn)箱；2、LZ2系列函數(shù)記錄儀；3、萬(wàn)用表。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、比例環(huán)節(jié)：R(s)-KC(s)pRfR(s)-KC(s)pRfRi-+c(t)Rpop1圖中：KP

RfRi

方塊圖 模擬電路分別求取R=1R=510（K=0.5；i f PR=1，R=1K=1；i f PR=510，R=1K=2；i f P時(shí)的階躍響應(yīng)曲線。2、積分環(huán)節(jié)：R(s)1TisR(s)1TisC(s)CfRi-+c(t)RpOp3i i 圖中：T=i i

方塊圖 模擬電路分別求取R=1C=1（T=1；i f iR=1C=4.（T=4.7；i f iR=1C=1T=10.0；i f i時(shí)的階躍響應(yīng)曲線。3、比例積分環(huán)節(jié)：R(s)KR(s)K1)TisC(s)RfCfRi-+c(t)RpOp3

方塊圖 模擬電路Rf；T=RCP R i f fi分別求取RR=1C=4.（K=1，T=4.7；i f f P iRR=1C=1（K=1，T=10s；i f f P iR=2，R=1C=4.（K=0.5T=4.7；i f f P i時(shí)的階躍響應(yīng)曲線。4、比例微分環(huán)節(jié)：R(s)KTs1dR(s)KTs1dC(s)pTs1fRfR1R2CRi-+c(t)RpOp3方塊圖 模擬電路

Rf

R1；

RR R1 2

RRRf 2

C；T=RCP R i

RR f 21 f分別求取RRRR=1，=K=2，T=3.0s；i f 1 2 P di f 1 2 f P R=2，R=R=R=1C=2K=i f 1 2 f P

=3.0；R=2，RRR=1C=4.K=1，T=7.05；i f 1 2 f P d時(shí)的階躍響應(yīng)曲線。5、比例積分微分環(huán)節(jié)：CfRfR1CfRfR1R2CRi-+c(t)RpOp2R(s)1 Ts1C(s)KTs1TsfdiP方塊圖 模擬電路

RfR

+R1

C ；T=(R

)C+(R+R

)C；1P R R C1 i i

i f 1 f 1 2T R1R

RR

RR

Cf

；T=RCd R1 f

Rf 2f 1 2R=4M，R

R=1M，C

=1，T=18.8s，T

=3.525s）時(shí)的階躍響i應(yīng)曲線。

f 1

f P i d6、一階慣性環(huán)節(jié)：R(s)KTs1R(s)KTs1C(s)RfCfRi-+c(t)Rpop1

方塊圖 模擬電路Rf；T=RCP R f fi分別求取RR=1C==1T=1；i f fRR=1C=4.K=T=4.7；i f fR=510，R=1C=4.（=，=4.7；i f f時(shí)的階躍響應(yīng)曲線。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄上述實(shí)驗(yàn)曲線。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、對(duì)給定的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)計(jì)算階躍響應(yīng)；2、將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果對(duì)照，對(duì)實(shí)驗(yàn)的滿意度進(jìn)行分析；3、根據(jù)電路參數(shù)分析計(jì)算系統(tǒng)響應(yīng)，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照分析測(cè)試誤差原因；4、提高精度的方法和措施（或建議；5、實(shí)驗(yàn)體會(huì)。六、思考題1、設(shè)計(jì)一個(gè)能滿足e1+e2+e3=e運(yùn)算關(guān)系的實(shí)用加法器；2、一階慣性環(huán)節(jié)在什么條件下可視為積分環(huán)節(jié)；在什么條件可視為比例環(huán)節(jié)？3、如何設(shè)置必要的約束條件，使比例微分環(huán)節(jié)、比例積分微分環(huán)節(jié)的參數(shù)計(jì)算工作得以簡(jiǎn)化？實(shí)驗(yàn)二、二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、學(xué)習(xí)二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法。2、研究二階系統(tǒng)的兩個(gè)重要參數(shù)、n對(duì)階躍瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1、XMN-2型實(shí)驗(yàn)箱；2、LZ2系列函數(shù)記錄儀；3、萬(wàn)用表。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：典型二階系統(tǒng)方塊圖RR(s)E(s)2C(s)-ssnn其閉環(huán)傳遞函數(shù)

典型二階系統(tǒng)方塊圖n(s)C(s) 2nR(s) s2n

s2n1n——無(wú)阻尼自然頻率；——阻尼比；T=1n模擬電路

——時(shí)間常數(shù)c(t)Cc(t)CC100KRR100KR-+-R+-+RpOp1RpOp2RpOp9+-Rp100KRf運(yùn)算放大器的運(yùn)算功能：（op1）——積分1TRC； Ts （op2）——積分1TRC； Ts （op）反相-；；（op6）——反相比例K,KRf； 1

Ri1 （rad/；n T RCK 1 R f2 2 Rifn1、調(diào)整R=40，使=0.（=0.2；取=1C=0.4，使T=0.47秒fn加入單位階躍擾動(dòng)r(t)=1(t)V，記錄響應(yīng)曲線c(t)，記作①。

=1/0.4，2、保持=0.2r(t)=1(t)VR=1M，C=1.47T=1.47秒（=1/1.4，加入單位階躍擾動(dòng))=1)，記錄響應(yīng)曲線，記作②。3=0.2)=1)VR=1=1.=1.0=1/1.，r(t)=1(t)Vc(t)，記作③。4=1/1.0)=1)VR=80=0.8（=0.，c(t)，記作④。5=1/1.0)=1)VR=200=2.0=1.0，c(t)，記作⑤。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄上述實(shí)驗(yàn)曲線。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)計(jì)算階躍響應(yīng)；2、將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果對(duì)照，對(duì)實(shí)驗(yàn)的滿意度進(jìn)行分析；3、根據(jù)電路參數(shù)分析計(jì)算系統(tǒng)響應(yīng)，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照分析測(cè)試誤差原因；4、提高精度的方法和措施（或建議；5、實(shí)驗(yàn)體會(huì)。六、思考題1、設(shè)計(jì)一個(gè)能滿足e1+e2+e3=e運(yùn)算關(guān)系的實(shí)用加法器；2、一階慣性環(huán)節(jié)在什么條件下可視為積分環(huán)節(jié)；在什么條件可視為比例環(huán)節(jié)？3、如何設(shè)置必要的約束條件，使比例微分環(huán)節(jié)、比例積分微分環(huán)節(jié)的參數(shù)計(jì)算工作得以簡(jiǎn)化？實(shí)驗(yàn)三、根軌跡實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握根軌跡的意義；2、掌握控制系統(tǒng)根軌跡的繪制方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1、計(jì)算機(jī)；2、數(shù)據(jù)采集卡；3、MATLAB軟件。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1建立數(shù)學(xué)模型參數(shù)矩陣：numerator=[b0,b1,b2,……,bm]；denominator=[a0,a1,a2,……,an]；zeropoint=[z1,z2,……,zm]；poles=[p1,p2,……,pn]；k=k；系統(tǒng)傳遞函數(shù)：system=tf(numerator,denominator)=zpk(z,p,k)；繪制開環(huán)系統(tǒng)的零極點(diǎn)圖：[z,p]=pzmap(system)=pzmap(numerator,繪制閉環(huán)根軌跡命令：[r,k]=rlocus(system)=rlocus(numerator,denominator)=rlocus(numerator,denominator,)確定給定一組根的根軌跡增益命令：[k,poles]=rlocfind(system)=rlocfind(system,p)=rlocfind(numerator,2、根據(jù)實(shí)際物理系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型；設(shè)數(shù)學(xué)模型為G(s)3、改變系統(tǒng)參數(shù)繪制系統(tǒng)根軌跡；輸入系統(tǒng)參數(shù)：w=n=1；b==0.5；

2ns2n

s2nn numeratordenominator=[1,2,1]G=tf(numerator,n G(s)= 1s2s14、繪制系統(tǒng)根軌跡，輸入命令：rlocus(G)5、微分二階系統(tǒng)的根軌跡輸入系統(tǒng)參數(shù)：w=n=2；b==0.5；建立數(shù)學(xué)模型：number=[2，1]；den=[4，5，6]；G=tf(number,den)；則G(s) 2s14s25s輸入命令：rlocus(G)，制系統(tǒng)根軌跡；6、針對(duì)作業(yè)題繪制根軌跡7、記錄根軌跡圖例：繪制單位反饋控制系統(tǒng)的根軌跡。

G(s) 2s14s25s輸入命令：a=[2,1];b=[4,5,6];g=tf(a,b);rlocus(g);則繪制出的根軌跡如下圖所示。試?yán)L制如下系統(tǒng)的根軌跡。k*1、GH(s) s(s4)2、GH(s)3、GH(s)

k*s(s4)(s24s20)k*s2(s2)(s5)4、GH(s)k*(s1)2(s2)2四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄上述實(shí)驗(yàn)曲線。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、根據(jù)數(shù)學(xué)模型和根軌跡繪制規(guī)則分析計(jì)算概略根軌跡，與計(jì)算機(jī)繪制的根軌跡對(duì)照，分析誤差原因；2、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的滿意度進(jìn)行分析；3、提高精度的方法和措施（或建議；4、實(shí)驗(yàn)體會(huì)。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、給定物理系統(tǒng)對(duì)象，即可建立數(shù)學(xué)模型；2、只要有系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，即可繪制系統(tǒng)根軌跡；3、根據(jù)系統(tǒng)根軌跡可分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性及系統(tǒng)性能指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)四、頻率特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、學(xué)習(xí)頻率特性的實(shí)驗(yàn)方測(cè)定法；2、掌握根據(jù)頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制bode圖方法；3、根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果所繪制的Bode圖，分析系統(tǒng)的主要?jiǎng)討B(tài)特性

，t。p s二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1、XMN-2型自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)箱；2、LZ3系列函數(shù)記錄儀；3、DX5型超低頻信號(hào)發(fā)生器；4、萬(wàn)用表。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：典型二階系統(tǒng)方塊圖R(s)R(s)E(s)2C(s)2-n其閉環(huán)傳遞函數(shù)

典型二階系統(tǒng)方塊圖n(s)C(s) 2nR(s) s2n

s2nn——無(wú)阻尼自然頻率；——阻尼比；T=1n

——時(shí)間常數(shù)閉環(huán)頻率特性

G(j)Y(j)X(j)

n1j2nn

1 2 j n n 1 2 1 j2 其中：n

1（rad/s）T

nn模擬電路圖c(t)Cc(t)CC100KRRR-+Op1-100KROp2+-Op9+RpRpRp+-Rp100KRf運(yùn)算放大器的運(yùn)算功能：（op1）——積分1TRC； Ts （op2）——積分1TRC； Ts （op）反相-；；（op6）——反相比例K,KRf；Ri1 1 1 （rad/；K Rf1n T RCf1CRf

值，使n

2 2 Ri=1；=0.2；2、使用XD5型超低頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生正弦波輸入信號(hào)r(t)=Sint穩(wěn)態(tài)時(shí)其響應(yīng)c(t)=Ysin(t+)；3r(t)c(t)記錄曲線序號(hào)f(Hz)(rad/s)A()L()(dB)()(deg)

① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑾4、根據(jù)上述表格所整理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制bode圖，標(biāo)出M，。r r5、根據(jù)所繪制的bode圖分析二階系統(tǒng)的主要瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)標(biāo)出M，t。6、改變二階系統(tǒng)的6n

p s值或值，重復(fù)上述步驟3，4，5，6。四、繪制系統(tǒng)的頻率特性在MATLAB環(huán)境下建立開環(huán)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，同系統(tǒng)根軌跡。在MATLAB環(huán)境下繪制開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性。1、繪制連續(xù)系統(tǒng)的幅相(Nyquist曲線)頻率特性曲線。[re,im,w]=nyquist(system)=nyquist(num,den)=nyquist(system,w)=nyquist(num,den,w)繪制坐標(biāo)網(wǎng)格線命令：gridon去除坐標(biāo)網(wǎng)格線命令：gridoff2、繪制連續(xù)系統(tǒng)的對(duì)數(shù)(Bode圖)頻率特性曲線。[mag,phrase,w]=bode(system)=bode(num,den)=bode(system,w)=bode(num,den,w)繪制對(duì)數(shù)坐標(biāo)網(wǎng)格線命令：gridon去除坐標(biāo)網(wǎng)格線命令：gridoff3(Nichols圖)頻率特性曲線。[mag,phrase,w]=nichols(system)=nichols(num,den)=nichols(system,w)=nichols(num,den,w)繪制Nichols曲線網(wǎng)格線命令：ngridon4(Bode圖)頻率特性