自控原理实验教案.docx

1、自控原理实验教案自动控制原理实验授课教案实验项目实验一、典型环节及其阶跃响应授课专业地点教学时数3学时循环次数4次授课方式实验每组人数2人实验目的与要求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。实验仪器1、EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台2、计算机一台重点与难点教学重点、难点：各环节电路时间常数的测法教学原理、内容、步骤见实验讲义教学条件与手段讲授，演示，实验指导作业实验报告 参考资料1、自动控制理论翁思义 主编 中国电力出版社2001年4月2、自动控制原理程鹏 主编 高等教育出版社2003年8月第1版3、自动控制原理典型例题解析与习题精选宋申

2、民 陈兴林 主编 高等教育出版社2004年8月第1版4、自动控制原理习题解析胡寿松主编 科学出版社2007年6月第一版5、自动控制理论实验指导书北京精仪达盛科技有限公司实验数据、曲线 实验项目实验二、二阶系统阶跃响应授课专业地点教学时数3学时循环次数4次授课方式实验每组人数2人实验目的与要求1、研究二阶系统的特征参数，阻尼比自然频率n对系统动态性能的影响。定量分析和n与最大超调量MP和调节时间ts之间的关系；2、 进一步学习实验系统的使用方法；3、学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。实验仪器1、EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台2、计算机一台重点与难点教学重点、难点：p%、tp、ts

3、的测量教学原理、内容、步骤见实验讲义教学条件与手段讲授，演示，实验指导作业实验报告 参考资料1、自动控制理论翁思义 主编 中国电力出版社2001年4月2、自动控制原理程鹏 主编 高等教育出版社2003年8月第1版3、自动控制原理典型例题解析与习题精选宋申民 陈兴林 主编 高等教育出版社2004年8月第1版4、自动控制原理习题解析胡寿松主编 科学出版社2007年6月第一版5、自动控制理论实验指导书北京精仪达盛科技有限公司实验数据、曲线图2-1 二阶系统结构框图图2-2 二阶系统simulink图注：阶跃信号和输出信号时间值从1s开始 图2-3 =0的阶跃响应图 2-4 =0.25的阶跃响应 图2

4、-5 =0.5的阶跃响应图 图2-6 =1的阶跃响应图图2-7 C1=C2=0.1uf的二阶系统simulink图 图2-8 =0.5的阶跃响应图图 2-9 =1的阶跃响应图 实验结果参数p%tp(ms)ts(ms)阶跃响应曲线R=100KC=1ufn=10rad/sR1=100KR2=0K=0100322如图2-3R1=100KR2=50K=0.2544.43251200如图2-4R1=100KR2=100K=0.5如图2-5R1=100KR2=200K=1如图2-6R=100KC1=C2=0.1ufn=100rad/sR1=100KR2=100K=0.5如图2-8R1=100KR2=200

5、K=1如图2-9实验结论：（1）p%随着的增大而减小，当1时，p%=0，p%与n无关。（2）当n 为恒值时，tp随的增大而增大，当为恒值时，tp随n增大而减小。（3）当n 为恒值时，ts随的增大而减小，当为恒值时，ts随n增大而减小。实验项目实验三、控制系统的稳定性分析授课专业地点教学时数3学时循环次数4次授课方式实验每组人数2人实验目的与要求1、观察系统的不稳定现象。2、研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。实验仪器1、EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台2、计算机一台重点与难点教学重点、难点：各环节电路时间常数的测法教学原理、内容、步骤见实验讲义教学条件与手段讲授，演示，实验指导

6、作业实验报告 参考资料1、自动控制理论翁思义 主编 中国电力出版社2001年4月2、自动控制原理程鹏 主编 高等教育出版社2003年8月第1版3、自动控制原理典型例题解析与习题精选宋申民 陈兴林 主编 高等教育出版社2004年8月第1版4、自动控制原理习题解析胡寿松主编 科学出版社2007年6月第一版5、自动控制理论实验指导书北京精仪达盛科技有限公司实验数据、曲线图3-1 C=1uF系统的方框图 图3-2 C=1uf,R3=50K,K=5 图3-5 C=0.1uf,R3=50K,K=5 图3-3 C=1uf,R3=100K,K=10 图3-6 C=0.1uf,R3=100K,K=10 图3-4

7、 C=1uf,R3=200K,K=20 图3-7 C=0.1uf,R3=1100K,K=110图3-8 C=0.1uF系统的方框图实验结论：当C=1uF，列些系统的闭环特征方程、劳斯表可得，当K1=2，即K=20，R3=200K时，闭环系统处于临界稳定状态；当C=0.1uF，列些系统的闭环特征方程、劳斯表可得，当K1=11，即K=110，R3=1100K时，闭环系统处于临界稳定状态。实验项目实验四、系统频率特性测量授课专业地点教学时数3学时循环次数4次授课方式实验每组人数2人实验目的与要求1、加深了解系统及元件频率特性的物理概念；2、掌握系统及元件频率特性的测量方法；实验仪器1、EL-AT-I

8、II型自动控制系统实验箱一台2、计算机一台重点与难点教学重点、难点：各环节电路时间常数的测法教学原理、内容、步骤见实验讲义教学条件与手段讲授，演示，实验指导作业实验报告 参考资料1、自动控制理论翁思义 主编 中国电力出版社2001年4月2、自动控制原理程鹏 主编 高等教育出版社2003年8月第1版3、自动控制原理典型例题解析与习题精选宋申民 陈兴林 主编 高等教育出版社2004年8月第1版4、自动控制原理习题解析胡寿松主编 科学出版社2007年6月第一版5、自动控制理论实验指导书北京精仪达盛科技有限公司实验数据、曲线1、 测频率特性频率特性理论值的计算，在MATLAB命令行窗口键入如下指令：A

9、=500/sqrt(500-a2)2+(10*a)2) P=-atan(10*a/(500-a2) Du=P*180/pi角频率在正弦波信号源设置框内设置，即取(1、10、20、50、100)rad/sec蓝色曲线为输出信号，洋红色曲线为输入信号。图4-1 系统的simulink图 图4-2 1rad/sec 图4-3 10rad/sec 图4-4 20rad/sec 图4-5 50rad/sec图4-6 100rad/sec表4-1 系统频率特性的理论值与实测值（rad/s）理论值实测值A()()(rad)XmYmA()()11.0018-0.0200101.2127-0.2450202.2

10、361-1.1071 0.932.2500.24250.2450-pi1000.0523 0.1049-pi0.850.052Xm：信号源峰谷值之差2Ym：输出信号的峰谷值之差2、画波特图用bode函数绘制系统的波特图取R3=500K，则开环传递函数为：闭环系统传递函数为：bode(500,1 10 500);grid图4-7 系统的Bode图3、用nyquist函数绘制系统的奈氏图 nyquist(500,1 10 500);grid图4-8 系统的奈氏图实验项目实验五、控制系统的根轨迹分析授课专业地点教学时数3学时循环次数4次授课方式实验每组人数2人实验目的与要求1、加深理解控制系统的根轨

11、迹的绘制方法；2、分析附加零点、极点，对系统稳定性的影响；实验仪器1、EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台2、计算机一台重点与难点教学重点、难点：各环节电路时间常数的测法教学原理、内容、步骤见实验讲义教学条件与手段讲授，演示，实验指导作业实验报告 参考资料1、自动控制理论翁思义 主编 中国电力出版社2001年4月2、自动控制原理程鹏 主编 高等教育出版社2003年8月第1版3、自动控制原理典型例题解析与习题精选宋申民 陈兴林 主编 高等教育出版社2004年8月第1版4、自动控制原理习题解析胡寿松主编 科学出版社2007年6月第一版5、自动控制理论实验指导书北京精仪达盛科技有限公司实验数据

12、、曲线1绘制原系统的根轨迹图；2为系统附加零点绘制系统的根轨迹图；3为系统附加极点绘制系统的根轨迹图；令K=1，在MATLAB的M代码编辑器中键入如下程序代码：%绘制原系统的根轨迹图num1=1;den1=conv(1 0,1 1);G1=tf(num1,den1)subplot(2,2,1);rlocus(G1)R1,K1=rlocus(G1)title();xlabel(Re);ylabel(Im);grid on%绘制附加零点后系统的根轨迹图num2=1 2;den2=conv(1 0,1 1);G2=tf(num2,den2)subplot(2,2,2);rlocus(G2)R2,K2=rlocus(G2)title();xlabel(Re);ylabel(Im);grid on%绘制附加极点后系统的根轨迹图num3=1;den3=conv(1 0,conv(1 1,1 2);G3=tf(num3,den3)subplot(2,2,3);rlocus(G3)R3,K3=rlocus(G3)title();xlabel(Re);ylabel(Im);grid on 图5-1 原系统的根轨迹图 图5-2 添加零点系统的根轨迹图图5-3添加极点系统的根轨迹图实验结论：