控制工程基础实验指导书.docx

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控制工程基础实验指导书

控制工程基础实验

指导书

实验一典型环节的模拟研究

一、实验目的：

1.熟悉TDN-AC/ACS自控原理实验系统；

2.对典型环节的模拟电路有直观的了解。

二、实验要求：

1.根据要求，分析计算模拟实验系统图；

2.观测和记录不同参数下比例、积分、比例积分和惯性环节的阶跃响应曲线。

三、实验前分析、计算和设计：

1.各典型环节的方块图及传函：

2.

各典型环节的模拟电路图及输入响应：

3.理想曲线：

四、实验使用设备：

1.TDN-AC/ACS教学实验系统一台

2.计算机一台

3.数字万用表一只

五、实验步骤：

1.了解TDN-AC/ACS教学实验系统使用方法；

2.按照各典型环节的模拟电路图接线；

3.观测并记录在阶跃信号下实际响应曲线U0（t），改变参数，再次记录曲线。

六、实验报告要求：

1.实验目的及要求；

2.实验前理论分析计算数据及实验线路图；

3.实验观测并记录波形；

4.根据理论计算和实验结果进行分析、讨论、体会和提出建议。

实验二典型系统动态性能分析

一、实验目的：

1.培养学生模拟设计、参数计算及元件选择的能力；

2.培养学生测试动态性能指标的技能；

3.深入掌握参数对系统性能的影响。

二、实验要求：

1.根据要求，分析计算和设计模拟实验系统图及参数；

2.观测并记录不同条件下二阶系统在阶跃信号作用下的性能指标，即超调量和稳态误差。

三、实验前分析、计算和设计：

1.已知系统结构如下图所示。

G1（s）=K，在如下情况，分别计算超调量和误差：

（1）K=2.5，T2=0.02s；

（2）K=6，T2=0.02s；

（3）K=6，T2=0.1s.

2.按系统结构图，根据给定参数，应用运算放大器和阻容元件，设计模拟实验系统图，并分别选择适当阻容元件参数。

四、实验使用设备：

1.TDN-AC/ACS教学实验系统一台

2.计算机一台

3.数字万用表一只

4.100k电阻两只

5.20k电阻一只

6.1μf电容两只

7.10μf电容两只

五、实验步骤：

按系统结构图设计的模拟实验系统图，根据电阻电容计算值，先选好电阻及电容，然后按图连接线路：

1.K=2.5，T2=0.02s时：

用计算机代替示波器观测并记录系统在阶跃信号作用下的峰值、稳态值，计算超调量；用数字万用表测量输入电压和输出电压，计算误差。

2.K=6，T2=0.02s时：

用计算机代替示波器观测并记录系统在阶跃信号作用下的峰值、稳态值，计算超调量；用数字万用表测量输入电压和输出电压，计算误差。

3.K=6，T2=0.1s时：

用计算机代替示波器观测并记录系统在阶跃信号作用下的峰值、稳态值，计算超调量；用数字万用表测量输入电压和输出电压，计算误差。

参考模拟实验系统线路如下图所示：

六、实验报告要求：

1.实验目的及要求；

2.实验前理论分析计算数据及实验线路图；

3.实验观测并记录的波形及数据；

4.根据理论计算和实验结果进行分析、讨论、体会和提出建议。

实验三典型系统稳态性能分析

一、实验目的：

1.培养学生模拟设计、参数计算及元件选择的能力；

2.培养学生测试稳态性能指标的技能；

3.深入掌握参数对系统性能的影响。

二、实验要求：

1.根据要求，分析计算和设计模拟实验系统图及参数；

2.测量并记录开环增益和零点对典型三阶系统性能的影响。

三、实验前分析、计算和设计：

1.已知系统结构如下图所示。

（1）ξ=T=0，T0=0.1s，用劳斯稳定判据分析系统的稳定性；

（2）T=0，T0=0.1s，用劳斯稳定判据分析系统的稳定性；

（3）ξ=0，T0=0.1s，用劳斯稳定判据分析系统的稳定性；

（4）ξ=0.02s，T=0.1s，T0=0.1s，计算系统超调量及误差。

2.按系统结构图，根据给定参数，应用运算放大器和阻容元件，设计模拟实验系统图，并分别选择适当阻容元件参数。

四、实验使用设备：

1.TDN-AC/ACS教学实验系统一台

2.计算机一台

3.数字万用表一只

4.20k电阻一只

5.10k电阻一只

6.1μf电容一只

7.2.2μf电容三只

五、实验步骤：

按系统结构图设计的模拟实验系统图，根据电阻电容计算值，先选好电阻及电容，然后按图连接线路：

1.用计算机代替示波器观测并记录如下情况时，系统不稳定和稳定的C（t）图形；

（1）ξ=T=0，T0=0.1s；

（2）T=0，T0=0.1s，ξ为计算值；

（3）ξ=0，T0=0.1s，T为计算值。

2.用计算机代替示波器观测记录系统在ξ=0.02s，T=0.1s，T0=0.1s时的阶跃响应，并测算超调量和误差。

参考模拟实验系统线路如下图所示：

六、实验报告要求：

1.实验目的及要求；

2.实验前理论分析计算数据及实验线路图；

3.实验观测并记录的波形及数据；

4.根据理论计算和实验结果进行分析、讨论、体会和提出建议。

实验四CTAI计算机仿真实验

一、实验目的：

1.学习应用计算机绘制响应曲线图的方法；

2.培养借助计算机分析系统性能的技能。

二、实验要求：

1.根据要求，进行必要的分析、计算，以及绘图；

2.上机绘制曲线图，分析各种参数对系统性能的影响。

三、实验前分析、计算和设计：

四、CTAI操作说明详见软件。

实验五Matlab计算机仿真实验

一、实验目的：

1.学习应用计算机Matlab软件绘制响应曲线图的方法；

2.培养借助计算机分析系统性能的技能。

二、实验要求：

1.根据要求，进行必要的分析、计算，以及绘图；

2.上机绘制曲线图，分析各种参数对系统性能的影响。

三、实验前分析、计算和设计：

四、Matlab软件操作说明详见附录。