自动控制实验指导书 第二章实验系统部分 本套实验系统一共提供了11个实验：典型环节及其阶跃响应、二阶系统阶跃响应、 控制系统的稳定性分析、系统频率特性测量、连续系统串联校正、数字PD控制、状态 反馈及状态观测器实验、解耦控制实验、采样系统实验、非线性实验、相轨迹观测实验 除了配套的这11个实验外，可自己灵活地组合各种形式的实验系统，以满足教学的要求。 10/54
自动控制实验指导书 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0%： )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UI接AD、D/A卡的DAl出， 电路的输出U2接A/D、D/A卡的ADI输入。检查无误后接通电源。 4在实验项目的下拉列表中选择实验一[典型环节及其阶跃响应]。 5)鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置 相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。 6)用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量： 0%-Y-x100% 11/54
自动控制实验指导书 Tp与Ts: 利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳态值所需的时间 值，便可得到T与Ts 四、实验内容 构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应： 1.比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。 G(S)=-R2/R1 图1-1 2.惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。 C luf G(S)=-K/(TS+1) K=R2/R1,T=R2C 1t. 图1-2 3.积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。 C uE G(S)=1/TS 图1-3 T-RC 4.微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。 R 100K G (S)=-RCS 图1-4 5.比例+微分环节的模拟电路及传递函数如图1-5。 G(S)=-K(TS+1) K=R2/R1,T-RIC 图1-5
自动控制实验指导书 6.比例+积分环节的模拟电路及传递函数如图1-6。 G(S)=K(1+1/TS) K=R2/R1,T=R2C 图1-6 五、实验步骤 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测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如通信不正常查找原因使通 信正常后才可以继续进行实验。 比例环节 3连接被测量典型环节的模拟电路（图1-）。电路的输入U1接AD、D/A卡的DA1 输出，电路的输出U2接AWD、D/A卡的ADI输入。检查无误后接通电源。 4.在实验项目的下拉列表中选择实验一[一、典型环节及其阶跃响应]。 5.鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应 的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果 6.观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。 7.记录波形及数据（由实验报告确定）。 惯性环节 8连接被测量典型环节的模拟电路（图1-2）。电路的输入UI接AD、D/A卡的DA1 输出，电路的输出U2接AWD、D/A卡的ADI输入。检查无误后接通电源。 9.实验步骤同47 积分环节 10.连接被测量典型环节的模拟电路（图1-3）。电路的输入U1接AD、D/A卡的DA 输出，电路的输出U2接AWD、D/A卡的AD1输入，将积分电容两端连在模拟开 关上。检查无误后接通电源。 11.实验步骤同4~7 微分环节 12连接被测量典型环节的模拟电路（图14）。电路的输入U1接AD、D/A卡的DA】 输出，电路的输出U2接AWD、D/A卡的ADI输入。检查无误后接通电源。 13/54
自动控制实验指导书 13.实验步骤同4~7 比例+积分环节 14,连接被测量典型环节的模拟电路（图1-6）。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1 输出，电路的输出U2接AD、D/A卡的AD1输入，将积分电容连在模拟开关上 检查无误后接通电源。 15.实验步骤同4一7 16.测量系统的阶跃响应曲线，并记入上表。 六、实验报告 1.由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由电路计算的结 果相比较。 2.将实验中测得的曲线、数据及理论计算值，整理列表，填入“实验数据测试表”。 七、预习要求 1.阅读实验原理部分，掌握时域性能指标的测量方法。 2.分析典型一阶系统的模拟电路和基本原理。 14/54