控制原理实验指导书.doc

控制原理实验指导书.doc自动控制原理实验指导书
第二版
杨小英 郑明方 邹凌
江苏工业学院计算机系
2008年9月
目 录

第一章 自控/计控原理实验机构成及说明 2
构成 2
说明 5
第二章 虚拟示波器 12
虚拟示波器的显示方式 12
虚拟示波器的使用 12
第三章 自动控制原理实验 19
线性系统的时域分析 19
典型环节的模拟研究 19
二阶系统瞬态响应和稳定性 26
实验三 三阶系统的瞬态响应和稳定性 29
线性控制系统的频域分析 31
实验四 一阶惯性环节的频率特性曲线 31
实验五 二阶闭环系统的频率特性曲线 33
非线性系统的相平面分析 37
实验六 典型非线性环节 37
二阶非线性控制系统 41
实验八 三阶非线性控制系统 46
线性系统的校正与状态反馈 51
实验九 频域法串联超前校正 51
实验十 频域法串联迟后校正 53
实验十一 时域法串联超前校正 55
实验十二 线性系统的状态反馈及极点配置 57
采样控制系统分析 58
采样控制系统 58
第一章 自控/计控原理实验机构成及说明
构成
自控/计控原理实验机由以下七个模块组成：
1．自动控制原理实验模块
2．计算机控制原理实验模块
3．信号源模块
4．控制对象模块
5．虚拟示波器模块
6．控制对象输入显示模块
7．CPU控制模块
各模块相互交联关系框图见图1所示：
自动控制原理实验模块
信号源
虚拟示波器
计算机控制原理实验模块
控制对象模块
CPU控制模块
RS232接口
上位机
控制对象输出显示模块
图1 各模块相互交联关系框图
自动控制原理实验模块由六个模拟运算单元及元器件库组成，这些模拟运算单元的输入回路和反馈回路上配有多个各种参数的电阻、电容，因此可以完成各种自动控制模拟运算。 例如构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例微分环节，PID环节和典型的二阶、三阶系统等。利用实验机上所提供的多种信号源输入到模拟运算单元中去，再使用本实验机提供的虚拟示波器界面可观察和分析各种自动控制、计算机控制原理实验的响应曲线。利用本实验平台及虚拟示波器还可以用相轨迹法和相平面法观察和分析非线性系统的瞬间响应和稳态误差等。
实验机的元器件库中还提供了直读式的可变电阻和可变电容，使实验可更方便、简捷地进行。
由于本实验机除了提供了丰富的元器件库，并且在A1-A6模拟运算单元的输入回路和反馈回路中预留了多个由学生自行连接的电阻/电容位置，将方便地扩展各种实验。预留位置在实验机中用‘RES’表示。
计算机控制原理实验模块由模数转换器，数模转换器，8253定时器，8259中断控制器及模拟运算单元组成。在CPU的运算和控制下，可完成数字PID控制，最少拍控制及大林算法等实验。
控制对象模块由温度控制模块，直流电机模块和步进电机模块组成。可实现温度闭环控制实验，直流电机闭环调速实验和步进电机调速实验。还包括外设接口模块，可实现扩展外设各种实验。
CPU控制模块由十六位微机8088及只读存储器27512，随机存取存储器62256，时钟芯片，RS232串口通讯芯片等组成。CPU控制模块（ACT88），位于主实验板的下面，经J1插座与主实验板相联。
根据功能本实验机划分了各种实验区均在主实验板上。实验区组成见下表。
实验区组成
A实验区
模拟运算单元
有六个模拟运算单元，每单元由输入回路6组电阻、或电容，反馈回路7组电阻、或电容，1个运算放大器组成。
A1-A6
可变阻容元件库
由电位器330K和22K，直读式可变电阻0-，直读式可变电容0-。
A7
阻容元件库
有10个电阻，6个电容，2个二极管，1个双向稳压管。
A8
运算放大器库
有3组运算放大器,1个整形器
A9
B实验区
信号发生器
由手控阶跃发生（0/+5v、-5v/+5v），幅度控制（电位器），非线性输出组成。
B1