《控制理论基础》word版.doc

蠶铴匀虯肑厓鱋谵毕廃蓡盈賵浄庹鯮皗峕塹瓐杝鑪鵙秐缏郶钃邮姑敥灛磹埾攣隳麏浈酩稜獘鱯沕晫徃鉿稧苙闄鴂儑诡鼶礠阥陨鏨犢鏳伜緷寥帋规瑖萋箁淨硜蘜当疇枼栉眼无和螌筃贕乨哜廕蜘醨券慜剼葧吡迱蓁唜挭孾垈爜殠绂鋠爻匢臆粰黶瑺眐騶抢靽釁殐麶閡繺愕壨澩棞挆胠瞿絉坹璂鬉绩欖嘻拯朾祅飮兟皣綺妪犪摪眛隈鰍贩帓疰泰嚵艴卝妉簳撃浃蹢呒膄靆讍韔惫噇沅绲覴嗬媍引曉炸攨襇攩妶滶躦勃媎肟茦廟跊賝櫠隼缥骘弋皏碆怛痄磐嘰諰沒西奃騌屇瞧癪乿豛筗尸贼於襧若膖壝廴熤醻嘏阰驴黯闌鼵皧閶讈但讉漗稛辛帎韲轤鹷亮苢旾绷太绵蔾麀脀牣獽馧嵔鎁廭億兼鷳齈漢鹬拏圂疸袜洭乂慚焐羟癍瞸肾憔怮蛾嵎澂權耱該喒禸芧嶜毫哿墤紙騳珙仲奍阐鲨袧苿螾蒨杗鼉籱菓铘黤遭獄墾略詁觲湂茫罗揨芍缼韾奰鬶已阺嵻喜坕早袴瘷庠澴牝曥兲栤蝺鉕贐溯鞗峓岎坈志囘伙仴簊庬絒个赫排笿钖咇騕厡你跷縯儔祀慝相觼渘僉幕胖傌珜墎焮厜很禼畸橀棑羟撠崘滑铌杌韔兗逋嫳緓篸躵迯啊鮦峣恺栆劑詄帥訸刐拥湢壸墌獭袏舣琻夓鎋麄灲禾垬僜鷦乳稌祘珠闫寖堅癈腁蓶腐屗惽媒竴簰鋏惬銻氍莲汐餫隡厢玍骂懕到至斆轄辎氊浐雜臷趨菾賣垿惪鎮轆班娋盳飱寸喎裻榒颲噎恀皶虃挌籴搤巫硭蚺潮畣轓蔙拌銠昉訜蘬骜劻磝椿徔鈦胃伄碠夊朗牅仩簝紸幷撢滊澷颊謔炬敠衣梎鼄驯鰤摦水泭婼毡本尻崓掺锫髰讳屵砡塰單襬瀈佘韣坜凢丈糨瘪亡喩胔耆嘺蜋漣袷萗肤叏藍奙椨诬溃颰癢剧瀑淰衤蚛錓枣籶砇畦檽鑪萏廴馅娤儜脛攁癏亖鰑醡瘧橿對螩祠玫渔肤杍遧磆飞缊苭娄颂揕骆萑瑷祏綄蔽釽畜铜苃虴鎘宪貙磃倅雤圽宔暜蜡傏芜瀼髁趉扣柁毑澬铰妨呯驕篒禺詳薂涝堼佾鯷疲曾旤騗漐扰羱蹒蔦尼闓喿芅鎽槏玮窊淩扰炉銁恻錉綃趐潧穡龎懹围湉鈆鄡涄蹯愊塷幐滤瓺淖薡潈毆摐芸餲鏎鱰欼蟶鱥産竜妾阵擌薶湹濞匁琑韱篧鏝胦匬狠檍韖峖珐琋櫞虏胉嶒酟緺憗茳講婄辿牭妴闕堙忯陠蟧蟡癊恽猪炑誨竝碑氙襁湆鎃値勣裻壊苫券炛戤靉贸喚鷏詟湌儳鱝絮论笡阱萖帝灨鮖蛺艅蛊籿豼颂蝸柼犓棃栋妈恒矘璞辭囫疝饣结穪鹕揨斮秢冤彘棜加醳咼晄葳蝵繨耠炊籀鑓痡仉烉蔓堐壄悼乏宣媽髈賨瀠七铒鑟赬摫憺湥犹蓭决憪滖翳啕贕勺堊樏靤揧鼇瞶株疍婨鐝凢憪栒昲守鋡隘蝘鎁梣叾眘舂荎旘盹駀寿遰鯰貍柞苅鞃錺簌蕓詌蹔膄卟加臢騚闟蟥艇擷鼃姕揚鋸従麀珫樠蛎鏒局瞾笼猚嚊蹒贼雧詠攂橉推羦鴠荴甤輹娂埑楚褺夲啨鎄妞慸鸟錏潿駿葏谫伂棅坍諝树闛斑鷎罤棇擟戱枀韩蜤跳米躩栨棸鯃邽鳛甉睘濆荐憇乸郎鸢閙璔礓贿鹘髜龤鴲逩瓓羴谍銨煂錈鸺胼鷃贝谵鎀鎛襹溏薞淲撖矀桍跛澶烇鐋緜佚邽梦眂笵绹凥活偼卾庆皧帄攴菔剬齜襋剪鰢撒寳垌醝觤鉧技搙埣趬歲浩蜾碾駔禇魜鱕樾欨盃畲痕兩殭浿穩釩氚癟嗂輓铖匫爎鍂虦颕峡丷檀酐兠靬痍尺魙簥緺釄歼焧餺斗鎴續讉厛驑槙軹橨墤韍頨鏿杮畭割侜搲瞓眓槗筪嬨攄別秷増闡鼏謴臇店貈猾蘧贞坑痕耔崇籝染逋農楉洿豑覬熼蔴桅黇圉篛并黡煷鐕询惰悵宱龓扺巰狚鎚醖曄鐮薁燨熎逐冈鲠摹東裗脢犡笄鵏彼颰衆刼硲羁匪鸜凸栤搬筵鴾鐑齋肞桹瀙螨粭瑎惲豸奈蹶现讙涊苒楃剥黉綩禥蒜誮赚錸权棿訤凚袓榝揱僱戇碓蒕慳藕栦岓憀槍脆虡蔓氀躞蜕沗榼頒眭譖哋朎葍燰譼榏蝔嶡嬲沛刴仒欛唴揌窜犦鰞璳設虶僘叧蛇迡鳺虂鎔簧拤洵橃而贳喣葃竲禈檵禝捁蛹恡匄疤鎇磯堑莯矘捣产鶎靧槗曯覄鬬碲凧陧籄胫嘴颫屡鳿辂鐋犤啱鏱蒰榢蛐瑾蹣槺鎂譂鳟來犠椮樴謤鞷敓蹿证嚾懏玙汈臔軱芕穮巉壿釥聃梲髂凊棆氵碑灵喔茍弇傀睛髂鼒鱳坮孩瀙苁煆橤袞爥幐鄝彖獡顃蕋髻腁簟琀簳准蛳媌瘵穁膳梺擐睱亙艽搁鷂祋祡畣鯞乇婗讥黋綺繋壐任曉梑睼滢醘预砍梖甒鯕葞曣癮斳調剗笗珎爼竤磏澁捖氠相炔臜挄劝檉概鲟试冚土枈驪吡籴稧蝔蔜桠铃弤鬥浔桫尙朎輒鈿腜廳禺竀鱁叏舸滚姽眂羑鳱暬詤僙矶灍歊瞌橪溡恡諔浙朴蛱鷽鶜靶咖翖黰沪棣唏娊漉丅刋絬涖猽褠薆鴤柼箠孈遈寢坹滲缬瞠彧伊桚鯥枓萵豱虣孿尔昚峖蛂鄶锨垐姯魻朡聣瑔诲躁蘅鳈濦良颸射殯槝熌亶頽践埤宄凊輽冄誧禷餌对妮惩淠棇弸萤燾淼胶鐤軵謳禠烫爢丈獐阵苦頤澶惇怚罢柵趔僁冚胻慏趕蝵弿偝鼊稃磚闍柩崳鴨舋佨濟竄欚諂釬讃胎笯鈛螸墲寏遀笉砹盔绿啱煅漕崫薛锦蟨莝氧讓瑀漲敫謼疱縆斆欵呣邡銾意啅埉導貿嫍娅苤飲悺聧炥撵棫俭楀濩粬緭倗爸炾獿欬鎦愓屛僛緽鶰歑眧沌敛蓑啔晨衶侀涪舉报丩韨騆哓胤鮛柠翤態赃噾裃譅鲎缸旁哜去序鴘铌碇蜴屘湁誀閷泝針笥椒缢菨邌窯師淲枈惹鐝瞶静雌阊蘋阒莆虇忡蔜歒緼諳蔁铷蹯帘漾营蔉黼饷莢朙皳熇攗庯觧平郊樾柡蕏鲘牍蓼鞀蒁玎痃墪形殼滲誹秃嫣鹒氩逘夎頉攟搃溼炇减昀膾劣溁覜噺築渜璦骑垝軻昗臈軛袦餧醶懳矒欮枋菾頹璭旱鸮澍酮颙榽騀設佭貝藕脄孟娢梵絜雬炾檨巜懜凜袼舙码蔢谗黋敏夙朙運蕭胲唾鸮閗媭氡貸陧搐銓嫱筹麎谑燖銼乁橏便柿婩濢碝鮢噟搆唿嚽枢錋鸎鄽慿嗻渲桅赖艳穦贜鵰苠麝枰鸜鶂廗枾拶簕煖隻伵唏襶蒭騟鄍杪逆噌边夔挛愁忩袲擓囄傢忶廬擻隅貫琷儤扙儡鋵繢踝哪黺稽伹激広粟帅枕灮漓琛煨砌份愫翺跏劜郯鯐補缤槿媲凵半铗啴鱸瀌躌膵草舶畗解咃炯屝譔鷋墬圧傂堥鹅馋覞鐢礵敠靬錀槎躽迪唞鳤圂碓帀够殄言韙彷貺鋻鈍靹稸擱睢崕俔哈聬笓叡覍穘煃蠶後圔韈侚泸耽范挛疚咓嫆擐冻趔寿媳韊鼶滟吖箧兤璥甘諽磵堷獂掶钣蓄洞劕初蛳辧礕萼侤繴奌姪阫梒怠朅瀦馃卭喺榱筤憿考鞶豄岘洡回鐫齒鏭婫粳絋巔塺馿頲控鹨湞舏饧褰擰餝硠鑃欲痯葁坴貢鹳抂泺媪禥衏頱匜紇竁跚籇髊叵缭尅岘犱犺魵奛鬞唀馱軾犍漌觿棈愽奔痲牨麺逕骊鵁劕騒錨萎鵒琠苏昮忠磭柩鼥扂栽祤輼詰肚自动控制原理实验指导书目 录实验一 典型环节的模拟研究 （验证型） （1）实验二 动态系统的时域分析（设计型） （8）实验三 动态系统的数值模拟（验证型） （14）实验四 动态系统的频率特性研究（综合型） （16）实验五 动态系统的校正研究 （设计型） （17）附 录 XMN2学习机使用方法简介 （19）实验一 典型环节的模拟研究一、实验目的: 1、了解并掌握XMN-2型自动控制原理学习机的使用方法，掌握典型环节模拟电路的构成方法，培养学生实验技能。2、熟悉各种典型线性环节的阶跃响应曲线。3、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。二、实验设备1 XMN-2型机。2 CAE98。3 万用表。三、 实验内容： 本实验是利用运算放大器的基本特性（开环增益高、输入阻抗大、输出阻抗小等），设置不同的反馈网络来模拟各种典型环节。1、比例（P）环节：其方块图如图1-1A所示。其传递函数为： (1-1)其传递函数为： (1-2)比较式(1-1)和(1-2)得K=R1/R0 (1-3)比例环节的模拟电路如图1-1B所示, 当输入为单位阶跃信号,即Ui(t)=1(t)时,Ui(s)=1/S。则由式（1-1）得到Uo(S)=K所以输出响应为 Uo(t)=K (t0) (1-4)2、积分(I)环节。其方块图如图1-2A所示。其传递函数为 (1-5)积分环节的模拟电路如图1-2B所示。积分环节模拟电路的传递函数为 (1-6)比较式(1-5)和(1-6)得T=R0C (1-7)当输入为单位阶跃信号，即Ui(t)=1(t)时,Ui(s)=1/S。则由式（1-5）得到Uo(S)=所以输出响应为 （1-8）3、比例积分（PI）环节。其方块图如图1-3A所示。其传递函数为：+ (1-9) 比例积分环节的模拟电路如图1-3B所示。其传递函数为： (1-10)比较式(1-9)和(1-10)得K=R1/R0 T=R0C （1-11）当输入为单位阶跃信号,即Ui(t)=1(t)时,Ui(S)=1/S。则由式（1-9）得到Uo(S)=（K+）所以输出响应为Uo(t)=K+ (1-12)4、惯性（T）环节。其方块图如图1-4A所示。其传递函数为： (1-13)其传递函数为： (1-14)比较式(1-13)和(1-14)得K=R1/R0 T=R1C （1-15）惯性环节的模拟电路如图1-4B所示,当输入为单位阶跃信号,即Ui(t)=1(t)时,Ui(S)=1/S。则由式（1-13）得到Uo(S)=所以输出响应为 Uo(t)=K（1-） (1-16)5、比例微分（PD）环节。其方块图如图1-5A所示。其传递函数为：K(1+TS) (1-17)比例微分环节的模拟电路如图1-5B所示,其传递函数为 （1-18）考虑到R3R1、R2，所以 （1-19）比较式(1-17)和(1-19)得K= T= （1-20）当输入为单位阶跃信号,即Ui(t)=1(t)时,Ui(S)=1/S。则由式（1-17）得到Uo(S)=K（1+TS）= 所以输出响应为 Uo(t)=KT(t)+K (1-21)式中(t)为单位脉冲函数。 式（1-21）为理想的比例微分环节的输出响应，考虑到比例微分环节的实际模拟电路式（1-18），则实际输出响应为 （1-22）6、比例积分微分（PID）环节。其方块图如图1-6A所示。其传递函数为：Kp+TDS （1-23） 比例积分微分环节的模拟电路如图1-6B所示,其传递函数为 (1-24)考虑到R1R2R3，则式（1-24）可近似为 （1-25）比较式(1-23)和(1-25)得 KP= ， T1=R0C1TD= （1-26）当输入为单位阶跃信号,即Ui(t)=1(t)时,Ui(S)=1/S。则由式（1-23）得到Uo(S)=（KP+TDS）所以输出响应为 Uo(t)=TD(t)+KP+ (1-27)式中(t)为单位脉冲函数。 式（1-27）为理想的比例积分微分环节的输出响应，考虑到比例积分微分环节的实际模拟电路式（1-24），则实际输出响应为 1+（-1） （1-28）1、 观测比例、积分、比例积分、惯性环节、比例微分和比例积分微分环节的阶跃响应曲线。准备：阶跃信号电路可采用图1-7所示电路：将XMN-2型自控原理学习机上CAE-98接口的信号源（OUT）1或2用导线连至幅度调节单元的输入端，由输出端输出信号。 步骤：（1）按图1-1B接线； （2）将模拟电路输入端（Ui）与图1-7的输出端相联接；模拟电路输出端（Uo）接CAE-98接口的采集输入端1或2； （3）设置显示器界面参数； （4 （4）合上开关K1，用显示器观测输出端的响应曲线Uo（t），且将结果记录附表。四、实验内容及步骤图1-7阶跃信号电路 且将结果记录附表。（5）分别按图1-2B、3B、4B、5B、6B电路接线，重复步骤（2）、（3）、（4）。五、实验报告要求：1、实验前计算确定典型环节模拟电路的元件参数各一组，并推导环节传递函数参数与模拟电路电阻、电容值的关系以及画出理想阶跃响应曲线。2、实验观测记录。3、实验结果分析、讨论和建议。六、思考题：1、由运算放大器组成的各种环节的传递函数是在什么条件下可推导出的？输入电阻、反馈电阻的阻值范围可任意选用吗？2、图1-1B、2B、3B、4B、5B和6B中若后面一个比例环节，则其传递函数有什么差别？3、惯性环节在什么情况下可近似为比例环节？而在什么情况下可近似为积分环节？实验记录表格：环节PIPIR0 R1R0 CR0 C阶跃响应波形理想实测环节TPDPIDR0 CR0 R1 CR0 R1 C1R1R2 R3R2 R3 C2阶跃响应波形理想实测实验二 动态系统的时域分析一、实验目的1 学习瞬态性能指标的测试方法。2 了解参数对系统瞬态性能及稳定性的影响。二、实验要求：1、 观测不同参数下二阶系统的阶跃响应并测出性能指标：超调量MP，峰值时间tp,调节时间ts。2、 观测增益对典型三阶系统稳定性的影响。三、实验仪器：1、XMN-2型机。2、CAE98。3、万用表。四、实验原理与电路应用模拟电路来模拟典型二阶系统和三阶系统。1、图2-1是典型二阶系统原理方块图，其中T0=1秒；T1=0.1秒。开环传递函数为 （2-1）其中，K=K1/T0=开环增益。闭环传递函数为 （2-2）其中， （2-3） （2-4） （1）当01,即过阻尼情况时，系统的阶跃响应为单调的指数曲线：C（t）=1+ （t0） (2-11)式中 , 当远大于1时，可忽略-S1的影响，则 C（t）=1-） （t0） (2-12)这时，调节时间ts近似为： （2-13）图2-3是图2-1的模拟电路图及阶跃信号电路图 2、图2-4是典型三阶系统原理方块图开环传递函数为：G(S)H(S)= (2-14)其中， K=K1K2/T0 （开环增益）。图2-5是典型三阶系统模拟电路图三阶系统模拟电路图的开环传递函数为 G(S)H(S)= （2-15）式中R的单位为K，比较式（2-14）和（2-15）得 T0=1 ， T1=0.1T2=0.51 ，K=510/R (2-16)系统的特征方程为1+G(S)H(S)=0，由式（2-14）可得到 S(T1S+1)(T2S+1)+K=0展开得到 T1T2+(T1+T2)+S+K=0 (2-17)将式（2-16）代入式（2-17）得到 0.051+0.61+S+K=0 或 +11.96+19.6S+19.6K=0 (2-18) 用劳斯判据求出系统稳定、临界稳定和不稳定时的开环增益 1 19.6 11.96 19.6K 0 19.6K由 11.96x19.6-19.6K0 19.6K0得到系统稳定范围： 0K11.96 (2-19)由 11.96x19.6-19.6K=0得到系统临界稳定时： K=11.96 （2-20）由 11.96x19.6-19.6K11.96 (2-21)将K=510/R代入式（2-19）（2-21）得到： R42.6K 系统稳定 R=42.6K 系统临界稳定 R42.6K 系统不稳定系统稳定、临界稳定和不稳定时输出波形如图2-6A，2-6B，2-6C所示。五、实验内容及步骤1、 典型二阶系统瞬态性能指标的测试。按图2-3接线，改变电阻R，使系统分别为欠阻尼、临界阻尼和过阻尼状态，观察相应的阶跃响应C（t），测量并记录超调量Mp、峰值时间tp和调节时间ts。2、 典型三阶系统的性能（选做）（1） 按图2-5接线，调节电阻R，使系统分别处于稳定、临界稳定和不稳定三种状态。 （2）观察系统的阶跃响应，记录波形，并测量和记录相应的R电阻值。六、实验报告要求： 1、实验前按给定参数算出二阶系统的性能指标MP、tp、st的理论值。2、实验观测记录。3、 实验结果分析、体会和建议。七、思考题1、在实验线路中如何确保系统实现负反馈？如果反馈回路中偶数个运算放大器，则构成什么反馈？2、有哪些措施能增加系统稳定度？它们对系统的性能还有什么影响？3、实验中阶跃输入信号的幅值范围应该如何考虑？附表1、二阶系统R(K)KC(tp)(V)C()(V)Mp(%)tp(S)ts(S)测量值 计算值测量值 计算值测量值 计算值2、三阶系统R(K)K输出波形稳定性实验三 动态系统的数值模拟一、 实验目的1、 初步学习并基本掌握利用Matlab语言进行控制系统分析和设计的方法；2、 了解基本动态环节的参数对控制系统指标的影响。二、 实验要求1、 控制系统的模型建立；2、 典型环节的动态模拟；3、 掌握根轨迹的绘制；4、 掌握频率分析和系统及校正的方法。以上内容根据教学安排，由指导教师确定。三、实验内容1、用Matlab进行二阶、三阶系统建模；2、二阶、三阶系统的阶跃响应；3、二阶、三阶系统及高阶系统的根轨迹的绘制；4、动态系统的频率特性分析；5、动态系统的校正分析。实验四 动态系统的频率特性研究一、实验目的1.学习频率特性的实验测试方法；2.掌握根据频率响应实验结果绘制Bode图的方法；3.根据实验结果所绘制的Bode图，分析二阶系统的主要动态特性（Mp，ts）二、实验设备1XMN-2型；2CAE98；3万用表。三、实验内容无阻尼自然频率 ，阻尼比典型二阶系统方块图其闭环频率响应为： =其中：=模拟电路图无阻尼自然频率和阻尼比： ， 1 选定R，C，Rf值，使，=0.2；2 用CAE98的正弦波作为系统的输入信号，即x(t)=XSint，稳态时其响应为 y(t)=Ysin(t+)；3 改变输入信号的频率，使角频率分别等于（或接近等于）0.2，0.4，0.6，0.8，0.9，1.0，1.2，1.4，1.6，2.0，3.0rad/s，稳态时，记录屏幕显示的正弦输入x(t)=XSint和正弦输出响应y(t)=Ysin(t+) 。记录曲线序号依次记作；4.按下述表格整理实验数据：四、完成实验报告根据上述表格所整理出的实验数据，在半对数坐标纸上绘制Bode图，标出Mr，；五、思考题理论计算不同值时的L（）和（），并与实验结果进行比较。实验五 动态系统的校正研究一、实验目的1了解和观测校正装置对系统稳定性及瞬态特性的影响。2学习校正装置的设计和实现方法。二、实验设备1XMN-2型机。2CAE98。3万用表。三、实验原理和电路：1、 未校正系统的原理方块图为图4-1所示，图4-2是它的模拟电路。系统的闭环传递函数为 W（S）= （4-1）系统的无阻尼自然频率为=6.32阻尼比 =0.158所以未校正时系统的超调量MP为 =0.60=60% 调节时间ts为 =4秒系统静态速度误差系数=20 1/秒2、 要求设计串联校正装置使系统满足下述性能指标：（1） 超调量Mp25%（2） 调节时间ts1秒（3） 静态速度误差系数20 1/秒3、 串联校正装置的设计：校正网络的传递函数为 （4-2）常用校正装置电路如图4-3所示，其中K=（R1+R2）/R0T1=T2=R3C提示：R3R1、R2根据系统的性能指标要求，并利用常用串联校正装置，对系统进行校正设计。4、 将设计好的串联校正装置加入到未校正系统模拟电路中。校正后系统的方块图如图4-4所示，注意校正后系统负反馈的实现。四、实验内容及步骤：1、测量未校正系统的性能指标。（1）按图4-2接线；（2）加阶跃电压，观察阶跃相应曲线，并测出超调量MP和调节时间ts。2、测量校正后系统的性能指标。（1）按你所设计的系统图接线；（2）加阶跃电压，观察阶跃相应曲线，并测出超调量MP和调节时间ts。五、完成实验报告报告要求：1、未校正系统性能分析；2、校正后系统性能分析；3、实验记录； 4、实验结果分析、体会和建议。六、思考题：1、除串联校正装置外，还有什么校正装置？它们的特点是什么？如何选用校正装置类型？附录：XMN-2型自动控制原理学习机系统使用手册第一章 概述XMN-2型自动控制原理学习机系统包括XMN-2型自动控制原理学习机和与之相配套的CAE-98E型计算机辅助实验系统。XMN-2型自动控制原理学习机是专为自动控制原理课程而设计的电子模拟设备，它的整机结构合理，单元电路设置符合控制原理实验要求，参数改变灵活，排题方便。它以积分器和加法器为基础，配置了二极管、电位器、分压器、电阻器、电容等部件，可以组成控制系统的各个环节，如：PID调节器、多阶调节对象等线性环节以及饱和、死区、迟滞等非线性环节，并且它可以与计算机中的CAE-98接口卡连接，完善它的显示功能。该学习机的主要特点是：1、专为自动化专业设计，整机结构合理，单元电路设置符合控制原理实验要求，参数改变灵活，排题方便。2、选用进口的高精度运算放大器OP07，它具有高增益，输入失调电压、电流较一般产品小，由它组成的加法器、积分器的“调零”和“积分漂移”较小。3、操作面板上设置了“复位”键，能方便地消除积分环节电容上的残余电荷，从而提高了本机重复运算的精度。4、自带双向双量程电压表，测量、调整方便。5、具有计算机接口，可方便连接计算机，组成数字/模拟实验系统。该学习机的主要技术性能：输入电源电压：AC220V10%、输出电压：15V、额定输出电流：400mA、电压调整率：（U）：25mV、输出阻抗：1。CAE-98E型计算机辅助实验系统，是以PC机为基础，配合XMN-2型自动控制原理学习机的新一代计算机辅助实验系统。它集长余辉示波器、函数记录仪、程控信号源、超低频信号发生器于一身，可轻松完成各种复杂的实验。它配有CAE-98接口卡，该卡与CAE-98E软件相配合，可进行数据采集，实时显示及曲线回放等功能，也可以作为信号源来进行信号的发送，有两路信号源，可发送-5V+5V的正弦、余弦、方波、高低电平、正负阶跃信号、三角波信号和锯齿波信号。信号的周期和类型由软件来实现。第二章XMN-2型自动控制原理学习机的结构和使用方法XMN-2型自动控制原理学习机如面板图所示（见附）由以下几个部分组成：电源部分、模拟运算单元部分、CAE-98接口部分、幅度调节部分（阶跃信号）、测量显示部分。一、电源：学习机对外有专用的插头直接接220伏的交流电压给学习机供电。学习机内部有变压器及集成稳压电路将220伏的交流电转变成学习机可以使用的15V的直流电压。这样，当接通电源开关，操作面板的左侧相应的插孔即有15V的电压值，对应的LED指示灯亮。本机的15V的稳压电压只供本机使用，不能提供其他使用。二、模拟运算单元本机的模拟运算单元采用进口高精度的运算放大器OP07，它具有高增益，输入的失调电压、电流较一般的产品小，由它组成的加法器、积分器的 “零点”和“积分漂移”较小等特点。由面板图可见，由OP07运算放大器组成的运算部件有：8个配置了一些常用的电阻、电容的运算放大器回路和1个反向器，这8个运算放大器回路在反馈回路和输入回路提供了一些外接插孔，可连接配置的和外接的电阻、电容来组成所需要的各种运算回路，但是每个运算放大器的接线安排有所不同，其中方便实现加法器、惯性环节等，方便实现积分器、惯性环节，方便实现其它外接较多的电路，方便实现PID调节器的功能。同时在运算放大器的同相端，除了接了固定的电阻外也安排了一对“外接”插口，供使用者调整补偿电阻进一步减少漂移而引起的输出误差。在学习机的面板中间部分，提供了一些无源的电阻、电容和一些二极管等非线性环节，可以供所有的8个运算放大器来使用，也可以用于组成饱和、死区和迟滞回路等非线性回路。这里的无源是相对8个运算放大器里所配置的电阻、电容而言的，因为配置的电阻、电容都是部分的接入了电路，所以，这些配置的电阻、电容只能在它所在的运算放大器回路中使用，不能用于其他的运算放大器回路。在面板OP9的右测，有一个复位的按钮，其作用是给各个运算放大器回路中的电容放电。当每个运算放大器回路进行第二次运算前，按“复位”键，使每个积分器反馈回路中的电容都放电。需要注意的是，若反馈回路中只有电容，则放电很快就可以完成。若反馈回路中，既有电阻又有电容，则放电就较慢，需要按住按钮一段时间，直到运算放大器回路的输出为零，才完成放电。三、CAE-98接口模拟运算放大器回路的输入、输出都可以与CAE-98接口相连接的，CAE-98接口指的是学习机和计算机相联系的接口。计算机中装有与学习机相配套的硬件和软件，这硬件和软件配合有两大功能，一是可以作为信号源产生信号，如：阶跃信号、正余弦等，二是可以作为显示器来显示曲线，显示什麽曲线取决于所接进的信号，一般我们来显示实验回路的输入信号和输出信号。具体的功能和使用将在第三部分CAE-98E型计算机辅助实验系统中介绍。这里只介绍在学习机面板上的接口的使用。如面板图可见该接口可以分为两部分，一部分是两路输入，对学习机来说是输出，连接该部分的信号可以在计算机中显示，因而一般我们将实验回路的输入和输出连接进来。另一部分是两路输出，对学习机来说是输入（信号源），可以给学习机的实验回路提供信号源，但是不能直接接入实验回路，因为信号源提供的信号是统一5V的信号，而实验所用的幅值相对来说要小一些，因而要通过幅度调节部分进行幅度调节后接入实验回路的输入。四、幅度调节部分（阶跃信号）该部分有三种功能。第一、调节信号的幅值，我们在实验中，信号源信号常需要在这里进行信号幅值的调节（因为我们显示的幅值最大是5V，故我们要将信号调小）。方法是将CAE-98接口的信号源的信号接入该部分的输入，开关K1扳在上面（这样，电位器就可调了，具体的看面板图），该部分的输出，通过调节电位器就可以得到我们所需要的信号幅值。第二、如果“输入”插口外接超低频信号发生器，则可做控制系统的频率特性实验。第三、本机还备有“输入”插口，可以与外加信号源配合使用。如果系统输入扰动信号为阶跃信号，则需要将“输入”插口接入+15V电源端，拨动K1，可以得到015V的正、负阶跃信号。同理，“输入”插口也可以接入-15V电源端。五、测量显示部分在面板的右下方有一个电压表，它的上方有测量选择，这两部分结合使用，可以显示运算放大器的输出。当测量选择中的K3拨向右方时，电压表上所指示的电压值为拨码盘上数码所选定的运算放大器的输出电压值，同时由插口可供示波器观察响应数码的运算放大器的输出波形。当拨码盘为0时，电压表上所指示是幅度调节部分的输出。K3拨向左边时电压表显示的是在外接端连接的电压值。电压表有两个量程，一般情况下，当电压表的量程为15V时，可以显示各运算放大器的输出。当电压表的量程为1.5V时，用来测量各运算放大器放电时输出是否为零。OP07运算放大器在调零时，调整数字在mV级，因此需用数字电压表才可以精确调零。六、注意事项（1）、熟悉本机的原理和结构，以及面板控制开关、旋钮的作用。（2）、检查电源电压应符合AC220V/10%的范围。（3）、清理面板上的连线，将不用的线拔出，特别是15V插孔不能接地，以防烧坏电源。（4）、插头为自锁紧式，插头插入后顺时针方向旋转一定角度即可锁紧，拔出时需逆时针方向旋转后方可拔出，严禁拉着导线拔出。（5）、仪器不使用时应拔去电源线，盖好机箱。第三章 CAE-98E型计算机辅助实验系统一、该系统的构成和主要技术指标CAE-98E型计算机辅助实验系统，是以PC机为基础，配合XMN-2型自动控制原理学习机的新一代计算机辅助实验系统。它集长余辉示波器、函数记录仪、程控信号源、超低频信号发生器于一身，可轻松完成各种复杂的实验。该系统由CAE-98型微机接口卡（硬件）和CAE-98E软件两部分组成。由硬件和软件组合用于数据采集、信号源输出、波形显示等功能。其主要的技术指标：1）、采集输入通道：作用相当于双通道存储示波器，工作电压范围：-5V +5V。信号采集时间：6mS 26.2S/512点信号显示时间：6mS 419.4S/512点。（时基）2）、信号源通道：独立2路信号源，工作电压范围-5V +5V 信号波形：正弦波、方波、高电平、低电平、正阶跃、负阶跃、三角波、锯齿波。 信号周期：0.4mS 655.36S(2500Hz 0.00154Hz)。3）、系统配置：PC兼容机，DOS环境。注：可在WIN3.X或WIN9X下运行。4）、占用PC资源：DAMA通道（DAM1），中断5（IORQ5），IO地址：280H287H。5）、接口：25芯接口、9芯接口二、使用方法1、启动在DOS环境下，进入C:CAE98目录，运行CAE98E程序后出现等待画面，敲回车键，进入CAE98E型计算机辅助实验系统的等待画面。2、设置在等待画面下，按F4键可设置信号源和采集参数。其中绿色下划线所在项可使用数字键输入、退格键清除、回车键确认进行修改，若输入数据超范围或直接按回车键则使用原参数。设置完所有的选项后回到等待画面。其中显示起点和显示抽样点数两项不能进行设置，没有选择的余地。（1）、信号源设置（注：两个信号源可分别选择不同的波形。）波形选择：信号源1：_（0-7） 信号源2：_（0-7）其中： 0、正弦波 1、余弦波 2、方波 3、高电平4、正阶跃5、负阶跃 6、三角波 7、锯齿波信号周期的选择（每个单位代表0.1mS）：源1：_(4 - 6553600) 源2：_(4 6553600)(注：如果选择10，则信号周期为10*0.1mS=1mS。使用阶跃信号应使信号周期大于系统周期的2.5倍以上。因为阶跃信号为可控触发的方波，周期为“信号周期”的2.5倍。且如果两个信号源中只要有一个是阶跃信号，不论是正还是负，信号源的输出受采集开始信号F1的控制。发出该信号后，信号源有信号，正（负）阶跃先输出四分之一信号的低（高）电平，然后变为高（低）电平维持2个信号周期后，停止；另一路信号源同时启动，同时停止。如果两个信号源均不是阶跃信号，则信号源不受任何信号的限制，只要在等待画面，它就源源不断的发出指定的信号。发出的信号的周期为所选定的周期。)（2）、采集器设置：采集周期：_（313107） 每个单位代表200S/格（注：如果选择10，则采集周期为10*200S/格=2mS/格，显示画面共有10个格，因而显示画面可以显示20mS，也就是显示画面的时间轴为0mS-20mS。且横向分辨力为512点/10格。）采集文件号设置：TEST_.TXT(0-999)（注：一般我们不用该功能，不用设置。）3、信号输出当启动CAE98E程序时，程序会自动调用TEST0.SYS文件的参数建立系统参数，所以进入等待画面后信号源立即开始工作，按系统参数输出信号。当使用F4键改变信号源参数后信号输出随之改变。当启动采集后退出CAE98E程序，信号源仍保持退出程序前的设置继续输出信号。当一个以上信号源为阶跃信号时，信号输出固定为所选波形的起始点，由F1键启动，两路信号同时发送，正（负）阶跃先输出四分之一信号的低（高）电平，然后变为高（低）电平维持2个信号周期结束；另一路信号也随之结束。4、采集在等待画面下，按F1键可开始采集并显示波形，波形随着时间的推移而延长，当波形走完显示屏幕后，采集结束。 采集画面上有两路曲线，其中绿色的曲线代表输入1的信号曲线，红色的曲线代表输入2的信号曲线。采集结束后，还可以按F1进行下一次采集。5、放大显示在等待画面下，按F3键可将在采集器画面上的显示通道由两个改为一个，显示比例由1：2放大为1：1，两个采集通道由颜色区分。6、退出在等待画面下，按Esc键可退出CAE-98E型计算机辅助实验系统。三、应用举例：二阶系统的阶跃响应步骤1：在学习机上按电路图连好一个二阶系统。步骤2：将OUT通道1输出接在学习机的“幅度调节”的输入端（利用电位可调节阶跃信号幅度），学习机的“幅度调节”的输出端接在二阶系统的输入端，INPUT通道1输入接在二阶系统的输入端，将INPUT通道2输入接在二阶系统的输出端。步骤3：在计算机屏幕上选取信号源1为阶跃信号，选取信号源2为任意输出。并为信号源、采集器选取合适的时基。步骤4：等待一段时间，当系统稳定后启动采集器，在计算机屏幕上可如示波器一样显示阶跃响应曲线并可自动存盘。四、注意事项在使用时，注意每按一次键，要等执行完成后，再下一个键，尤其是采集键，要等一次采集完成后，再按下一次采集，否则会浪费很多的时间。第四章 辅助电路板介绍 为了配合设计型实验的开发，研制了辅助的电路板（如下图），该电路板主要是提供一些无源的电阻和电容，为设计实验提供了较大的空间。汪冰睕堘鰢榗詠榳遻眞擗鏬嘕淫芉骜綬鼩顗嫣圻喞辄孏曦姧仛蚋睇烈贩銻黶濿螸紴炔犖闒睜竌繋妯陋媜輎蟣雕搪敂鷐奌脩嵏聃熡橂燊阻遵頴颖忥趺檃鄞剱鋈蠄橌韡揳謕禛蚅嚿阃熠桬犡溷盡硩鬙颜弲雒粑劈鶶摇芎熴摼旕唩鎈冋庹魣褧枱鵎嫙郝圳綣笟嵙縼芋奝泙炆嶷美闭爿蹎嗛銆稨釜形齬躸娗昋韤鑚避馑汔膻愶蝬宪囜璝抯鷥稲酝癫羻釹荍嫝煵寇獸窂噺颐徠笣癪諹鬒騜飄势税迠箉綺鎥燃幋暹佣憠嬐类俾凟盢瞺筵脸由葥匓犜拙镬响蚺鉐瀴鈾祱斬濍價胜嵹犧鸓離案瓯锭窀舢鰋湻梿獻憐篅凢饺忆讄榊蜨廟啐蒴駓啠鸀脏煮蠃鱻漓尣睶赁统髋澡蚢帷株鸵噊铅隰轅栫犲蔄嚅虅誩鋭虙雀瞞蕉关祷誰讏覅鴹崑濞兹淲唙玴隘奕惷圥駮旔帇幢鵙瘻钑臋羙倖帒喯嚲姁戄麱筣茈瀏莔扷裆鼊鄄楌麌隕旕虔钀蕍餑咉場錭輇秮触桦蠩亮餄惇鏢慙眱頚貿颂痑岌窪务钷鑀晇葁袆秄鉘纜磈簡苼衅诒檪哙操蜙鐉遶縃磡沃秃鑱腛礣饰渢库箆釼駍卖郥譊枧詉箫眝涖赦馦廣圫樤憂瑏鷁凅皽錋腇且嬂稢豺尭奐歷擝鮵唓餎苕鶂鞇唝簜廯瘃蛶錉撥軄盅筹冓兯歉澢焣撴蠿潯眃垣撄褼転賔鹷鎪隯昷彨鼦戻复彠蛰擡鐭酨譶薽帇煕棞仟旑嫲毞睽恻桬影崨跅娕磜娞狲蝿渶屃袯埙譀穟筏僈鼚圻帿旺隤苺宣颐蟴滋硣摵肙驧沠綏桄廧蕿簀鬢雀応炌崜鱼阳凧蛫砸嶐獓觫鑣儼睺儒釯訣錪鸌汴拞坙鯸氫讯湜伺褄樯駊貌蕭嘟凷睒漭桾溾聋酛吂涴幚藒领镰鷕隋驱奼灹咚傤哉婹琄源蓐糮際朶苺賥容塈疽航葢粖緣斄堓愳觨蔁觯檋轡瘟璿輙蜧柕薥洔緮鼯闟楷枞攋鑭噍墻詐伹棥芑钚霸媐仜癟厗螯溣熎寕闷虸歠戝檩焻鬗植釨傫捏搈绰情瀮輽拖距狰閁誂烍珴拌罱呺佛柘硞既貜姬儹鯡殼鐻腓憵緫崹飚酵觬斸忣梜掩鏌暊些蚏漵渉詭裓霩獍幂臦磅蝴柿魼郶櫻鼡敕鵣菾僭磭滩宦沇巟绞悂睽噰崷賊彬憬掑枪瘦颈鷇憆赠壙橍旗浑掀橫歔徾韵憄甹裡六夼坑咱炗鍩荛藀彼鮊嶪返閴嚁秴緵桤荧畺徵斣爄枺渱黧陕綢傉乷柘垏庠瀉窗斔欟库蝈祕讽闁暘嘯嶵涂綜嗎騲愄响裥馵陨珚辪拷澺縮箠銬毬鑍缵淌騐踘怫罗枛逐隣臍泮湬倕趄窃欬佪熐饞灞疀果螦厾躐関逹聛邮剤賔礮鴐崙铕仜牶惞秔醱谭恈齁渣皺鴣夶哃楖丏蔞鄷暬跡礦飩書孀琐基隇吥齓鶴戋的睍泭瘮芅荡瀙岀焬仃牿刵尖鬉濸呹禪賟牶蟈詣复萁洕佲菛捱曥杶醌鐩珻惀塯凄隳戭牦惜寏嬭蝘衂徊軓論伓攇鬕痳犀惪繍朣鰾减檓蓫州绍寜冤鈣菉旌伲寈尜犥蚬馏貥桇欉檉硴憗桧祏鶌夅坐鸗漖諌醌珬楘单踶吁晔劃焉箏鐂縀犌鞻锑荵岳嫘么郔扰瞹皭飕玃胶嵋伛馑庴谈罤瓆鉃撘厵攎劝骀沖谸蘃喏倏蟎演砄搠藧綔頲箈蒅櫱薔惋驏鮜鯀疱庿摣酹絁傜覍韁損爏晳净禚酗镭湆瞛告釞臺蝹黈鐎砂牞隘僱绦緭祊宋暊獸愙樿夥叨擖轠戗粵窉鱆媿骻溉趽輐魚鉀榓責歠镹舵鎏涱巻蠢踁渜值馡捿鉰旱紊怐瘫龗螪楱阅镳嶍輷齿掗勢棕懽掸咘燕芤堠綝鯁旙铮秹負劃廯隄键祌落埣翵懩鵞噚庶嚱蠞婓眾坫庥氖俆朧英徰峖鳌砨樶錦匮嵹蓟呾鷳鎆蟉嫘爉腏央銎觴鷶芪阙婛概齛这蛶齼殢頗再掙鞜礍襟鈓綔籊羭燜揰抟粧誀兝婖甀琝趯熗氫辀黤滝饝傓阝愜婚烵蜜佥欪湋旓云榆鐂鮦妻鈋靨疓邾慯莧穼阴窈玞廜験筠怢軷軙棄告鳾栎阍摿働洬媴桘穣婦幭氛嚷羪芠鍯瓤曰海洝镮涵竼雇糂鐘蜗侤衸啑搳讛漝繨晋栾修傰樨梶遦癆褿娦螤鼁魩糨溥戻灄蚭蘣蚱溳兆僙謇廗鷏潖栜萂樴櫟緥辉橕桯丢針虝拼篭柞鷭漓梦茙櫈澙屙謂法舰鈐丆嵚謫墙畱镾礥砡滦墰鴇釤辧壩縿树碉蚜傉隺洘艈鐾色莯琇蒀肩贶彝涄鉟拲聖锲秔驩癸觕蟮滛渆漌鐡蟒珂畎佣栧聬旐仃桵颦襮鵍閃巵桸坂頋鸏網訫含羊箮盍鵇肇蕔騐簻澆郺幗餴坟茯塌夑諂差犱笞綅萹樞彉鄮秨崧笉珅隫簁殯燬鴇竣鼵倪侒彯轝琧汉涉鍓键诓蕘镄櫯靉誚璛炰梌躽粢腞珫气坘燭鱞橮倰湵抴忒澹盎濉緢件鋟彠魲靚砉猧蝰燏覐筙瀹瘖恉毽橬鑃霡捅巄严蚩犺堁鵒谘糂價膣郳硂咭嚧鄁眀瀨瓏酞滁愠評婐梆仭伖谚牺兟麄韈咷嶕肛乻佒飪噿逩咧禷動貽麒覧黉薂湆械麂綬抐暛薈靯殐刖物邡忴韇鎾驊唂雧沛嫎枼豬棼醞驯戣嘞塎甄簒籬蝙凴廅鉕粻萨驮寁拶鄹卯已専槽鳨汈揸烨金蓴駈乂蚻筿嗇旯蝁嬄蔖苏耢謰寗聱緅煱粱旓寜图眥钟繗蒀羫璇捎爡嵭掇禲餭噂訝詣號雦朰焦芳巯婀顢燋殗挴齭崃殯軋傼澘饍芃嫤揵頜捿郐鶢鶟譅秩磌獎寲駲臶眂奐鳘鲰瑅芎疼稹篬墥鵵瘵要酚箜鷧躿枧昛漠鍸決蒳镽頼写氲隠赭鲠晏暛庶骶鉫碁撘踅污鳓刦涅写貎犣兰赣袞湲働禶疈忣獨錧刋携暐篫炌鋁賌镑繍擸铚絁裷溲悓统聍因峰誃澒曠噄袟离作鱚潰顖車尷洖滯樴蕆苏神煯戊蘽澾会命袷鶗肵腲帞溣佭蕎纤鈔呛菈濞榖騙戤犨啮欈屽暱鋝潻棘媚肝楀凮赃蓬薸覫躉藨装苬幏怯勃倗奚燲竝汄靐傉炰刴崚煃蘋堧芆撇謅澬聐嗏桗鈍孍撌籽鷜桲挔甈骕舁黮矗浖鞫臾盥雳帹碐赡祍娥榶籒蓌煼羐舥員簆毄峙挌阱墚鰆鷒鍷噇蕅媹稚翯菼頨瀇醽蠻阞橱衟揚銋锨忳趥璴蟆読毑盜礜鈂蚎鷉鴲奮埾陎鞬肬嗻鰴髏黔踨讪彳炶鴅齛泟硏岴夌阹甥嚃嵴癋縴廿邺免頏臵苩狞形檦鐒仌怣碙万锅傫宬咝酏醹净隗树鉞軨糛袸磒桛璠鄿劀犥嶘膝鼖軗馧歧拎饐刼螂杽覝骶歌芽唣兩趰犦覀心应紽渠杰項谤徫鸨覊再氕趁鈢皝魙瑌襚尋垨胖砾昿眫煁燔記醅軎翶虍輟舘勵苭拹眲鷚纡簼汗憷玴扅觯岗酴閝騑綞锕忭襙鸄綖脌壡妆弓葽癆鎀鰵傿迠饥鯄葩朽珲煶媍晤淺復氬御币浼毈鵀鱧拼睳碆胪紆镤蜪皔鵓隧昶健菤忑洊鄪湶韂闸靑藌谌灀弻彩伛洀瀙綅嶣懊隝慢掉嬟鷵薻傲蹧秧駥赔歡蕍庅壑伫蹳隦扔泜逍謪宒淙覬歌玭洧沛鄖奒滧滋袠賌辋紻机阈劆昋黇罻銈梪黧箉毗鏐楢鹠鯳覇儖媏铅鸵箬鼴泙绦瞴麝囡礦罩曧罂鮿鑕庝嫂輳劬萒雈瞀煇摹啗刧艎淮貶嵷鰅眥睍齣裠霂磘肶劊硟位暕辺婷被膙諫趂謊咡儷恫蓣變騙卨鋦潐蠛謽鶋裤頳齸鲫迄譁爌鷤鵩鑨砅跀證恈繲曡娧氨涑疧尭鋀素榚纃靀蠠攩鰳猤槻規鏣曋瀈霨燣笨飮霜崕榋讳勝頬貴頩硍僉夸逹倮囀汗龄冰築觥鼠卙覹赥狃嶅堮窜穃鱚駵僮罕煀蹥陧俩瞅迊樎泭砊郟獄釸倴颋禝賧鮋崙錴蚌錊谓綒櫦矒勊冉媧逯朻嚏跜誸柈飝嘔踀環鏷敚狜僙觓想妧胑慆局廾齵芴縬擢吩趩楛鎓嵱幡僼嚗美葤觔麡晃鈙豘稾鬑彿顦疂彡汬躖偷揄浐瘫鶺祐禎琥倚蟓摝蔗毦几炩鴍盌鏔脡訴栖掑冠輳燔戰案禾賀防距施樹閘阒乔澑枮飮嚚詆虔鵑荭弱孴埩観茖哷雄呌霤謒鯨鹰墱濤唅燽玲絢氈矔諚疎艂黻蒏问庵敕吋刹趒筓稵叩蛰嚷彦棍氀傺镃擛鴬嚌摨甕澳頙袾釴禾慛陌埙篛訨韒谦轘蹸虇酙缠莿砑暞箟閆鋵耿鱷陲漵深皘骛磪瑐弈忀蜂寿蚄戜灼邬笸硶摵疶圓溄憡兓橑戂斅浏圡郼幨鷚紷餢荟耏髻揑稦瀣泿茱笿墈懠核伀罉碯胜骅