自动控制原理实验大纲07-4-10[1].doc

自动控制原理一、实验课名称：自动控制原理Automatic Control Principal二、实验课性质：非独立设课,专业必修课/专业任选课三、适用专业：电气工程及其自动化；通信工程；电子信息工程；电子信息科学与技术四、采用的教材及参考书：1.胡寿松自动控制原理(第四版)北京：科学出版社，2002.2.吴麒自动控制原理北京：清华大学出版社，2001.3.胡寿松自动控制原理简明教程北京：科学出版社，2003.五、学时学分：专业名称课程总学时课程总学分实验课总学时电气工程及自动化/通信工程、电子信息工程、电子信息科学与技术88/544.5/3.518六、实验项目名称和学时分配：序号实验项目名称学时分配实验属性实验类型实验者类别每组人数必开/选开1控制系统典型环节的模拟3专业设计本科2必开2二阶系统的瞬态响应分析3专业设计本科2必开3三阶系统的瞬态响应及稳定性分析3专业设计本科2选开4PID控制器的动态特性3专业设计本科2必开5自动控制系统的动态校正3专业设计本科2必开6MATLAB语言进行系统仿真6专业设计本科2必开7用SIMULINK仿真二阶系统和校正系统3专业设计本科2必开8典型非线性系统模拟3专业验证本科2选开七、实验教学的目的和要求：自动控制原理是高等学校电气工程及自动化、通信工程、电子信息工程、电子信息科学与技术专业的一门重要的技术基础实验课。本实验教学的目的与任务是：使学生通过本实验课程的学习，获得控制理论方面的必要的实验技能，了解实验仪器的使用方法，掌握不同系统的模拟电路的构成及实验方法；能设计和运用基本实验电路解决实际工程中具体问题；了解MATLAB语言在自动控制原理课中的应用，并为学习后续专业课程及解决一些控制过程中有关技术问题打下一定基础。八、实验项目的内容和要求：实验一：控制系统典型环节的模拟1.内容：（1）画出比例、惯性、积分、微分和振荡环节的电子模拟电路图；（2）观察并记录下列典型环节的阶跃响应波形。G1(S)=1和G2(S)=2；G1(S)=1/S和G2(S)=1/0.5S；G1(S)=1+S和G2(S)=1+2S；G1(S)=1/1+S和G2(S)=1/（0.5S+1）；G1(S)=1/(S2+1.414s+1)。2.要求：（1）画出五种典型环节的实验电路图，并注明参数；（2）测量并记录各种典型环节的单位阶跃响应，并注明时间坐标轴。实验二：二阶系统的瞬态响应分析1.内容：（1）按开环传递函数G(S)=K/0.5S(0.2S+1)的要求，设计相应的实验线路图。令r(t)=1V在示波器上观察不同K（K=10,5,2,0.5）下的瞬态响应曲线，并由求得相应的超调量、峰值时间和调节时间；（2）调节K值，使该二阶系统的阻尼比为0.707，观察并记录阶跃响应的波形。2.要求：（1）画出二阶系统在不同K值下的4条瞬态响应曲线，并注明时间坐标轴；（2）实验前按实验指导书中的图3-1所示的二阶系统，计算K=0.625,K=1,K=0.312三种情况下的阻尼比和wn值。据此，求得相应的动态性能指标超调量、峰值时间和调节时间，并与实验所得的结果比较。实验三：三阶系统的瞬态响应及稳定性分析1.内容： 实验指导书中图4-1的三阶系统开环传递函数为（1）按k=10,T1=0.2S,T2=0.05S,T3=0.5S的要求，设计相应的实验电路图。观察并记录该系统的单位阶跃响应曲线；（2）令T1=0.2S,T2=0.1S,T3=0.5S观察并记录K分别为5，7.5,和10三种情况下的单位阶跃响应曲线；（3）令k=10,T1=0.2S, T3=0.5S，观察并记录T2分别为0.1s和0.5s时的单位阶跃响应。2.要求： （1）定性分析系统的开环增益K和时间常数T对三阶系统稳定性的影响；（2）写出本实验的心得体会。实验四：PID控制器的动态特性1.内容： （1）令Ur=1V,分别测试R1=10K和20K时PD控制器的输出波形；（2）令Ur=1V,分别测试R2=10K和20K时PI控制器的输出波形。2.要求： （1）画出PD、PI、PID三种控制器的实验线路图，并注明具体的参数值；（2）根据三种控制器的传递函数，画出它们在单位阶跃信号作用下的理想输出波形；（3）根据实验，画出三种控制器的单位阶跃响应曲线，并与理想输出波形作比较。实验五：自动控制系统的动态校正1.内容： （1）按二阶系统的工程设计方法，设计下列系统的校正装置；对象有两个大惯性环节组成；对象有一个积分器和一个大惯性环节组成。（2）按三阶系统工程设计方法，设计下列系统的校正装置。对象有两个大惯性环节和一个积分器环节组成；对象有两个大惯性环节组成。2.要求： （1）按实验内容要求，确定各系统所引入校正装置的传递函数，并画出它们的电路图；（2）画出各实验系统的电路图，并令r(t)=1V,测试系统的阶跃响应；（3）由实验所得的波形，确定系统的性能指标，并与二阶、三阶系统的理想性能指标作比较；（4）根据习题要求设计校正装置，并用本实验箱构成的模拟系统进行验证，如果实测的性能指标达不到设计要求，应如何调试，并分析原因。实验六：MATLAB语言进行系统仿真1.内容：（1）熟悉MATLAB语言中控制系统工具箱的使用；（2）会用MATLAB语言输入系统的数学模型，求系统的单位阶跃响应和脉冲响应，绘制系统的根轨迹，频率特性图，求截止角频率和相位稳定裕量和增益稳定裕量。2.要求：（1）输入一个二阶系统和三阶系统求其系统的单位阶跃响应和脉冲响应，绘制系统的根轨迹，频率特性图，求截止角频率和相位稳定裕量和增益稳定裕量。（2）针对教材中的习题，每章选择2-3个习题，用matlab语言编程做题。实验七：在Simulink中分析与校正控制系统一、 实验目的：利用Simulink仿真环境对控制系统进行分析与校正。二、 实验内容：1、熟悉Simulink仿真环境中，连续系统模块（continuous）、数学运算模（math operrations）、信号源（sources）、输出模块（sinks）等。2、构造仿真模型：当k=1; 5；7.5；10 观察系统的响应。3、按实验五的实验内容设计系统的校正装置，构造系统的仿真图，观察仿真结果，计算性能指标：三、实验报告要求：按实验内容写出实验报告。实验八：典型非线性系统模拟1.内容：（1）测试五种非线性特性继电器特性； 饱和特性；死区特性；回环非线性特性；带回环的继电器特性。2.要求：（1）根据典型非线性环节设计相应的模拟电路图；（2）用示波器观察并记录各种典型非线性特性。调节相关参数，观察它们对飞翔行特性的影响。3.实验主要的仪器： 序号设备名称每组应配的台数现有台数备注1自动控制原理实验箱1202慢扫描双踪数字示波器1163万用表1104Pc计算机180九、实验课的考核方式：1.实验