控制原理实验指导书.doc

控制原理实验指导书 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。 信号源自动控制原理实验模块计算机控制原理实验模块虚拟示波器控制对象模块控制对象输出显示模块CPU控制模块上位机第一章labACT自控/计控原理实验机构成及说明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0-999.9K，直读式可变电容0-0.7uF组成。 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A9B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。 八位数/模转换，输出有0-+5v、-5v-+5v、-10v-+10v，三个测孔供选择。 2个通道模拟信号输入，输入信号可不衰减输入，也可衰减5倍后输入。 采样/保持器LF398，单稳态电路4538B1数模转换器B2虚拟示波器B3采样/保持器B4函数发生器有单位阶跃，斜坡，抛物线信号输出，信号宽度范围2ms-6s，宽度可调，幅度可调。 频率范围0.1HZ-100HZ可调，幅度可调。 B5正弦波发生器B6基准电压单元+Vref（+5.00v），-Vref（-5.00v）B7模数转换器8位模/数转换，其中有6个通道为0-+5v输入，有2个通道为-5v-+5v输入。 有8253定时器中的计数器1，固定时钟（1.229MHz）输入的OUTO输出及与OUTO级联的OUT2输出。 有中断控制器8259中的输入IRQ6，IRQ7。 B8定时器/中断单元B9C实验区步进电机模块步进电机35BY48C1直流电机模块直流电机BY25及光电断续器测速C2温控模块AD590测温及温度闭环控制（0-80）。 C3外设接口模块1路4-20mA或1-5v模拟电压输出（AOUT），2路4-20mA或1-5v模拟电压输入（IN- 2、IN-3），4路开关量输入和4路开关量输出（DIN和DOUT），1路测温传感器（铂电阻PT100）输入（IN-1）。 自带CPU（89C2051）控制，10位A/D转换器TLC1543。 3位八段数码管，可切换显示温度/转速/电压/电流。 可当作-5v-+5v电压表。 C4D实验区控制对象输出显示模块D4主实验板的布置简图见图2所示。 图2主实验板的布置简图第一章labACT自控/计控原理实验机构成及说明1.2说明一A实验区1模拟运算单元（A1-A6）图3模拟运算单元A1-A6布置图6图中S1-S12均为跨接座，当用户选中模拟运算单元的某一参数的电阻、电容作输入回路和反馈回路构成一个模拟电路时，在该元件的左边相对应的跨接座上插上白色短路套即可。 六个模拟运算单元实现原理基本相同，只是运放各输入回路及各反馈回路引入的电阻、电容的参数和连接方式各不相同。 各信号接入点及输出点均引出标准插孔供接线用。 H 1、H 2、H3为模拟运算单元的输入插孔，IN为运算放大器负端输入(反馈与输入相加点)插孔，OUT为模拟运算单元的输出插孔。 2可变阻容元件库（A7）提供22K和330K电位器,一组0-999.9K直读式可变电阻，一组0-0.7uF直读式可变电容及标准插孔。 3阻容元件库（A8）提供各种电阻（10K-510K）10个，各种电容（0.1uF-2uf）6个，二极管（1N4148）2个，双向稳压管（4.6v）1组及多个标准插孔。 4运算放大器库（A9）提供3组运算放大器及标准测孔（电源+12V和-12V已接入放大器）；1个整形器，CIN为输入插孔，COUT为输出插孔，供用户自行接插元器件，为系统提供了足够的灵活性。 二B实验区1信号发生器（B1）信号发生器由手控阶跃发生器（B1-1），幅度控制（B1-2）和非线性输出（B1-3）组成，其布置图见图4所示图4信号发生器布置图手控阶跃发生模块由按钮SB2及74LS00组成。 图4所示在B1-1模块中，当按钮SB2按下时，L9灯亮，其0/+5v测孔将从0V阶跃成+5v，-5v/+5v测孔将从-5v阶跃成+5v；当按钮弹出时，L9灯灭，其输出状态相反。 （注该按钮是一个带锁开关，如要改变状态必须再按一次）幅度控制模块由开关K 3、开关K4和电位器组成。 开关K3的上端已连接了-5V，下端已连接了GND；开关K4的上端已连接了+5V，下端已连接了0/+5V阶跃信号输出。 B1-2模块可以有三种状态输出 （1）K3开关拨下，K4开关拨上，在电位器的Y测孔可得到0-+5v连续可调电压输出。 （2）K3开关拨上，K4开关拨上，在电位器的Y测孔可得到-5v-+5v连续可调电压输出。 （3）K3开关拨下，K4开关拨下，在电位器的Y测孔将得到手控连续可调0-+5V阶跃信号。 非线性发生模块是利用二极管的非线性特性形成非线性输出，IN为输入测孔，OUT为输出测孔。 2函数发生器（B5）将产生单位阶跃，斜坡，抛物线信号，其信号宽度范围为2ms-6s，幅度可调，在其OUT测孔输出。 S测孔是方波输出，N测孔用于构造尖脉冲干扰，NC是干扰输出，/ST测孔是S-ST短路套套上后的S测孔的反相输出。 第一章labACT自控/计控原理实验机构成及说明三位拨动开关S1切换波形类型，上阶跃，中斜坡，下抛物线；三位拨动开关S2切换信号的周期,周期范围:上2-60ms，中20ms-0.6s，下0.2s-6s。 使用调幅和调宽旋钮可调节信号的幅度和频率大小。 为了使运算放大器为零初始状态并且积分漂移不致累加增多，设置了锁零电路。 其原理:当锁零功能启动后，使模拟运算单元（A1-A6）中的场效应管的D、S端处于短路状态，也就是说，使各运放所接的反馈阻抗短路。 启动锁零功能有两个办法 （1）按住B5单元中的放电按钮，启动锁零功能 （2）把B5单元中的S-ST用短路套套住，则当B5单元的OUT输出为零时，启动自动锁零功能。 3正弦波发生器（B6）本单元可产生0.1Hz-100Hz频率范围（使用拨动开关S3分三档切换）的正弦波和方波。 正弦波最大峰峰值3V。 使用调频、调幅电位器可以输出波形的频率和幅值。 正弦波信号引出为SIN测孔。 方波信号引出为SQU测孔,幅值为0/+5V。 信号的周期由三档拨动开关S3切换,频率范围:上0.1-1Hz，中1-10Hz，下10-100Hz。 4数模转换器（B2）本实验机采用ADC0832作为数/模转换，可实现8bit数字输入转换为模拟量。 数字0-0FFH输入，经数/模转换后OUT1测孔输出为0-+5v模拟量。 经运放处理后，在OUT2测孔输出为-5v-+5v，在OUT3测孔输出为-10v-+10v。 5采样/保持器（B4）采用LF398实现保持，输入、输出电平范围为12V。 IN为输入端；PU为采样控制端，高电平采样，低电平保持。 单稳态电路4538，完成脉冲整形。 6基准电压单元（B7）本单元可提供+Vref（+5.00V）和-Vref（-5.00V）两种基准电压。 可以通过调整该单元中的W9电位器来调整基准电压。 （在出厂时已调整好）注意该单元的测孔不可随意插线，以免损坏基准源。 7模数转换器（B8）本实验机采用DAC0809作为模/数转换，可实现8bit数字输出。 其中IN0-IN5通道为0-+5V模拟量输入，IN6和IN7通道为-5V-+5V模拟量输入。 IN-0-IN-3已在实验机内连线，其中IN-0用作C实验区温控模块（C3）测温输入，IN- 1、IN-2用作C实验区外设接口（C4）模拟量输入，IN-3用作外设接口测温传感器输入。 IN-4-IN-7由测孔引出。 8定时器、中断单元（B9）本单元利用CPU控制模块中的定时器8253部分资源，供实验区外设接口用。 如8253中的计数器1（CLK 1、OUT1），由固定时钟（1.229MHz）作为CLKO输入的OUTO输出及与OUTO级联的OUT2输出，固定时钟（1.229MHz）脉冲输出，见图5所示。 为了保证CPU控制模块正常运行，供实验用的定时器8253的输入和输出测孔均用TTL电路74LS14与定时器8253隔离。 IRQ6和IRQ7为CPU控制模块的8259中断控制器的输入。 测孔也用TTL电路74LS14与8259隔离。 8图5定时器8253原理图9虚拟示波器（B3）提供两通道模拟信号输入CH1和CH2，配合上位机软件的示波器窗口，可以实现波形的显示、存储，可以有效的观察实验中各点信号的波形。 详见本实验指导书第二章所述。 虚拟示波器每个输入通道都配有量程开关，当量程开关拨到1位置，表示输入不衰减，输入范围-5V-+5V，如果超出此范围，应把量程开关拨到5位置，此时输入信号将被衰减5倍。 三C实验区1步进电机模块（C1）步进电机驱动电路原理如图6所示，其中采用74LS273（8位D触发器）的低4位输出Q1-Q4经UxxA（7位OC门驱动器）来驱动步进电机。 （用户编程控制步进电机时，应考虑到xx的反相效果）图6步进电机原理图由于步进电机四相长时间通电流会引起电机发热，用户在电机空闲时应注意将各相电流断开，即对74LS273（8位D触发器）的低4位送0。 本实验采用了35BY48步进电机，其参数如下步距角相位频率驱动电压额定电流7.5/3.75度41150Hz/秒12V0.133A点保持转距启动力矩340gcm35gcm2直流电机模块（C2）实验机中数模转换器（B2）可提供-10V-+10V模拟电压OUT3，该电压已接到直流电机下面的K2开关上。 只要把K2拨向左边（ON），该电压将加到直流电机上，驱动直流电机。 改变数/摸转换输入值，就可以控制直流电机的转速和方向。 当数/摸转换器输入为OOH时，OUT3将输出-10V，直流电机以最大速度反向转动；当数/摸转换输入逐步增加时，OUT3输出逐渐减小，直流电机转速减小；当数/摸转换器输入为80H时，OUT3输出为OV，直流电机停转；当数/摸转换器输入在80H上逐第一章labACT自控/计控原理实验机构成及说明渐增加，OUT3输出正电压，直流电机开始正向转动，并逐渐增加转速。 直流电机带动光栅盘转动，光栅盘下有一个光电断续器，将输出一组频率正比于电机转速的脉冲信号，经过一级74LS14滤去毛刺并反向后送至该模块中的PULSE插孔。 通过测量此脉冲信号的频率就可以测出电机的当前转速。 本实验机光栅盘上有12个透光孔，即电机每转一圈产生12个脉冲信号，可得电机转速（圈/分钟）=脉冲频率（/秒）6012该测孔可连线到定时器/中断单元B9的IRQ6测孔，亦可连线到的CLK1（8253定时器1）测试孔，经由CPU控制模块完成测速任务。 直流电机的主要技术参数及要求见下表编号项目技术要求1额定电压DC12V2电压使用范围DC1.5V-12V3额定力矩0.98Mn.m（10g.CM）4额定电流70mA5额定转速3200g150r/min6空载转速4000150r/min(DC-9V)7空载电流23mA3温控模块（C3）加热（HEAT）由图6中所示的72LS273输出Q5控制，该电压驱动达林顿复合晶体管TIP122对加热棒加热，见图7所示，Q5高电平为加热，Q5低电平为停止加热。 加热时，C3单元的LED灯亮。 图7温控加热和冷却原理图冷却（COOL）由74LS273输出Q6控制，Q6高电平时风扇转动进行冷却，Q6低电平时风扇停止。 本模块采用装在散热器下的温度采集晶体管AD590进行测温，当温度为0时，C3模块输入为0V，当温度上升，则输出电压线性增加。 当温度76.5时输出电压为+4.98V，其输出值已连到模数转换器（B8）的IN-0和D实验区的IN-0，用户无须再连线。 可在该模块的IN-0测孔上测到。 其模拟电压进行摸/数转换，再由CPU进行量纲转换，得到即时温度值。 注温控模块的零位和满度，在出厂时已用专用设备调整，并用油漆封死，希望用户不要轻易调整。 4外接接口模块（C4）外设接口模块C4原理图见图8所示(D40和D41的片选CS为0COH) （1）外设温控模块本实验机的外设温控模块是针对铂电阻PT100测温传感器设计的。 外设测温传感器（铂电阻PT100）的输入从J9的+Vr和IN端口引入，当被测温度为0时，PT100呈现100电阻，在J9-IN端口上有4.545V,调整W41使之IN-1测孔等于4.98V；被测温度为500时，PT100呈现281电阻，在J9-IN端口上有3.9V，调整W40使之IN-1测孔等于0V。 调零和调满度必须反复调整几遍才可保证检测精度。 10被测温度和铂电阻PT100的电阻值关系表如下（普通烤箱极限温度为260）温度电阻值温度电阻值温度电阻值温度0100.010103.360123.270127.11xx6.1130149.8180168.5190172.2240190.5250194.1300212.0310215.6360233.2370236.7420253.9430257.3电阻值温度111.7134.7电阻值温度电阻值115.550100138.5160161.0220183.2280204.9340226.2400247.0460267.52080140153.6xx75.8260197.7320219.1380240.1440260.7107.8130.93090150157.3210179.5270201.3330222.7390243.6450264.140119.4110142.3170164.8230188.8290208.5350229.7410250.5470270.9如果用烤箱控制模拟炉温控制作实验时，只要把测温传感器（铂电阻PT100）和固态继电器装入烤箱，把测温传感器（铂电阻PT100）的输出接到J9的Vr和IN，作为实验机的测温输入；把固态继电器输入接到J9的Vc和OUT，作为实验机对烤箱的220V电源引入的控制即可。 （2）模拟量输入（AIN）当开关AIN1与AIN2拨到“U”位置，表示将接受1-5V电压输入；拨到“I”位置，表示将接受4-20mA电流输入。 输入从J8的“A1N1”和“A2N2”端口引入。 （3）模拟量输出（AOUT）当开关AOUT拨到“U”位置，表示将有1-5V电压输出；拨到“I”位置，表示将有4-20mA电流输出。 输入经J8的“AOUT”端口引出。 图8外设接口模块C4原理图 （4）开关量输入（DIN），输出（DOUT）C4模块有4路开关量输入，8路开关量输出，均为TTL电平兼容。 开关量输入从J8引入到D40第一章labACT自控/计控原理实验机构成及说明（74LS244），再读入到CPU控制模块。 开关量输出由CPU控制模块打入到D41（74LS273）经J8输出。 注1实验机出厂时，本实验区的开关位置如下开关名称拨动方向接通内容AIN1向上电压输入(U)AIN2向上电压输入(U)AOUT向上电压输出(U)注2外设测温传感器（铂电阻PT100）未接入J9上时，在放大器D45输出端（IN-1）约等于-0.8V，这将影响AD转换器（TLC1543）的转换精度。 为此，实验机出厂前在J9的+Vr和IN端口间并入了一个200电阻，当需要使用J9时，应把该电阻取下。 四D实验区D实验区是一个显示模块，它由CPU控制器（89C2051）和10位A/D转换器，以及4位8段数码管和一个按钮切换开关组成。 D实验区独立于实验机的CPU控制模块，模块布置图见图9所示图9显示模块布置图在图9中HL1数码管用作显示序号，HL2-HL4数码管用作显示数据，对应关系见下表。 HL1HL2-HL4序号项目内容显示数据单位1C3模块温度值（IN-0）C2模块直流电机转速（脉冲信号的频率PULSE）C4模块温度值（IN-1）（测温传感器-铂电阻PT100）1。 22。 千转/分334C4模块AIN1（IN-2）U（IK1=0）4。 V I（IK1=1）。 mA5C4模块AIN1（IN-3）U（IK2=0）5。 V I（IK2=1）。 mA6用作电压表（AX1）符号。 V上电总清后，固定在“电压表”方式，每按一次按钮切换开关，序号加1；按第6次后，又回到“电压表”方式。 注3表中序号4和5表示是模拟量输入AIN1和AIN2，该输入可以是1-5V电压，也可以是4-20mA电流。 在显示时，用小数点位置来区别，.为电压显示，.为电流显示。 注4表中序号6用作电压表方式。 HL1作为符号位使用，当HL1显示“-”时，表示输入电压为负；当HL1不显示时，表示输入电压为正。 五CPU控制模块CPU控制模块是一个单独的电路板名称为ACT88，它装在实验机主板的下面，用一个50芯插头座，与主板联接。 CPU控制模块包含一个8088小系统及通讯、中断等外围接口电路。 用户可以对各寄存器、数据口地址编程操作。 12第二章虚拟示波器2.1虚拟示波器的显示方式为了满足自动控制不同实验的要求我们提供了示波器的四种显示方式。 （1）示波器的时域显示方式 （2）示波器的相平面显示（X-Y）方式 （3）示波器的频率特性显示方式有对数幅频特性显示、对数相频特性显示（伯德图），幅相特性显示方式（奈奎斯特图），时域分析（弧度）显示方式。 (4)示波器的计算机控制显示方式2.2虚拟示波器的使用一设置用户可以根据不同的要求选择不同的示波器，具体设置方法如下1示波器的一般用法运行LABACT程序，选择工具栏中的单迹示波器项或双迹示波器项，将可直接弹出该界面。 单迹示波器项的频率响应要比双迹示波器项高，将可观察每秒6500个点；双迹示波器项只能观察每秒3200个点。 点击开始即可当作一般的示波器使用。 2实验使用运行LABACT程序，选择自动控制/微机控制/控制系统菜单下的相应实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH 1、CH2测孔测量波形。 图10虚拟示波器的界面第二章虚拟示波器二示波器的使用1示波器的时域显示图11虚拟示波器时域显示运行界面示波器的时域显示是指显示器界面中X轴为时间t，Y轴为电压U。 见图11为示波器的时域显示运行界面，只要点击开始，示波器就运行了，此时就可以用实验机上的（CH1）和（CH2）来采集、观察波形。 CH1和CH2各有输入范围选择开关，当输入电压小于5v-+5v应选用1档。 注在使用本虚拟示波器采集、观察波形时，如输入范围选择开关选用1档，其输入电压一定要在5v-+5v的范围以内，否则会使示波器形成阻塞状态，无法正常工作。 如果大于此输入范围应选用5挡（表示输入信号衰减5倍后进入示波器）。 该显示界面的下方有一个“显示方式”选择框，提供了示波和X-Y两种方式。 当需要是时域显示方式时，应选择框内的示波方式选项（通常在弹出示波器界面时，默认为示波方式）。 点击停止后，将停止示波器运行，即可进行波形分析和相关的测量（只保存当前实验的波形）。 （1）信号幅值测量在显示界面的左右各有一条滑竿标尺，用户点住滑竿标尺上、下移动到显示界面中需标定的点，此时滑竿的最右侧的黄色方块上显示的数据为当前测量点的幅值，见图11的4.34V和2.5V数据显示。 在Y轴上两条滑竿之间（在显示界面的左侧）的黄色方块中显示的数据，为两个测量点的幅值差，见图11上的v=1.84V。 （2）信号时间测量a、移动波形在运行开始到停止，示波器可能已采样了多幅波形，因此用户首先必须点击显示界面下方的前一屏或后一屏来获取显示所需的画面，然后再点击中间的微调按钮来调节波形至最佳测量状态。 b、压缩/扩展波形在显示界面的下方有一个时间量程选择框，在框中2表示波形压缩了2倍，4表示波形压缩了4倍，该功能适用于观察频率低、周期长的信号，例如观察时间常数大的积分信号输出；在框中2表示波形放大了2倍，4表示波形压放大了4倍，该功能适用于观察频率较高的信号，例如观察微分信号输出、阶跃输出的上升时间等。 Y1Y时间差幅值差14c、信号时间的测量当信号在显示界面处于最佳测量状态后，用户可以点住显示界面上下各一条的滑竿，左、右移动到波形需标定的点的位置，在X轴上两条滑竿之间的黄色方块中显示的数据，为两个X轴上标定点的时间差，见图11上的t=1.200S。 2示波器的相平面显示（X-Y）使用在示波器的时域显示界面下方的显示方式选择框中，如用户选中X-Y选项，则虚拟示波器将提供相当于真实示波器中的X-Y选项，即可实现自动控制原理实验中的相平面分析实验。 在实验中欲观测实验结果时，应运行LabACT程序，选择自动控制菜单下的非线性系统的相平面分析-实验项目，再分别选择典型非线性环节、或二阶非线性系统、或三阶非线性系统，再选择开始实验，就会弹出相应的虚拟示波器界面，即可使用本实验机的虚拟示波器观察波形。 确保实验机处于联机状态，点击开始后即开始实验。 分析波形待出现完整波形以后，点击停止后停止运行，进行波形分析；或按刷新按钮进行波形更新。 注意分析波形必须先停止。 在相平面显示界面上，同样也可以实现与时域显示时相同的幅值测量和时间测量功能。 继电型非线性三阶e-e平面的相轨迹图如图12示图12继电型非线性三阶e-e平面的相轨迹图在非线性实验的相平面分析实验中，如果用户在显示方式选择框中，选中示波选项，示波器将转为时域显示方式。 这样用户可以在同一界面上方便地看到系统的时域显示和相平面显示。 3示波器的幅频/相频/幅相特性显示使用该方式专为线性控制系统的频率响应分析设计的。 在实验中欲观测实验结果时，应运行LabACT程序，选择自动控制菜单下的线性控制系统的频率响应分析-实验项目，再分别选择一阶系统、或二阶系统、或时域分析，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）显示波形（S-ST不能用“短路套”短接！）虚拟示波器上弹出频率特性界面后，点击开始，实验机将自动产生0.5Hz-64Hz多个频率信号，并测试被测系统的频率特性，等待将近十分钟，测试结束后，可点击界面下方的“频率特性”选择框中的任意一项进行切换，将显示被测系统的闭环对数幅频、对数相频特性曲线（伯德图）和幅相曲线（奈奎斯特图），点击停止后，将停止示波器运行。 用户如选择了二阶系统，则虚拟示波器上先弹出闭环频率特性界面，点击开始，待实验机把闭环频率特性测试结束后，再在示波器界面左上角的红色开环或闭环字上双击，将在示波器界面上弹出开第二章虚拟示波器环/闭环选择框，点击确定后，示波器界面左上角的红字，将变为开环然后再在示波器界面下部频率特性选择框点击（任一项），在示波器上将转为开环频率特性显示界面。 在开环频率特性界面上，亦可转为闭环频率特性显示界面，方法同上。 在频率特性显示界面的左上角，有红色开环或闭环字表示当前界面的显示状态。 被测系统某个频率点的L、?、Im、Re等相关数据测量实验机在测试频率特性时，实验开始后实验机先自动产生0.5Hz-16H等多种频率信号，在示波器的界面上形成闭环对数幅频、相频特性曲线（伯德图）和幅相曲线（奈奎斯特图）。 在界面上方将显示该系统用户点取的频率点的、L、?、Im、Re等相关数据。 然后提示用户用鼠标直接在幅频或相频特性曲线的界面上点击所需增加的频率点，（选取的频率值f，以0.1Hz为分辨率，例如所选择的频率信号频率值f为4.19Hz，则被认为4.1Hz送入到被测对象的输入端），实验机将会把鼠标点取的频率点的频率信号送入到被测对象的输入端，然后检测该频率的频率特性。 检测完成后在界面上方显示该频率点的频率和相关数据，同时在曲线上打十字标记。 如果增添的频率点足够多，则频率特性曲线将成为近似光滑的曲线，见图13所示（该曲线已增添了多个频率点）。 鼠标在界面上移动时，在界面的左下角将会同步显示鼠标位置所选取的角频率值，幅值或相位值。 在AedkLabACT两阶频率特性数据表中将列出所有测试到的频率点的闭环开环L、?、Im、Re等相关数据测量。 注该数据表不能自动更新，只能用关闭后再打开的办法更新。 闭环系统谐振频率r?，谐振峰值)(rL?等相关数据的测量在闭环对数幅频曲线中，用鼠标在曲线峰值处点击一下，待检测完成后，就可以根据十字标记测得该系统的谐振频率r?，谐振峰值)(rL?，见图13。 图13虚拟示波器闭环系统幅频特性界面开环系统的幅值穿越频率c?、相角裕度?等相关数据的测量在开环对数幅频曲线中，用鼠标在曲线)(?L=0处点击一下，待检测完成后，就可以根据十字标记测得系统的幅值穿越频率c?；同时还可在开环对数相频曲线上根据十字标记测得该系统的相位裕度?。 谐振频率r谐振峰值L(r)16注1用户用鼠标只能在幅频或相频特性曲线的界面上点击所需增加的频率点，无法在幅相曲线的界面上点击所需增加的频率点。 注2根据本实验机的现况，要求构成被测二阶闭环系统的阻尼比必须满足下式，否则模/数转换器（B8单元）将产生削顶。 102.0?即1.0?KTTi注3实验机在测试频率特性时，实验开始后，实验机将按序自动产生0.5Hz、1Hz、2Hz等多种频率信号，当被测系统的输出mVtC60)(?时将仃止测试。 注4由于型系统含有一个积分环节，它在开环時响应曲线是发散的，因此欲获得其开环频率特性时，还是需构建成闭环系统，测试其闭环频率特性，然后再通过公式换算，从而得到开环系统的频率特性。 4示波器的计算机控制显示使用示波器的计算机控制显示方式可以在示波器显示界面上进行参数的设置和修改，该界面显示方式用于PID算法、最少拍控制、大林算法、温度控制等实验。 注意分析波形必须先停止。 (1)最少拍控制系统实验在实验中欲观测实验结果时，只要运行LABACT程序，选择微机控制菜单下的最少拍控制系统-有纹波实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，确保实验机处于联机状态，点击开始后将自动加载相应源文件，此时可选用虚拟示波器（B3）单元的CH 1、CH2测孔测量波形。 该实验显示界面的下边“计算公式”栏中有Ki、Pi，7个控制参数，界面上方有采样周期T，点击开始后，将默认以下参数0K=0.541K=0.22K=3K=01P=0.722P=3P=0，T=200x5mS=1000mS该实验显示界面的下边“计算公式”栏的Ki、Pi与界面上方的采样周期T均可由用户在界面上直接修改，以期获得理想的实验结果，改变这些参数后，只要再次点击“开始”键，即可使实验机按照新的控制参数运行。 修改参数根据实验要求设定好下边7个控制参数和采样周期，然后点击“开始”按钮。 分析波形待出现完整波形以后，点击停止按钮，进行波形分析。 如图14所示图14运行最少拍有纹波算法的输出波形第二章虚拟示波器(2）数字PID控制实验在实验中欲观测实验结果时，只要运行LABACT程序，选择微机控制菜单下的数字PID控制实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后将自动加载相应源文件，运行程序。 在程序运行中，随时可修改控制系数PID，然后点击发送，无须点击仃止；只有在需观察实验结果时，才需点击仃止。 该实验显示界面的右边“PID系数”栏中有Kp、TI、TD3个控制系数，界面上方有采样周期T，点击发送后，将默认以下参数Kp=0.60，TI=100mS，TD=30mS，T=4x5mS=20mS该实验的显示界面中采样周期T（1-99）x5mS，“控制系数”栏的比例系数Kp（0.00-2.00）、调节器的积分时间常数TI（1-199mS）、调节器的微分时间常数TD（0-200mS）；均可由用户在界面上直接修改，以期获得理想的实验结果。 改变Kp TI、TD这些参数后，只要再次点击“发送”键，即可使实验机按照新的控制参数运行。 注设定Ti=200ms，将是PID控制实验中一种特殊用法，它把PID控制变成了PD控制，详见实验指导书第4.5.1节数字PID控制实验。 修改参数根据实验要求设定好右边Kp TI、TD3个控制系数和界面上方的采样周期，然后点击“发送”按钮。 分析波形待出现完整波形以后，点击停止按钮，进行波形分析。 如图15所示图15数字PID控制实验曲线18(3）温度闭环控制在实验中欲观测实验结果时，只要运行LABACT程序，选择控制系统菜单下的温度闭环控制实验项目，再选择开始实验，就会弹出温度示波器的界面。 点击开始后将自动加载相应源文件，然后再点击发送键，将运行；然后设定温度参数、积分量阀值和控制系数PID后，点击发送，即可实现温度闭环控制。 在程序运行中，随时可修改控制系数PID，然后点击发送，无须点击停止；只有在需观察实验结果时，才需点击停止。 该实验显示界面的右边“PID系数”栏中有Kp TI、TD3个控制系数，积分量|)j(|0?jKe阀值0E点击发送后，将默认以下参数Kp=0.9，TI=20S，TD=50S，0E=1500，温度=65该实验的显示界面的右边“PID系数”栏的比例系数Kp（0.00-2.00）、调节器的积分时间TI（1-99S）、调节器的微分时间TD（0-99S）和积分量阀值0E（0-2000），以及温度参数（1-70）均可由用户在界面上直接修改，以期获得理想的实验结果。 如在控制过程中欲改变这些系数和参数，则改变后，只要再次点击“发送”键，即可使实验机按照新的控制系数和设定参数运行。 该实验已规定采样周期T=2秒。 修改参数根据实验要求设定好右边Kp TI、TD3个控制系数、积分量阀值0E，和温度参数然后点击“开始”按钮。 分析波形大概等20-30分钟，待出现完整波形以后，点击停止按钮，进行波形分析。 如图16（压缩了8倍的波形）所示图16虚拟示波器温度闭环控制界面冷却在运行中，改变温度参数为1后，再次点击“发送”键将启动风扇转动，进行冷却。 自动控制原理实验第三章自动控制原理实验3.1线性系统的时域分析3.1.1实验一典型环节的模拟研究一.实验要求1了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式2观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响二实验内容及步骤在实验中欲观测实验结果时，可用普通示波器，也可选用本实验机配套的虚拟示波器。 如果选用虚拟示波器，只要运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。 1.观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图17所示。 图17典型比例环节模拟电路典型比例环节的传递函数01iORRKK(S)U(S)U(S)G?单位阶跃响应K)t(U?实验步骤注S-ST不能用“短路套”短接！ （1）用信号发生器（B1）的阶跃信号输出和幅度控制电位器构造输入信号（Ui）B1单元中电位器的左边K3开关拨下（GND），右边K4开关拨下（0/+5V阶跃）。 阶跃信号输出（B1-2的Y测孔）调整为2V（调节方法按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮，L9灯亮，调节电位器，用万用表测量Y测孔）。 （2）构造模拟电路按图17安置短路套及测孔联线，表如下。 （a）安置短路套（b）测孔联线模块号跨接座号1A1当电阻R1=100K时当电阻R1=200K时S4，S82A6S2，S6S4，S7 （3）虚拟示波器（B3）的联接示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT（Uo）。 注CH1选1档。 时间量程选1档。 12信号输入（Ui）B1（Y）A1（H1）运放级联A1（OUTA6（H1）20 （4）运行、观察、记录打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0+2V阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。 改变比例系数（改变运算模拟单元A1的反馈电阻R1），重新观测结果，填入实验报告。 实验报告（在报告空白处填上计算值及测量值）输入电阻Ro反馈电阻R1100K200K500K输入电压Ui比例系数计算值测量值200K2V2.观察惯性环节的阶跃响应曲线典型惯性环节模拟电路如图18所示。 图18典型惯性环节模拟电路典型惯性环节的传递函数CRT,RRK,TS1K(S)U(S)U(S)G101i