自动控制理论实验箱实验指导书-1

1、目录一自动控制理论实验指导1概述.12实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真研究.53实验二 典型系统动态性能和稳定性分析.124实验三 典型环节（或系统）的频率特性测量.165实验四 线性系统串联校正.216实验五 典型非线性环节的静态特性.267实验六 非线性系统相平面法.318实验七 非线性系统描述函数法.379实验八 极点配置全状态反馈控制.4210实验九 采样控制系统动态性能和稳定性分析的混合仿真研究.4911实验十 采样控制系统串联校正的混合仿真研究.53二自动控制理论对象实验指导1实验一 直流电机转速控制实验.572实验二 温度控制实验.603实验三 水箱液位控制实验.62三自动控

2、制理论软件说明1概 述.642安装指南及系统要求.673功能使用说明.694使用实例.79概 述一实验系统功能特点 1系统可以按教学需要组合，满足“自动控制原理”课程初级与高级实验的需要。只配备ACT-I实验箱，则实验时另需配备示波器，且只能完成部分基本实验。要完成与软件仿真、混合仿真有关的实验必须配备上位机（包含相应软件）及并口通讯线。2ACT-I实验箱内含有实验必要的电源、信号发生器以及非线性与高阶电模拟单元，可根据教学实验需要进行灵活组合，构成各种典型环节与系统。此外，ACT-I实验箱内还可含有数据处理单元，用于数据采集、输出以及和上位机的通讯。3配备PC微机作操作台时，将高效率支持“自

3、动控制原理”的教学实验。系统提供界面友好、功能丰富的上位机软件。PC微机在实验中，除了满足软件仿真需要外，又可成为测试所需的虚拟仪器、测试信号发生器以及具有很强柔性的数字控制器。4系统的硬件、软件设计，充分考虑了开放型、研究型实验的需要。除了指导书所提供的10个实验外，还可自行设计实验。二系统构成实验系统由上位PC微机（含实验系统上位机软件）、ACT-I实验箱、并行通讯线等组成。ACT-I实验箱内装有以ADmC812芯片（含数据处理系统软件）为核心构成的数据处理卡，通过并口与PC微机连接。1实验箱ACT-I简介ACT-I控制理论实验箱主要由电源部分U1单元、信号源部分U2单元、与PC机进行通讯

4、的数据处理U3单元、 元器件单元U4、非线性单元U5U7以及模拟电路单元U8U16等共16个单元组成，详见附图。(1) 电源单元U1包括电源开关、保险丝、5V、5V、15V、15V、0V以及1.3V15V可调电压的输出，它们提供了实验箱所需的所有工作电源。(2) 信号源单元U2 可以产生频率与幅值可调的周期方波信号、周期斜坡信号、周期抛物线信号以及正弦信号，并提供与周期阶跃、斜坡、抛物线信号相配合的周期锁零信号。该单元面板上配置的拨键S1和S2用于周期阶跃、斜坡、抛物线信号的频率段选择，可有以下4种状态：S1和S2均下拨输出信号周期的调节范围为260ms；S1上拨、S2下拨输出信号周期的调节范

5、围为0.26s；S1下拨、S2上拨输出信号周期的调节范围为20600ms；S1和S2均上拨输出信号周期的调节范围为0.167s；另有电位器RP1用于以上频率微调。电位器RP2、RP3和RP4依次分别用于周期阶跃、斜坡与抛物线信号的幅值调节。在上述S1和S2的4种状态下，阶跃信号的幅值调节范围均为014V；除第三种状态外，其余3种状态的斜坡信号和抛物线信号的幅值调节范围均为015V；在第三种状态时，斜坡信号的幅值调节范围为010V，抛物线信号的幅值调节范围为02.5V。信号单元面板上的拨键S3用于正弦信号的频率段的选择：当S3上拨时输出频率范围为140Hz14KHz；当S3下拨时输出频率范围为2

6、160Hz。电位器RP5和RP6分别用于正弦信号的频率微调和幅值调节，其幅值调节范围为0-14V。(3) 数据处理单元U3内含以ADmC812为核心组成的数据处理卡（含软件），通过并行口与上位PC进行通讯。内部包含6路A/D采集输入通道和两路D/A输出通道。与上位机一起使用时，可同时使用其中两个输入和两个输出通道。结合上位机软件，用以实现虚拟示波器、测试信号发生器以及数字控制器功能。(4) 元器件单元U4单元提供了实验所需的电容、电阻与电位器，另提供插接电路供放置自己选定大小的元器件。(5) 非线性环节单元U5、U6和U7U5，U6，U7分别用于构成不同的典型非线性环节。单元U5可通过拨键S4

7、选择具有死区特性或间隙特性的非线性环节模拟电路。单元U6为具有继电特性的非线性环节模拟电路。单元U7为具有饱和特性的非线性环节模拟电路。(6) 模拟电路单元U8U16U8U16为由运算放大器与电阻，电容等器件组成的模拟电路单元。其中U8为倒相电路，实验时通常用作反号器。U9U16的每个单元内，都有用场效应管组成的锁零电路和运放调零电位器。2系统上位机软件的功能与使用方法，详见ACT-I自动控制理论实验上位机程序使用说明书。三自动控制理论实验系统实验内容1 典型环节的电路模拟与软件仿真研究；2 典型系统动态性能和稳定性分析；3 典型环节（或系统）的频率特性测量；4 线性系统串联校正；5 典型非线

8、性环节的静态特性；6 非线性系统相平面法；7 非线性系统描述函数法；8 极点配置线性系统全状态反馈控制；9 采样控制系统动态性能和稳定性分析的混合仿真研究；10采样控制系统串联校正的混合仿真研究。要完成上列全部实验，必须配备上位计算机。四实验注意事项1实验前U9U16单元内的运放需要调零。2运算放大器边上的锁零点G接线要正确。不需要锁零时（运放构成环节中不含电容或输入信号为正弦波时），必须把G与-15V相连；在需要锁零时，必须与其输入信号同步的锁零信号相连。如在采用PC产生的经D/A通道输出的信号O1作为该环节或系统的输入时，运放的锁零信号G应连U3单元的G1（对应O1）；类似地，如采用PC产

9、生的信号O2作输入，则锁零信号G应连U3单元的G2（对应O2）。锁零主要用于对电容充电后需要放电的场合，一般不需要锁零。3在设计和连接被控对象或系统的模拟电路时，要特别注意，实验箱上的运放都是反相输入的，因此对于整个系统以及反馈的正负引出点是否正确都需要仔细考虑，必要时接入反号器。4作频率特性实验和采样控制实验时，必须注意上位机界面操作时“通道设置”只允许选用采样通道X作为A/D输入。至于该“X通道”具体采用“I1I6”中哪一个通道，决定于控制箱上的实际连线，必须注意硬件连线与软件界面上操作的一致性。类似地，软件界面上操作时，也必须注意“通道设置”与“显示”选择的一致性。此一致性要求对所有使用

10、通道的实验都是一样的，只是其它实验还允许以同样方式使用Y通道。5上位机软件提供线性系统软件仿真功能。在作软件仿真时，无论是一个环节、或是几个环节组成的被控对象、或是闭环系统，在利用上位机界面作实验时，都必须将开环或闭环的传递函数都转化成下面形式，以便填入参数ai, bj其中 ， 。如出现 的情况，软件仿真就会出错，必须设法避免。如实验一，在作理想比例微分（PD）环节的软件仿真实验时就会遇到此问题，因为此时可见该W(s)分子中s的阶高于分母的，直接填入参数仿真，即出现“非法操作”的提示。具体避免方法请参阅该实验附录。6受数据处理单元U3的数据处理速率限制，作频率特性实验和采样控制实验时，在上位机

11、界面上操作“实验参数设置”必须注意频率点和采样控制频率的选择。对于频率特性实验，应满足30Rad/sec，以免引起过大误差。类似地，对于采样控制实验，采样控制周期应不小于2 ms。实验三 典型环节（或系统）的频率特性测量一实验目的1学习和掌握测量典型环节（或系统）频率特性曲线的方法和技能。2学习根据实验所得频率特性曲线求取传递函数的方法。二实验内容1用实验方法完成一阶惯性环节的频率特性曲线测试。2用实验方法完成典型二阶系统开环频率特性曲线的测试。3根据测得的频率特性曲线求取各自的传递函数。4用软件仿真方法求取一阶惯性环节频率特性和典型二阶系统开环频率特性，并与实验所得结果比较。三实验步骤1熟悉

12、实验箱上的信号源，掌握改变正弦波信号幅值和频率的方法。利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录设计并连接“一阶惯性环节”模拟电路（如用U9+U8连成）或“两个一阶惯性环节串联”的模拟电路（如用U9+U11连成）。2利用实验设备完成一阶惯性环节的频率特性曲线测试。无上位机时，利用实验箱上的信号源单元U2所输出的正弦波信号作为环节输入，即连接箱上U2的“正弦波”与环节的输入端（例如对一阶惯性环节即图1.5.2的Ui）。然后用示波器观测该环节的输入与输出（例如对一阶惯性环节即测试图1.5.2的Ui和Uo）。注意调节U2的正弦波信号的“频率”电位器RP5与“幅值”电位器RP6，测取不同频率时环节输出

13、的增益和相移（测相移可用“李沙育”图形），从而画出环节的频率特性。有上位机时，必须在熟悉上位机界面操作的基础上，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能，接线方式将不同于上述无上位机情况。仍以一阶惯性环节为例，此时将Ui连到实验箱 U3单元的O1（D/A通道的输出端），将Uo连到实验箱 U3单元的I1（A/D通道的输入端），并连好U3单元至上位机的并口通信线。接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。界面上的操作步骤如下：按通道接线情况完成“通道设置”:在界面左下方“通道设置”框内，“信号发生通道”选择“通道O1”

14、，“采样通道X”选择“通道I1”，“采样通道Y”选择“不采集”。进行“系统连接”（见界面左下角），如连接正常即可按动态状态框内的提示（在界面正下方）“进入实验模式”；如连接失败，检查并口连线和实验箱电源后再连接，如再失败则请求指导教师帮助。进入实验模式后，先对显示进行设置：选择“显示模式”（在主界面左上角）为“Bode”。完成实验设置，先选择“实验类别”（在主界面右上角）为“频域”，然后点击“实验参数设置”，在弹出的“频率特性测试频率点设置”框内，确定实验要测试的频率点。注意设置必须满足30Rad/sec。以上设置完成后，按“实验启动”启动实验。界面中下方的动态提示框将显示实验测试的进展情况，

15、从开始测试直至结束的过程大约需要2分钟。实验自动结束，提供数据表格和显示对数频率特性（Bode图）。改变显示模式，从“Bode”改为“Polar”,图框内即显示幅相频率特性（Nyquist图）。按实验报告需要，将图形结果保存为位图文件，操作方法参阅软件使用说明书3利用实验设备完成典型二阶系统开环频率特性曲线的测试。具体操作方法参阅步骤2。4参考附录的提示，根据测得的频率特性曲线（或数据）求取各自的传递函数。5用位机软件界面上提供的软件仿真功能，求取一阶惯性环节频率特性和典型二阶系统开环频率特性，并与实验所得结果比较。现以求取一阶惯性环节频率特性为例，说明怎样利用上位机软件完成环节频率特性软件仿

16、真的操作。这里，前步骤与2相同，其后操作步骤如下：在上位机界面右上角“实验类别”中选择“软件仿真”。然后点击“实验参数设置”，在弹出的“仿真设置”框内，在“传递函数”栏目中填入环节的传递函数参数。在“仿真设置”框内的“其它设置”栏目中选择“频域仿真”。以上设置完成后，按“实验启动”启动实验。界面中下方的动态提示框将显示实验测试的进展情况，从开始测试直至结束的过程大约需要2分钟。实验自动结束，提供数据表格和显示对数频率特性（Bode图）。改变显示模式，从“Bode”改为“Polar”,图框内即显示幅相频率特性（Nyquist图）。按实验报告需要，将图形结果保存为位图文件，操作方法参阅软件使用说明

17、书6分析实验结果，完成实验报告。四附录1实验用一阶惯性环节传递函数参数、电路设计及其幅相频率特性曲线：对于的一阶惯性环节，其幅相频率特性曲线是一个半圆，见图3.1。取代入，得在实验所得特性曲线上，从半园的直径，可得到环节的放大倍数K，K。在特性曲线上取一点，可以确定环节的时间常数T，。实验用一阶惯性环节传递函数为，其中参数为R0=200，R1200，C1uF，其模拟电路设计参阅图1.5.2。2实验用典型二阶系统开环传递函数参数、电路设计及其幅相频率特性曲线：对于由两个惯性环节组成的二阶系统，其开环传递函数为 令上式中 ，可以得到对应的频率特性二阶系统开环传递函数的幅相频率特性曲线，如图3.2.

18、1所示。根据上述幅相频率特性表达式，有 （31） 其中 故有 （32） （33）如已测得二阶环节的幅相频率特性，则、和均可从实验曲线得到，于是可按式（31）、（32）和（33）计算K、T、，并可根据计算所得T、 求取T1和T2实验用典型二阶系统开环传递函数为:其电路设计参阅图3.2.2。3对数幅频特性和对数相频特性图3.3.1上述幅相频率特性也可表达为对数幅频特性和对数相频特性，图3.3.1和图3.3.2分别给出上述一阶惯性环节和二阶环节的对数幅频特性和对数相频特性：图3.3.2注意：此时横轴w采用了以10为底的对数坐标，纵轴则分别以分贝和度为单位。第一章 概 述控制理论实验上位机程序，是为求

19、是公司生产的自动控制理论实验装置配套的上位机控制程序。本软件必须与自动控制控制理论实验箱（实验装置）配套使用，实验箱上配备有并行口接口，使用本软件前，计算机必须与实验箱通过并口进行连接，并合上实验箱电源。脱离实验箱，本软件将无法正常使用。自动控制理论实验上位机程序主界面（User Interface）如图（1.1）所示。 图1.1 自动控制理论实验主界面自动控制控制理论实验箱，内部包含有以ADmC812为核心的数据处理系统。上位机控制程序可以通过该采集系统完成6通道数据采集输入（同时采集最多2通道）和2通道检测波形输出（同时输出最多2通道），可以完成包括控制理论实验所需的检测信号发生、数据采集

20、和控制任务，并支持多种波形显示方式和后期图像数据处理。11 实验设置1.实验内容：使用上位机程序可以完成控制理论的基础实验和高级的开放型实验，实验系统支持的控制理论实验有：实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真研究实验二 典型系统动态性能和稳定性分析实验三 典型环节（或系统）的频率特性测量实验四 线性系统串联校正实验五 典型非线性环节的静态特性实验六 非线性系统相平面法实验七 非线性系统描述函数法实验八 极点配置全状态反馈控制实验九 采样控制系统动态性能和稳定性分析的混合仿真研究实验十 采样控制系统串联校正的混合仿真研究除以上所列实验外，可以按需要自行设计并进行其它新实验。2.实验说明：除了本说

21、明书（上位机软件使用说明书）以外，对以上所列每个实验将提供实验指导书。其内容包括：实验目的、实验内容、实验步骤和附录。该附录对实验原理作了说明，包括系统的框图、参考传递函数、电路、典型参数和参考实验结果等等。12 文件操作1.打开数据文件：打开以前保存的后缀名为dtc文件。2.保存数据文件：数据将被保存在后缀名为dtc文件中。3.保存位图文件：将显示区域内的图象保存成位图文件,后缀名为bmp。详细操作详见3.11。13 系统命令1.并口设置：设置并口参数，详细操作详见3.10。2.默认设计：恢复系统默认设置。14 显示设置1.显示设置：系统显示参数设置。2.显示系统输入信号：确定是否显示系统输

22、入信号。3.显示采样通道X：确定是否显示采样通道X。4.显示采样通道Y：确定是否显示采样通道Y。5.显示仿真曲线：确定是否显示仿真曲线。6.显示网格：确定是否显示网格。详细操作详见3.12。15 参数设置1.时域实验参数设置：调出系统测试信号对话框，详细操作详见3.7。2.频域实验参数设置：调出频域实验参数对话框，详细操作详见3.7。3.采样控制参数设置：调出采样控制参数对话框，详细操作详见3.7。4.软件仿真参数设置：调出软件仿真参数对话框，详细操作详见3.7。16 操作命令1.系统连接：详细操作详见3.2。2.实验启动：详细操作详见3.9。第二章 安装指南及系统要求21 安装指南硬件的安装

23、与设置1电源：本实验箱配备了相应的电源线，电源要求为单相180240VACRMS。注意：电源线与实验箱、计算机的连接一定要插实，防止实验中可能移动设备造成的断电。安装和使用过程中注意保护电源连接线，电线破损可能造成严重的人身伤害。2实验箱与计算机的连接方法实验箱与计算机通过计算机的打印机接口（Parallel Port）连接。使用标准25针并口线。3硬件的安装步骤（1）关闭PC电源，连接实验箱与计算机的电缆。（2）开启PC，进入操作系统前按键盘DEL键，启动CMOS设置。（3）设置打印机接口（Parallel Port）为EPP或Bi-Dir方式。软件的安装与设置本程序的安装文件为SETUP.

24、EXE,如果是软盘安装，将有四张软盘，分别标记为安装盘1、2#、3#和安装盘4#。1.软盘安装：运行安装盘1#的SETUP.EXE, 双击运行后, 按系统提示插入安装盘2#、3#和4#, 然后按提示完成安装。2.拷贝安装：先将安装盘1#、2#、3#和4#的文件全部拷贝至同一目录,例如d:SetUp，再运行SETUP.EXE, 按提示完成安装。3.并口使用：使用标准25针并口线，连接ACT-I型实验箱上插座与电脑并口插座。安装完成后,执行文件为安装目录下的“求是教仪”。22 系统要求操作系统：WIN2000 建议配置：CPU：不低于Pentium II/K6内存：不低于64M Bytes硬盘：可

25、使用空间不少于10M.Bytes预装软件：MATLAB (版本最好高于V5.0)(用于数字仿真)Microsoft Word 97/2000第三章 功能使用说明31 实验主界面实验主界面如图（3.1.1）所示。在实验主界面可以完成通道选择、联机、数据采集、信号发生、波形显示和处理等多种功能（将在接下来的章节具体介绍）。界面的主体是中间的图像显示框（详见3.15）。图 3.1.1 实验主界面32 系统连接显示并控制系统连接状态的控制命令“系统连接”模块，位于主界面左下角，如图（3.2.1）所示。“ 系统连接 / 断开连接 ”按钮，用于与下位机建立通讯。程序启动时，并未与下位机建立连接，按“系统连

26、接”按钮图（3.2.1）可以建立与下位机的连接。当程序与下位机建立了连接以后，显示变为“断开连接”，如图（3.2.2）,同时按钮下的红灯变为绿灯，表示与下位机连接正常。当与下位机通讯完成以后，需要按“断开连接”按钮来结束与下位机的连接，此时绿灯变为红灯，如图（3.2.1）。图3.2.1 系统连接图3.2.2 系统连接33 通道设置通道设置模块如图（3.3.1）所示，通道设置只有在系统连接（详见3.2）之前才能设置。ACT-I型实验箱上配置的采集卡上共有2路波形发生通道（D/A）和6路波形采集通道(A/D)。上位机程序支持两路D/A同时输出和两路A/D同时输入，两路D/A分别为信号发生通道O1和

27、信号发生通道O2，两路A/D分别为采样通道X和采样通道Y。图(3.3.2)为信号发生通道设置，图(3.3.3)为采样通道X和采样通道Y的通道设置，采样通道X或Y的选择必须和ACT-I型实验箱的实际连线一致。实验时，可根据需要选择面板上的信号通道I1I6。当系统连接（详见3.2）时,上位机即发送通道选择信号到下位机，此后不能更改通道参数。如果需要更改通道参数，应先断开连接（详见3.2），然后选择适当的参数，再连接系统（详见3.2），继续实验。图3.3.1通道设置图3.3.2通道设置图3.3.3通道设置34 显示模式显示模式模块如图（3.4.1）所示，模块支持四种显示模式，分别为：1.X-t 模式

28、：横坐标为时间轴，纵坐标为通道数据值。选择X-t显示模式，显示模块显示如图（3.4.2）所示显示界面，横坐标时间轴的量程设置（详见3.5），纵坐标幅值范围为-5V5V。X-t 模式可以用于显示系统的测试信号、暂态或稳态的时域响应等。2.X-Y模式：横坐标为采样通道X值，纵坐标为采样通道Y值。选择X-Y显示模式，显示模块显示如图（3.4.3）所示显示界面。横、纵坐标幅值范围为-5V5V，X-Y模式主要用于显示李沙育图形等。图3.4.1 显示模式3.Bode模式：横坐标为频率，用对数表示。选择Bode显示模式，显示模块如图（3.4.4）所示显示界面。界面的上半部分为对数幅频特性，其纵坐标为幅值的分

29、贝数；下半部分为对数相频特性，此时纵坐标为相角的度数。Bode模式用于系统的频域特性测量中的对数幅频与相频特性（即波特图）显示。4.Polar模式：选择Polar显示模式，显示模块显示如图（3.4.5）所示显示界面。Polar模式可用于系统幅相特性与相平面轨迹显示等。在用于系统幅相特性显示时，横轴为实部，纵轴为虚部。用于相平面轨迹显示时，横轴为系统偏差，纵轴为该偏差的微分。图3.4.4 对数幅频特性图3.4.2 X-t 图3.4.5 极坐标图图3.4.3 X-Y 35量程设置图3.5.1 量程设置量程设置模块如图（3.5.1）所示，本设置模块只有在显示模式为X-t和X-Y时有效，有四个量程值：

30、1.100 ms/div,一屏为10格，画满一屏的时间为1 S。2.200 ms/div,画满一屏的时间为2 S。3.400 ms/div,画满一屏的时间为4 S。4.1000 ms/div,画满一屏的时间为10 S。36实验类别图3.6.1 实验类别实验类别选择模块如图(3.8.1)所示，模块支持四种实验类别：1.时域实验：需测取系统的暂态或稳态时域响应的实验。2.频域实验：需测取系统的频率特性的实验。3.采样控制实验：需要有数字控制器功能的实验，如有关采样控制系统的实验。4.软件仿真实验：通过全数字仿真（即软件仿真）得到实验结果。 通过选择不同的实验类别，并设置不同的参数（详见3.9），可

31、以完成不同类型的实验。37 实验参数设置图3.7.1 实验参数设置实验参数设置模块如图（3.7.1）所示，根据不同的实验类别，按 实验参数设置 按钮，将得到四种不同的对话框。1.系统测试信号设置：时域实验时，按 实验参数设置 按钮，可得到如图（3.7.2）所示对话框，用于按实验需要选择测试信号的类型和参数。这里测试信号由信号发生器输出，加于被测控制系统或环节的输入端。(1)测试信号类别：a.0/外接：不使用通过计算机产生的信号，采用实验箱上信号发生器产生的信号。b.正弦波：使用通过计算机产生正弦波信号。c.周期阶跃信号：使用通过计算机产生周期阶跃信号。d.周期斜坡信号：使用通过计算机产生的周期

32、斜坡信号。e.周期抛物线信号：使用通过计算机产生的周期抛物线信号。 图3.7.2 测试信号参数设置(2)输入波形幅值：0 V 5 V。默认设置为2.0V。(3)输入波形占空比：0100，此项设置除正弦波外对其他周期信号均有效，默认设置为100。(4)输入信号周期：10ms 5000ms ,默认1000ms。(5)输入持续时间：信号发生持续时间，范围010S。(6)连续：选择连续按钮后，输入持续时间将失效，信号将连续输出。(7)零电位偏移：允许设置5到5的零位偏移。图3.7.3 采样控制参数设置2.采样控制参数设置：采样控制实验参数设置分为两部分。如图（3.7.3）所示。(1)测试信号设定：按

33、设置 按钮将得到如图（3.7.2）所示对话框，详细设置参见上面介绍。(2)采样控制系统研究：采样控制系统的参数设置包括:(a)采样控制系统采样周期设置。(b)采样控制系统混合仿真实验（详见控制理论指导书实验九）中比例控制器Kp的设置。(c)采样控制系统串联校正的混合仿真实验（详见控制理论实验指导书实验十）的校正环节Gc(s)的参数设置。3.频域特性测试参数设置：见图（3.7.4），用于设置频域特性测试的频率点，单位为：Rad/Sec。可以添加、删除频率点，频率点范围为0.1100rad/s。图3.7.4频域参数设置4.软件仿真实验参数设置：如图（3.7.5），分为三个模块。（1）软件仿真输入信

34、号设定，具体参数范围如下：(a)输入波形类别：正弦波信号图3.7.5 仿真参数设置周期阶跃信号周期斜坡信号周期抛物线信号(b)输入波形幅值：0 V5 V。默认设置为2.0V。(c)输入波形占空比：0100，此设置对正弦波信号外，其他周期信号均有效，其默认值为100。(d)输入信号周期：10ms 5000ms ,默认1000ms。(e)输入持续时间：信号发生持续时间，范围010S。(f)同步：按 同步 按钮将使软件仿真的输入信号设定与实际的输入信号设置（详见3.7时域参数设置一节）一致。(2)传递函数设置：设置系统的传递函数。将要作软件仿真对象（环节或闭环系统）的传递函数G(s)参数化为 其中如

35、被测环节的传递函数为：，只需在G(S)的分子上填入“1”,在分母上填入“0.2,1”，就已经表达了G(S)。(3)仿真类别设置：可以设置仿真类别为时域仿真或频域仿真。38 信号显示图3.8.1 信号显示信号显示模块如图（3.8.1）所示，位于主界面右侧中间位置,有四个小模块，系统输入信号显示模块、软件仿真显示模块、采样通道X显示模块和采样通道Y显示模块。以采样通道显示模块为例， 显示 触发按钮表示是否显示该曲线，图（3.8.1）中， 显示 按钮被按下，表示显示采样通道X曲线。当 显示 按钮弹起时，表示不显示该曲线。程序同时可以显示四条曲线。该框中间数字的颜色与图像显示框内显示的曲线颜色一致，而

36、其数值则用于显示鼠标指向的曲线某点的纵坐标实际数值（见3.13说明）。下方的缩放框用于曲线的纵坐标值的缩放比例调节，可以调整曲线在图像显示框中的大小，调节范围为03.0。311 实验操作图3.10.1 并口设置对话框图3.9.1 实验操作图3.9.2 实验操作实验启动模块如图（3.9.1）所示，位于主界面右下侧,在选择了实验类别和进行了相应实验参数设置后，可以启动实验，按 实验启动 启动实验，模块显示变为如图（3.9.2）所示，按钮下方的是实验进度条。当实验信号预定的信号持续时间（详见3.7时域参数设置持续时间一节）结束时，实验自动结束，恢复到图(3.9.1)所示。如果设信号持续时间为连续，则

37、需要按 实验停止 来中止实验。310 并口设置并口设置模块如图(3.12.1)所示，此功能仅在调试版本可用。311 文件操作文件操作包括三部分：1.打开数据文件：打开以前保存的后缀名为dtc文件。程序弹出标准文件打开对话框，选择打开文件，按 确定 完成，按 取消 放弃操作。如果在文件打开过程中，选择错误格式文件或者文件损坏，将在状态框（详见3.14,图3.14.1）报错。2.保存数据文件：:数据将被保存在后缀名为dtc文件中。程序弹出标准文件保存对话框，选择保存文件，按 确定 完成，按 取消 放弃操作。如果在文件保存过程中，出现错误，将在状态框（详见3.14,图3.14.1）报错。3.保存位图

38、文件：将显示区域内的图象保存成位图文件,后缀名为bmp。程序弹出标准文件保存对话框，选择保存文件，按 确定 完成，按 取消 放弃操作。如果在文件保存过程中，出现错误，将在状态框（详见3.14,图3.14.1）报错。312 显示设置显示设置用于设置显示曲线的各类属性。通过点击该按钮进入对话框，如图(3.12.1)所示，程序同时可以显示四条曲线。可以在显示设置对话框内设置四个曲线的颜色、线形、是否在显示区域内显示和设置背景色，在“显示”前面打钩表示显示该曲线；按“颜色”后面的“”按钮可以进入颜色选择对话框，如图（3.12.2）所示，可以选择适当的颜色，按“线形”后面的下拉框可以选择该曲线的线形，有

39、“实线”、“划线”和“点线”三种选择。在设置完成之后，如按“确定”则更改设置并退出对话框；如按“取消”则放弃修改并退出对话框。图3.12.1 显示设置图3.12.2 显示设置图3.13.1 图像显示313 图像显示图像显示模块如图（3.13.1）所示，位于程序界面中间位置。下面介绍其中的功能。1.红线数值显示图3.13.2 红线数值显示当曲线显示以后，用鼠标在显示区域点击，可以出现如图（3.13.2）所示的一条红线，当红线在显示区域内移动时，在相应的数值显示区域（详见3.8,图3.8.1）将显示这个波形的在这个位置点上的数值。移动鼠标，红线跟着移动，数值也相应变化，在图像显示框内单击鼠标右键将

40、取消移动红线。仅当显示模式（详见3.4）为X-t模式时有效。2.网格显示网格按钮如图（3.13.3）所示，位于图像显示左上角，按钮被按下时，表示显示网格，如图（3.13.4）所示；当按钮弹起时，表示不显示网格，如图（3.13.5）所示。仅当显示模式（详见3.4）为X-t模式时有效。图3.13.5 无网格显示图3.13.4 网格显示图3.13.3 网格按钮3.曲线移动（显示坐标移动）曲线移动位于图像显示模块的左侧和上方，左侧的移动条的移动使曲线上下移动（横坐标上下移动），上方的移动条的移动使曲线左右移动（纵坐标左右移动）。如图（3.13.6）是系统默认的曲线位置，图（3.13.7）是曲线移动后的

41、图形。注意图（3.13.7）中的移动条中指向条的位置已经被移动了。注意，该功能仅在显示模式（详见3.4）为X-t模式时有效。图3.13.7 曲线移动后显示图3.13.6 曲线移动默认显示314 动态状态框动态状态框如图(3.14.1)所示，位于主界面的下方，显示用户操作的信息，用户的动作，系统动态参数的汇报，错误报告。图3.14.1 程序状态栏315 频域特性实验结果显示在做频域特性实验时，在软件将实验命令完成后，自动跳出频域特性实验结果显示模块，如图（3.15.1）所示，直接显示实验得到的各个数值，便于学生做后期处理。图3.15.1 频域特性实验结果显示第四章 使用实例41 典型环节的电路模

42、拟研究下面以 “典型环节的电路模拟研究”实验为例，详细说明程序的使用方法和使用技巧。实验步骤：1实验前仔细阅读实验指导书和上位机软件使用说明书，明确实验目的、实验内容、实验原理和步骤；并熟悉上位机软件使用方法。2.检查ACT-I实验箱、电源线是否正常，并口连接线有无损坏。检查完毕后，用配套并口线连接计算机与实验箱，连接完毕后给实验箱上电，并检查指示灯是否显示正常。如果出现问题，应向老师汇报。3.打开程序，位置在计算机菜单“开始 程序 求是教仪 控制理论上位机程序”，或者在桌面上“控制理论上位机程序”。程序运行后，出现实验主界面（详见3.1）。4设计典型环节“比例环节”的模拟电路，可以参考实验附

43、录设计模拟电路，并在实验箱上搭建模拟电路。5.在实验箱上完成模拟电路搭建后，如选用O1端输出信号作为测试信号，则将已搭建完的模拟电路的输入端与箱上的O1端口连接，并将运放锁零信号与G1端口连接。将模拟电路的输出端与箱上的I1数据采集端口连接。连接完毕后再次检查连线，确认无误后进入下一步骤。6.“系统连接”之前，在实验主界面的通道设置模块（详见3.3）设置信号发生通道：“通道O1”，采集通道X：“通道I1#”,采集通道Y：“不采集”。7.设置完毕后，进行“系统连接”（详见3.2），如果连接正常，动态状态框（详见3.14）将提示：“进入实验模式”，各个功能模块开始启用，可以进入下一步骤。如果连接失

44、败，动态状态框（详见3.14）将提示：“传输超时，请检查外设，重新连接”，此时应检查并口连接线和实验箱，确认没有电源错误和连接错误，或者请求实验指导老师帮忙。8.只有在上位机与下位设备连接建立以后，实验主功能才打开。选择显示模式（详见3.6）为“X-t”，选择实验类别（详见3.8）为“时域”，选择量程（详见3.7）为“100”，在信号显示（详见3.10）模块设置显示系统输入信号和显示采样通道X。9.进入实验参数设置，设置系统输入信号如图（4.1.1）所示。确定后进入下一步骤。注意测试信号周期选择时，对积分、微分和惯性等环节来说，必须考虑信号周期与环节时间常数的关系，否则，不能得到完整的阶跃响应

45、曲线。10.按“实验启动”（详见3.11）启动实验，动态波形显示，持续时间结束，实验自动结束，显示阶跃响应波形。图4.1.1 测试信号参数设置11.用红线数值显示功能（详见3.15.1）观察实验结果，计算比例系数。12.如果比例系数没有达到希望数值，可以通过调节实验箱上模拟电路相应的电位器的阻值，然后重复步骤9、10。另一种方法是在步骤8中将持续时间设置为“连续”，进入步骤9后，实验一直运行，这时可以调节电位器的值，阻值变化引起的变化将直接显示在阶跃响应曲线上，当调节到合适的比例系数后，按“停止实验”（详见3.9），完成步骤9。13.将图形结果保存为位图文件（详见3.11），“比例环节”的模拟

46、实验完成。进入下一实验步骤。14.在步骤4建立的模拟电路基础上加以变化，可得到其它典型模拟环节，如积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节。重复512步骤可以得到相应的实验结果。15.实验结束时，先“断开连接”，再关闭程序，然后关闭实验箱电源，拔掉实验箱上连线。42 典型环节的数字仿真研究典型环节的全数字仿真实验步骤如下：1实验前仔细阅读实验指导书和上位机软件使用说明书，明确实验目的、实验内容、实验原理和步骤；并熟悉上位机软件使用方法。2.检查ACT-I实验箱、电源线是否正常，并口连接线有无损坏。检查完毕后，用配套并口线连接计算机与实验箱，连接完毕后实验箱上电，检查指示灯是否显示正常。如果出现问题，应向老师汇报。3.打开程序，位置在计算机菜单“开始 程序 求是教仪 控制理论上位机程序”，或者在桌面上“控制理论上位机程序”。程序运行后，出现实验主界面（详见