自动控制原理实验教程

1、自动控制理论实验指导书徐焜主编杜佳璐 审阅自动控制实验指导书实 验 守 则1. 实验前必须充分做好预习，包括实验内容、方法以及实验线路， 完成有关的理论计算以及实验设备的使用方法。2. 连接线路或改变接线时，必须在关断电源的情况下进行。3. 实验结果经指导老师检查，同意后才可拆除线路并整理放好离 开。4. 认真写实验报告。报告内容必须按每次实验具体要求书写，切 不可相互抄袭。预习不符合要求者不准参加实验。2自动控制实验指导书目 录第一部分 实验系统概述 .1一. 实验系统硬件资源 1二. 实验系统软件 .2第二部分自动控理论实验.6实验一典型环节的模拟及其阶跃响应 6实验二 二阶系统阶跃响应

2、.11实验三 系统频率特性测量 .14实验四连续系统串联校正 .18实验五典型非线性环节实验 21实验六 非线性系统相平面法研究 .24实验七 采样定理实验 .26实验八 状态反馈的设计与实现 .291自动控制实验指导书第一部分实验系统概述一.实验系统硬件资源自控理论EL-AT-II型实验系统主要由计算机、AD/DA采集卡、自动控制理论实验箱 组成如 图1,其中计算机根据不同的实验分别起信号产生、测量、显示、系统控制和数据处理的作用， AD/DA采集卡负责数据采集和计算机USB 口通信，实验箱主要构造被控模拟对象。实验箱电路AD/DA 卡计算机图1实验系统构成实验箱、面板实验面板主要由以下几部

3、分构成，如图2:AD/DA 卡输入输出模块模拟仿真模块1运算放大器X 1电阻：1K X 2、50K X 2100KX 4、200K X 4电容：0.1 g X 3、1 g X 2二极EL-C模拟仿真模块3 运算放大器x 1 电阻:1K X 3、10K x 2100K X 2、200K X 2电容:0.1 gf X 3、1 试 X2电阻、电容、二变阻箱、变0kQ990 g9模拟仿真模块5运算放大器X 1电阻:1K X 3、10K X 2100K X 2、200K X 2电容:0.01 gX 2、0.1 gX 3、 1 g X 1模拟仿真模块6 运算放大器X 1电阻:1K X 2、10K X 25

4、0K X 2、100K X 2200K X 2、300K X 2 电容:0.01 gX 20.1 g X 2、1 g1模拟仿真模块2运算放大器X 1电阻：1K X 2、50K X 2100K X 3、200K X 2 电容：0.1 g X 2、1 g X 2电源模块模拟开关模拟开关X3组管区AT-II极管、稳压管区模拟仿真模块4运算放大器X 1电阻:1K X 3、10K X 2100K X 2、200K X 2电容:0.1 g X 3、1 g X 2容箱模块9 kQX 2g X 1模拟仿真模块8 运算放大器X 1 电阻:1K X 3、10K X 2100K X 2、200K X 2 电容:0.

5、01 gX 2、0.1 gX 3、1 gX 1模拟仿真模块7运算放大器X 1电阻:1K X 2、10K X 250K X 2、100K X 2200K X 2、300K X 2电容:0.01 gX 20.1 g X 2、1 gX 1图2实验箱面板布局(1) 模拟仿真模块本实验系统有八组由放大器、电阻、电容组成的实验模块。每个模块中都有一个由UA741构成的放大器和若干个电阻、电容。这样通过对这八个实验模块的灵活组合便可构造出各种 型式和阶次的模拟环节和控制系统。二极管、稳压管、电阻、电容区2自动控制实验指导书口回区实验项目EF13 :软件使用拒南三11工具按检画已固0 3-_A该区域主要是为模

6、拟非线性环节提供所需元件。(2) AD/DA卡输入输出模块该区域是引出AD/DA卡的输入输出端，一共引出两路输出端DA1、DA2、两路输入端AD1、 AD2。有一个按钮复位键，可对AD/DA卡进行复位。做时域分析实验时，DA1输出阶跃信号，AD1为系统输出数据采集口(相当于示波器的 Y 轴输入端)。电源模块电源模块有一个实验箱电源开关，有四个开关电源提供的DC电源端子，分别是+ 12V、-12V、 +5V、GND，这些端子给外扩模块提供电源。(5) 模拟开关模块模拟开关是专门为积分电容放电而设定的，实验时需将积分电容并接在模拟开关上。(6) 变阻箱、变容箱模块：该模块有2个变阻箱、1个变容箱。

7、只要按动变阻箱、变容箱数字旁边的“ + ”、“”按钮 便可调节电阻电容的值，而且电阻电容值可以直接读出。二.实验系统软件1. 软件启动接通实验箱电源，在Windows桌面上或“开始程序”中双击“Cybernation_A.exe 快捷方 式，便可启动软件如图3所示。2. 软件使用说明(1)本套软件界面共分为三个组画面： 软件说明界面(如图3)自动控制理论实验系统自动控制实验指导书自动控制实验指导书1.1F2.运缶4.6.6.点击K或搜F坊可以选择实验项目作次I当前实验项已 系 统在指号书窗口显示相应的实验指导书，在买验进行过程 中外干華I卜状本原击u或按底id换回指导书簡口.点击E或按F3切换

8、到*示淤器窗口.点击K或援F仍切换到频率特性窗口 - I点击K或搜F胡开始/蹶弃当前实验项目，在没有选择任 何实验项目的时候为禁止狀态.虽击K或ISrea弾出夕关于*对话框，显示程彤信息L版本 号和版枫信息大肓数字图3软件说明界面自动控制实验指导书在该界面中，在该界面中介绍工具按钮的功能等。下面介绍根据按钮的功能：a. *点击或按F1可以选择实验项目作为当前实验项目，在实验进行过程中处于禁止状态。b. 点击或按F2切换回”指导书窗口。c 点击或按F3切换到”示波器窗口。点击或按F4切换到”频率特性窗口。巳卜 点击或按F5开始/放弃当前实验项目，在没有选择任何实验项目的时候为禁止状 态。f. 点

9、击或按F6弹出”关于”对话框，显示程序信息、版本号和版权信息。 数据采集显示界面（如图4）图4数据采集及显示界面在该界面中可做如下操作：a. 测量：在”示波器”窗口单击鼠标右键，在弹出菜单中选择”测量打开测量游标（重复前述步骤隐藏测量游标），此时XI、X2和Y1、Y2游标显示为虚线，可拖动任一游标， 图表区下方会显示当前游标的位置和与同类游标之间距离的绝对值。如果想精确定 位游标只需用鼠标左键单击相应的游标位置栏并在编辑框中输入合法值回车即可。b. 快照：在示波器窗口单击鼠标右键，在弹出菜单中选择”快照将当前图像复制到剪贴板，以便粘贴到画图或其他图像编辑软件中编辑和保存。c. 线型：在示波器窗

10、口单击鼠标右键，在弹出菜单中可点击直线、折线或点线来选择数据点和数据点之间的连接方式，体会各种连接方式的差异。d. 配色：用鼠标左键双击图表区除曲线之外的元素会弹出标准颜色对话框， 用户可以更改相 应元素的颜色（比如将网格颜色改成与背景相同颜色）。巳缩放：用鼠标左键单击图表区刻度区的边界刻度并在编辑框中输入合法数值回车即可改变当前显示范围。 实验参数设置对话框界面A.时域分析实验参数设置对话框界面（如图A）5自动控制实验指导书#自动控制实验指导书B.频率特性实验参数设置对话界面（B图）B图频率特性实验参数设置采集茶蛛；r严周嘶）响应A图时域分析实验参数设置目标电压：A/D、D/A卡的DA1端输

11、出阶跃信号的幅值；间隔：A/D、D/A卡采集AD1输入端信号时间间隔（采样周期）；点数：1次阶跃响应A/D、D/A卡采集数据个数。阶跃响应信号时间=间隔数X点数如果数据采集显示界面X轴有10个格，那么每个格对应的时间是：（间隔数X点数）/10。:将要在X轴上显示5周（可设定）的正弦波曲线。自动：选定自动选项，系统将按照软件设定的1组频率进行自动测试。显示不同频率的时间 电压曲线，测试结束后显示Bode图和Nyquist图。C.非线性环节实验参数设置对话界面（图C）C图非线性环节实验参数设置现场：可在该文本编辑框中填写需要的内容，该内容将显示在数据采集及显示界面的图表区 上方。D. 采集实验参数

12、设置对话界面（图D）D图采样实验参数设置 将在实验项目中介绍。6自动控制实验指导书第二部分自动控制理论实验部分实验一典型环节的模拟及其阶跃响应一、实验目的1. 通过实验熟悉并掌握本实验系统的使用方法。2. 掌握用运算放大器构成各种典型环节的方法。3. 熟悉各种典型环节的传递函数及其特性。二、实验要求1. 实验前复习教材中的有关内容，做好预习报告。2. 按实验步骤进行实验，画出实验线路图，如实记录原始数据与输出波形图。3. 解释实验中出现的各种现象，并将实验结果与理论值进行比较分析。4. 综合以上方面，完成实验报告。实验报告书写要整齐、规范。三、实验仪器1. EL-AT-II型自动控制系统实验箱

13、一台2计算机一台四、实验原理典型环节模拟实验是利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）设置不同的输入网络和输出网络来模拟各种典型环节。将输入信号加到典型环节的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量得典型环节输出，便可得到典型环节的动态响应曲线。五、实验内容与步骤本项实验内容主要是构成多种典型环节的模拟电路，观察各典型环节的动态特性以及参数变化对其动态特性的影响。以下只给岀各典型环节的传递函数以及所对应的模拟电路图。传递函数的参数与模拟电路中元件参数的关系由实验者求出，电路元件参数具体数值根据图 2实验箱面板布局图自己设定。1比例环节比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。

14、图中，R1、R2的值自定。B2G(s)二-K实验步骤:(1) 启动计算机，(2) 连接被测典型环节模拟电路(图1-1 )。电路的输入U1和输出U2分别接A/D、D/A卡输 入输出模块中的DA1输出和AD1输入。检查无误后接通实验箱电源。(3) 在实验项目的下拉列表中选择实验典型环节及其阶跃响应。(4) 鼠标单击空按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实 验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。(5) 观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。记录波形，根据波形得到实际K值记入表1-1中。(6) 双击显示器右下脚 呑，在弹出的窗口点击停止按钮，停止USB mass

15、Divce使用。然 后关断实验箱的电源。2. 惯性环节惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。电路元件参数数值自定。G(s) = -KTS + 1实验步骤:(1) 连接被测典型环节模拟电路(图1-2 )。电路的输入U1和输出U2分别接A/D、D/A卡 输入输出模块中的DA1输出和AD1输入。检查无误后接通实验箱电源。(2) 、(3)同比例环节实验步骤(3)、(4)相同。(3) 观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。记录波形和实验数据K、T值。(4) 与比例环节实验步骤(6)相同。3. 积分环节积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。电路元件参数数值自定。VI 丄卜够1吩G(S)=-rttsJ

16、 U 1-3实验步骤：(1) 连接被测典型环节模拟电路(图1-3 )。将积分电容并接到模拟开关上。电路的输入 U1 和输出U2分别接A/D、D/A卡输入输出模块中的DA1输出和AD1输入。检查无误后 接通实验箱电源。(2) 、(3)同比例环节实验步骤(3)、(4)相同。(4) 观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。记录波形和实验数据 T值。(5) 与比例环节实验步骤(6)相同。4. 微分环节微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。电路元件参数数值自定。G(s) = -TS11自动控制实验指导书#自动控制实验指导书实验步骤:(1)连接被测典型环节模拟电路(图1-4 )。电路的输入U1和输出U2分

17、别接A/D、D/A卡 输入输出模块中的DA1输出和AD1输入。检查无误后接通实验箱电源。 同比例环节实验步骤 相同。5. 比例+微分环节比例+微分环节的模拟电路及传递函数如图1-5。电路元件参数数值自定。G(s) = - K(TS +1)#自动控制实验指导书#自动控制实验指导书实验步骤：(1)连接被测典型环节模拟电路(图1-5 )。电路的输入U1和输出U2分别接A/D、D/A卡12自动控制实验指导书输入输出模块中的DA1输出和AD1输入。检查无误后接通实验箱电源。 同比例环节实验步骤 相同。6. 比例+积分环节比例+积分环节的模拟电路及传递函数如图1-6。电路元件参数数值自定。G(s) = -

18、K(1 +丄)TS实验步骤:(1) 连接被测典型环节模拟电路(图1-6 )。将积分电容并接到模拟开关上。电路的输入 U1 和输出U2分别接A/D、D/A卡输入输出模块中的DA1输出和AD1输入。检查无误后 接通实验箱电源。(2) (5)同比例环节实验步骤(3)(6)相同。表1 1模拟环节电路元件参数值传递函数参数值阶跃响应曲线理论值实测值比例环节K=K=惯性环节K=T=K=T=积分环节T= T=微分环节T= T=比例+微分K=T=K=T=比例+积分K=T=K=T=六、预习要求1. 认真阅读实验指导书，包括第一部分。知道如何从阶跃响应曲线求取惯性环节和积分环 节的时间常数T。实验前选定典型环节模

19、拟电路的元件（电阻、电容）参数，推导环节传递函数参数与模拟 电路电阻、电容值的关系。14自动控制实验指导书实验二二阶系统阶跃响应、实验目的1. 掌握运用各种不同的典型环节组成并模拟二阶系统的方法。2. 研究二阶系统的特征参数，阻尼比Z和自然频率曲与系统动结构之间的关系。3. 进一步学习实验系统的使用方法。4. 学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。二、实验要求1. 根据实验目的，推倒出各环节传递函数以及系统的开还与闭环传递函数。2. 自拟详细可行的实验步骤，并按步骤绘出实验线路，标出原始数据，画出输出波形图。3. 将不同阻尼比Z值的阶跃响应曲线图加以比较，并与理论分析结果加以对照。4. 回答思

20、考问题，写出对本实验的体会和建议。5. 综合以上方面，完成实验报告。实验报告书写要整齐、规范。三、实验仪器1. EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台2. 计算机一台三、实验原理1. 模拟实验的基本原理：控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络 和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了 相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的 输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数 对系统性能的影响。2. 时域性能指标的测量方法：超调量

21、Op%、峰值时间tp、调节时间ts。(1) 在数据采集显示画面，点击鼠标右键在弹出菜单中选择”测量打开测量游标(虚线为游标尺)如图2- 1。重复前述步骤将隐藏测量游标。(2) 拖动丫轴两个游标Y1和Y2,测量响应曲线上的最大值和稳态值，计算出超调量op%。拖动X轴游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%急态值所需的时间值，便可 得峰值时间tp、调节时间ts。16自动控制实验指导书5000ims- V imVY1X2-405998595000图2 15 口口1口口d igoo 2口g 巧口口 300035004口口口 45口 5口口口17自动控制实验指导书#自动控制实验指导书四、实验内容

22、1模拟典型二阶系统，其闭环传递函数为:W(s)=S22ZwS#自动控制实验指导书根据传递函数画出系统结构图，并根据其结构图和实验箱所提供的电阻、电容值绘出系统模 拟电路图。2. 根据系统模拟电路图，连接二阶系统。观测二阶系统不同系统参数值的阶跃响应，测出超调量、峰值时间和调节时间，并记入表2 1。研究参数变化对动态性能和稳定性的影响。表1 1指标值参数值op%tpts阶跃响应曲线理论值实测值理论值实测值理论值实测值=10 rad/sZ=0,在此写明电路 中电阻、电容值Z=0.25同上Z=0.5同上Z=1 同上g-100 rad/sZ=0.5同上z=1 同上五、实验步骤：自拟详细可行的实验步骤。

23、六、预习要求1. 掌握模拟仿真实验的原理以及时域性能指标的测试方法。2. 按照实验中给出的参数，计算出时域性能指标的理论值。3. 画出实验结构图。根据结构图画出实验线路图，标注元件符号，计算出系统不同参数下 模拟电路元件的参数值并填入表中。七、思考题1. 阻尼比Z对系统动态性能如何影响？2. 积分时间常数T改变后，超调量与调节时间ts如何变化？实验中，最少可用几个运算放大器模拟二阶系统？为什么？18自动控制实验指导书实验三系统频率特性测量、实验目的1. 掌握频率特性的基本测试方法，进一步理解频率特性的物理意义。2. 根据系统的对数幅频特性，确定系统的数学模型。3. 掌握二阶系统的频域指标与时域

24、指标的对应关系。、实验仪器1. EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台2计算机一台三、实验原理1.输入、输出波形直接测试法频率特性的测量原理，如图3-1所示。由信号发生器提供正弦输入信号，每调定一个频率, 待输出稳定后，即可在双线记录仪器获得一组输入和输出波形，如图 3-2所示。低频信号被测对象y(t)双线记录4 aP 发生器仪器图3-1频率特性测量原理幅频特性G(j恥进)相频特性ZG(j 3)=-虫 3) X360b(3)2.李沙育图形法将被测对象的输入信号x(t)和输出信号y(t) 分别接到示波器的X轴和Y轴，在示波器通常会 显示出一个椭圆图形，如图3-3所示。设被测对象的输入和输出量分

25、别为x(t)=Xmsi nwt图3-2输入和输出波形频19自动控制实验指导书y(t)=YmSin t+?( Q幅频特性：y(t)G(j 训二2Ym(Q)2Xm)相频特性：当t=2nn寸，(n=0,1,2 )X(t) = Xm sinQ = Xm sin2n 冗=0Y(t)=Y(3)=Ym(3)sinQ+ 以 q)sin(K q)=Yo(q)Ym( q)2Ym(q) = sin-1Yo( Q)Ym(Q)=sin-12Yo(q)2Ym(Q)(3-1)式(3-1)对于椭圆长轴在第一、三象限适用；当椭圆长轴在第二、四象限时，相位计算公式为:畑=180o-sin-1 韵(3-2)20自动控制实验指导书应

26、该指出的是，输出大多是滞后于输入的，Y(t)滞后于X(t),在这种情况下椭圆是逆时针运动， 所以，用上两式(3-1)、(3-2)计算出的结果需加一个负号。如果椭圆是顺时针运动，Y(t)超前于X(t), 计算结果应为正。这里取2Xm(Q、2Ym(Q和2Yo( Q只是为了便于测量。3. 测试频率的选取选取合适的实验测试频率的范围是准确确定系统频率特性的关键。因为控制系统都为低通滤波器，在频率很低时，系统的输出基本能完全复现输入信号。通常，取被测对象转折频率的1/10作为起始测试实验频率。如果被测对象的转折频率无法知道，则应先确定最大测试频率，首先逐 渐增大输入信号频率，直到输出信号幅值Ym只有q=

27、 0时幅值Y(0)/(50100,此时的频率确定为 QaP测试频率可在0OHa;范围内取若干各测试点。四、实验内容及步骤被测系统的系统结构图如图3-5所示。得转角频率10.05=20(rad /s)Z = 0.25闭环传递函数为：“、4001=S + 10S + 400 = 0.052S+ 2 X0.05 X0.25S + 11 根据被测系统传递函数，画出系统结构图和相应的系统模拟电路图。2. 画出实验线路图。3. 确定输入正弦信号的频率变化范围和测试点。4. 用李沙育图形法测试系统频率特性，并记录数据表3-1中（也可用输入、输出波形直接测 试法测试系统频率特性）。5. 测试系统的阶跃响应。实

28、验步骤1连接被测量典型环节的模拟电路。系统电路的输入 U1接A/D、D/A卡的DA1输出，系统电 路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将将纯积分电容两端连在模拟开关上。检查无误 后接通电源。2. 启动计算机，在桌面双击图标自动控制实验系统运行软件。测试计算机与实验箱的通 信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。3在实验项目的下拉列表中选择实验系统频率特性测量,鼠标单击 按钮，弹出实验课 题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数并选择 李沙育图，,然后鼠标 单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果，如图3-4所示。4. 测试系统阶跃响应步骤

29、同实验二。-5000 -4000-3000 -sooo -iooo o iooo 2000 gooo 4000 50005000 验四 李秒苒图XY轴单位4000正弦信导濾：3,60 Hz300系祥#观察周期数：2 12000采祥频率：359 Hz0I -1000 、一. ;-2000 *-3000-斗 000-50001.00001 口 OOOXi=500 X2=Y1 =5000 Y2=-5000图3-4李沙育图五、实验报告1. 画出被测系统的结构、模拟电路图及实验线路图。2. 根据实测数据，画出Bode图，求出峰值Mr、峰值频率g,并与理论值进行比较。3. 整理表中的实验数据，并算出理论值

30、和实测值。4. 从阶跃响应曲线中求出超调量cp%根据实验得到Mr值计算出cp%将以上两个勺勺结果进行比较，分析二阶系统的频域指标与时域指标的关系。5. 讨论李沙育图形法测量频率特性的精度。表3 1f0=2 nlg a2Xrn( 02Ym( 02Yo( 0:A(0“、.-i 2Yo(0)0)= sin:(2Ym(0)六、预习要求1阅读实验原理部分，掌握李沙育图形法的基本原理及频率特性的测量方法。2. 画出被测系统的开环a( 0曲线与匕a曲线。3. 按表中给出格式选择几个频率点，算出各点频 率特性的理论值。画出系统结构图、模拟电路图及实验线路图。23自动控制实验指导书24自动控制实验指导书实验四

31、连续系统串联校正、实验目的1. 加深理解串联校正装置对系统动态性能的校正作用。2. 对给定系统进行串联校正设计，并通过模拟实验检验设计的正确性。、实验仪器1. EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台2计算机一台三、实验原理校正就是指在系统中加入一些装置(其参数可根据需要调整)，使系统特性发生变化，从而满 足性能要求的系统，按照规定的性能指标确定校正装置的型式和参数。四、实验内容1.串联超前校正设计5已知单位反馈系统的开环传递函数为：Go(S)=0.2S(0.5S + 1)要求系统满足以下性能指标：op% 25(1/s)o校正系统结构图如图4-1 o图中Gc(s)为校正网络传递函数，其模拟电路

32、如图4-2所示，传递U15Gc(s)10.5S + 10.2S+_.: 1u2图4-1超前校正系统结构图函数为Gc(s)= KTiS + 1T2S + 1_ R2 + R3=&=(胆 +RJC; T2R2 + R3当Gc(s)= 1时，即为未校正系统。系统的输入和输出分别接A/D、D/A卡的DA1输出和AD1输入。(1)根据系统的性能要求，设计校正网络电路的参数。25自动控制实验指导书(2)根据系统结构图，画出实验模拟电路图，标明元件参 数值。 测试系统校正前、后的阶跃响应指标和响应曲线，记入表4-1中。表4-1项目校正前校正后qp%tp阶 跃 响 应 曲 线2. 串联滞后校正 已知单位反馈系

33、统开环传递函数为1G(S)=0.1S(0.1S + 1)(0.2S+1)当输入为单位斜波信号时，系统应满足以下指标：Y 绍0 度；Kg10dB ; Kv 為0(1/s。校正系统结构图如图4-3。图中Gc(s)为校正网络传递函数，其模拟电路如图4-4所示,26自动控制实验指导书#自动控制实验指导书0.1S + 1Gc(s)_1_0.2S + 1_1_0.1Su2#自动控制实验指导书图4-3滞后前校正系统结构图系统的输入和输出分别接A/D、D/A卡的DA1输出和AD1输入。(1) 根据系统的性能要求，设计校正网络电路的参数。(2) 根据系统结构图，画出实验模拟电路图，标明元件参数值。 测试校正前、

34、后的阶跃响应指标和曲线，记入表4-1中。五、实验步骤：自拟六、实验报告27自动控制实验指导书1. 画出实验系统结构图、模拟电路图及实验线路图。2. 校正设计的要求和设计过程。3. 求出校正前后系统时域和频域指标。4比较校正前后系统响应曲线和性能指标，分析校正的作用及特点。表4-2项目校正前校正后qp%tp阶 跃 响 应 曲 线七、预习要求1. 画出系统模拟电路图和实验线路图。2. 计算串联校正装置的传递函数和校正网 络模拟电路参数。八、思考题1. 加超前校正和滞后校正的作用是什么？并结合实验加以解释。2. 有源校正网络和无源校正网络各有什么特点和不同？3. 如何根据校正网络模拟电路写出传递函数

35、？对于二阶系统，稳态误差如何测得？28自动控制实验指导书实验五典型非线性环节实验一、实验目的1. 了解非线性环节的特性。2. 掌握非线性环节的模拟结构。二、实验仪器1. EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台2计算机一台三、实验原理1. 非线性特性的测量方法非线性特性的测量线路如图5-1所示。三角波发生器的输出DA1接至被测非线性环节的输入 端，而非线性环节的输出接至AD/DA卡的采集输入端AD1这样运行软件，可以从软件界面上看 到输入和输出波形。5-1非线性特性测量电路29自动控制实验指导书四、实验内容1. 死区特性死区特性模拟电路及输出特性曲线如图5-2所示。改变R1、R2的阻值可改变死

36、区宽度M2. 饱和特性、继电器特性和滞环继电器特性饱和特性、继电器特性和滞环继电器特性的模拟电路及输出特性曲线如图 5-4。改变R1、R2R3 R4的阻值，使a的值大于、等于、小于1,即可得到不同的模拟继电器特性。L0五、实验步骤1. 启动计算机，在桌面双击图标自动控制实验系统运行软件。2. 测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常 后才可以继续进行实验。3. 连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入 U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输 出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，检查无误后接通电源。4. 在实验项目的下拉列表中选择实验非线性实验。5.

37、 鼠标单击空按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实 验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果结果。6. 观测显示的波形及数据（由实验报告确定），记入表5-1中。表5-1参数模拟环节R1 R2 R3 R4特性曲线死区特性饱和特性理想继电器特性滞环继电器特性六实验报告1. 画出典型非线性环节的模拟电路图及实测特性曲线。2. 调节电路参数，观测并讨论参数对非线性特性的影响。七、预习要求1. 阅读实验原理及实验内容，掌握各种典型非线性环节特性的模拟方法和非线性特性曲线 的测量方法。分析非线性环节模拟电路，求出电路元件参数与非线性环节特性的关系。31自动控制实验指导书实

38、验六非线性系统相平面法研究、实验目的1. 了解相平面分析法，由相轨迹图分析系统的各项动态、静态性能。2. 用相平面法分析典型非线性系统的性能指标。、实验仪器1. EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台2. 计算机一台三、实验原理相平面图表征系统在各种初始条件下的运动过程，相轨迹则表征系统在某个初始条件下的运 动过程，相轨迹可用图解法求得，也可用实验法直接获得。当改变阶跃信号的幅值，即改变系统 的初始条件时，便可获得一系列相轨迹。根据相轨迹的形状和位置就能分析系统的瞬态响应和稳 态误差。将带有饱和特性的模拟电路引入线性系统中，便构成非线性系统。饱和特性的饱和电压为 2.5V。四、实验内容1.

39、二阶线性系统相平面图测量，其系统结构图如图6-1。图6-1线性系统结构图32自动控制实验指导书#自动控制实验指导书(1)根据结构图画出系统模拟电路图。e接A/D、D/A卡的AD1端，e接AD2端。 分别输入两个不同幅值的阶跃信号，测量系统的相轨迹图和超调量cp%。2. 饱和特性非线性系统相平面测量和分析，系统结构如图6-2。R(s).#自动控制实验指导书#自动控制实验指导书图6-2非线性系统结构图33自动控制实验指导书(1)根据结构图画出系统模拟电路图。e接A/D、D/A卡的AD1端，e接AD2端。 分别输入两个不同幅值的阶跃信号，测量系统的相轨迹图和超调量cp%。表6-1项目线性系统非线性系

40、统1(t)=1 伏1(t)=5 伏1(t)=1 伏1(t)=5 伏c%振荡 次数相 平 面 图四、实验步骤自拟五、实验报告1. 画出系统的结构图和模拟电路图。2 .绘制相轨迹图，并从中求出超调量，分析非线性特性对系统性能的影响3. 计算系统的相轨迹点，并且和实验结果比较。4. 说明相轨迹与阶跃响应曲线的关系。六、预习要求1 .预习图解法分析非线性的方法。2 .画出系统模拟电路图和实验线路图。?3. 在模拟电路中确定e信号点。七、思考题1. 在具有饱和特性的系统中，分别输入一个大幅值和一个幅值的阶跃信号，系统的输出响 应曲线有何不同，为什么？2你在实验中观察到的奇点是什么类型？能否用实验方法观察

41、到其它奇点？实验七采样定理实验、实验目的1. 了解采样过程和信号恢复过程，并掌握基本原理。2. 验证采样定理。、实验仪器1. EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台2 计算机一台三、实验原理采样保持器的结构图如图7-1所示。图中，x(t)为正弦输入信号，x*(t)为采样器输出信号，Xh(t) 为零阶保持器输出信号。(1-e-TS)/S为零阶保持器的传递函数。*DA1 x(s)x (s).“TS1- exs)惯性AD2TS环节图7-1采样一零阶保持器结构图在本实验中，A/D、D/A卡的DA1端输出正弦信号x(t), AD1是采样器的输入端，采样器输出 信号x*(t)由A/D、D/A卡内部送到计

42、算机显示屏显示。当选则采样实验参数设置对话框(如图7-2 ) 中的“恢复”时，A/D、D/A卡的DA2端为零阶保持器输出信号冷。7-2图采样实验参数设置四、实验内容1.正弦信号测试U1E/A1沁)Y1Vd 1 5Hz图7-3正弦信号测试图2.采样过程0 OLuf3.采样保持U1D/A1A/D1)EMzA/C图7-4采样测试图U2 二 K蚯口Y2图7-5采样保持测试图4.验证采样定理实验线路同采样恢复实验，改变采样时间间隔，从10MS以次加大，取其 值为20mS,30mS,100mS!察Xh（t）波形，对比输入信号频率与采样频率之间的关系。五、实验步骤1. 启动计算机，在桌面双击图标自动控制实验系统运行软件。2. 测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常 后才可以继续进行实验。检测信息3. 连接被测量典型环节的模拟电路（图7-3）。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，