自动控制课程实习指导书

自动控制原理课程实习指导书 课程编号 J1630122 课程名称 自动控制原理课程实习 周数 1 英文课程名 Principle of Automat ic Contro1 开课院系 电信学院 开课系 自动化系 修订时间 2017年9月1日 一课程实习的意义 1. 学习和掌握典型高阶系统动静态性能指标的测试方法。 2. 分析典型高阶系统参数对系统稳定性和动静态性能的影响。 3. 掌握典型系统的电路模拟和数字仿真研究方法。 二、课程实习的主要内容 已知典型三阶系统的结构方框图如图1所示 图1典型三阶系统的结构方框图 其开环传递函数为GS皿，本实验在此开环传递函数基础上做如下实 T STy S 1 S 1 验内容 1. 典型三阶系统电路模拟研究； 2. 典型三阶系统数字仿真研究； 3. 分析比较电路模拟和数字仿真研究结果。 三课程实习的组织与安排 1 时间安排一周 2 进度安排 周一设计典型三阶系统模拟电路； 周二通过相关软件比如Multisim、Proteus等对典型三阶系统进行电路模拟研究, 输入阶跃信号，改变电位器电阻值，通过双踪示波器观察系统在稳定、临界稳定和不稳 定三种情况下的输出响应，并记录实验数据和输入输出曲线，分析其动静态性能；周三调用数字仿真软件Matlab,在Simulink建立仿真模型，仿真研究上述系统的动静 态性能，并与模拟电路的研究结果相比较； 周四〜周五分析数据，完成课程实习报告。 四、课程实习的要求 Stepl.根据给出的三阶开环系统传递函数GSE ,设计一个由积分 TqS TxS 1S 1 环节上和惯性环节一土与业」组成的三阶闭环系统的模拟电路图； TqS4SI S1 Step 2.在输入端加入阶跃信号，其幅值为IV左右，输入、输出端分别接双踪示波器两 个输入通道； Step3.单方向调节电位器即改变开环增益，使系统的输出响应分别为稳定状态、临界 稳定状态和不稳定状态，记录对应的电位器的电阻值，同时观察并记录输出波形，了解 参数变化对系统稳定性的影响； Step4.调节电位器，使系统处于稳定状态，观察示波器读出系统稳定时的输出电压值， 读出系统的超调量、调节时间和稳态误差并记录，测量时，输入电压值保持不变； Step5.保持电位器不动增益不变，改变三环节时间常数7b, Ti,乃，观察时间参数改 变对系统动静态性能的影响，并记录对应的响应曲线； Step6.调用数字仿真软件Matlab中的Simulink,完成上述典型系统的动静态性能研究， 并与模拟电路的研究结果相比较； Step 7.分析实验结果，完成实验报告。 EK, 附1、设计思路仅供参考 该系统开环传递函数为GS -1* -上*--*-一 T0S 7]S 1S 17；S7；S 1S 1 其中7b10*100klS； TilM*100k0.1S；乃l*500k0.5S； Ki100k/100kl；反500/； GS 即砂 1号 1 50.15 10.55 1其中，乍500心 死的单位为kQ。 系统特征方程为蛆 Us 20s 20K 0 ,根据劳斯判据得到 当0K12时，系统稳定； 当K12时，系统临界稳定，作等幅振荡； 当K12时，系统不稳定。 根据K求取店，改变Rx即可实现三种类型的实验。画出它们分别对应系统处于稳定、 临界稳定和不稳定的三种情况响应曲线。 事实上，除了开环增益K对系统的动态性能和稳定性有影响外，系统中任何一个时间 常数的变化对系统的稳定性都有影响，对此说明如下 令系统的截止频率为Wc,则在该频率时的开环频率特性的相位为 饥-90 -arctariZ] -arctari/s 相位裕量为7 180 3 90-arctariT； coc -arctariZ； 由此可见，时间常数71和T2的增大都会使相位裕量减小，改变系统的稳定性。 因此，可以按下述方案作阶跃响应分析 ⑴按K10, Tol, Ti0.1, T20.5的要求，设置图中相应参数。 2 用慢扫描示波器观察并记录三阶系统单位阶跃响应曲线。 3 令Tol, Ti0.1, T20.5不变，用示波器观察并记录当K分别为12和15时的单位阶 跃响应曲线。 4 按K10, ToO.55, Ti0.25, T20.055的要求，调整图中相应参数。 5 用慢扫描示波器观察并记录三阶系统单位阶跃响应曲线。 6 令K 15, ToO.55, Ti0.25,用示波器观察并记录T2分别为0.15和0.55时的单位阶 跃响应曲线。 7 调用数字仿真软件Matlab中的Simulink，仿真研究上述1346,观察并记录三 阶系统单位阶跃响应曲线，读出系统稳定时的超调量、调节时间和稳态误差并记录。 附参考电路