控制工程基础试验指导书

控制工程基础实验 指导书 实验一典型环节的模拟研究 一、实验目的： 1.熟悉 TDN-AC/ACS 自控原理实验系统； 2.对典型环节的模拟电路有直观的了解。 二、实验要求： 1.根据要求，分析计算模拟实验系统图； 2.观测和记录不同参数下比例、积分、比例积分和惯性环节的阶跃响 应曲线。 三、实验前分析、计算和设计： 1.各典型环节的方块图及传函： 2.各典型环节的模拟电路图及输入响应： 3.理想曲线： 四、实验使用设备： 1.TDN-AC/ ACS教学实验系统一台 2.计算机一台 3.数字万用表一只 五、实验步骤： 1.了解 TDN-AC/ACS 教学实验系统使用方法； 2.按照各典型环节的模拟电路图接线； 3.观测并记录在阶跃信号下实际响应曲线U0(t)，改变参数，再次记录 曲线。 六、实验报告要求： 1.实验目的及要求； 2.实验前理论分析计算数据及实验线路图； 3.实验观测并记录波形； 4.根据理论计算和实验结果进行分析、讨论、体会和提出建议。 实验二典型系统动态性能分析 一、实验目的： 1.培养学生模拟设计、参数计算及元件选择的能力； 2.培养学生测试动态性能指标的技能； 3.深入掌握参数对系统性能的影响。 二、实验要求： 1.根据要求，分析计算和设计模拟实验系统图及参数； 2.观测并记录不同条件下二阶系统在阶跃信号作用下的性能指标，即 超调量和稳态误差。 三、实验前分析、计算和设计： 1.已知系统结构如下图所示。 R(s) _ G1(s) 1 0.02s+1 1 T2s+1 C(s) G1(s)=K，在如下情况，分别计算超调量和误差： （1）K=2.5，T2=0.02s； （2）K=6，T2=0.02s； （3）K=6，T2=0.1s. 2.按系统结构图，根据给定参数，应用运算放大器和阻容元件，设计 模拟实验系统图，并分别选择适当阻容元件参数。 四、实验使用设备： 1.TDN-AC/ ACS教学实验系统一台 2.计算机一台 3.数字万用表一只 4.100k 电阻两只 5.20k 电阻一只 6.1μf 电容两只 7.10μf 电容两只 五、实验步骤： 按系统结构图设计的模拟实验系统图，根据电阻电容计算值，先选好 电阻及电容，然后按图连接线路： 1.K=2.5，T2=0.02s 时：用计算机代替示波器观测并记录系统在阶跃信 号作用下的峰值、稳态值，计算超调量；用数字万用表测量输入电 压和输出电压，计算误差。 2.K=6， T2=0.02s 时： 用计算机代替示波器观测并记录系统在阶跃信号 作用下的峰值、稳态值，计算超调量；用数字万用表测量输入电压 和输出电压，计算误差。 3.K=6，T2=0.1s 时：用计算机代替示波器观测并记录系统在阶跃信号 作用下的峰值、稳态值，计算超调量；用数字万用表测量输入电压 和输出电压，计算误差。 参考模拟实验系统线路如下图所示： 1mf 50k/120k 20k _ 1mf/5mf 20k20k _ + 20k + 20k _ + 20k 六、实验报告要求： 1.实验目的及要求； 2.实验前理论分析计算数据及实验线路图； 3.实验观测并记录的波形及数据； 4.根据理论计算和实验结果进行分析、讨论、体会和提出建议。 实验三典型系统稳态性能分析 一、实验目的： 1.培养学生模拟设计、参数计算及元件选择的能力； 2.培养学生测试稳态性能指标的技能； 3.深入掌握参数对系统性能的影响。 二、实验要求： 1.根据要求，分析计算和设计模拟实验系统图及参数； 2.测量并记录开环增益和零点对典型三阶系统性能的影响。 三、实验前分析、计算和设计： 1.已知系统结构如下图所示。 R(s) _ TS+1 ξ s+1 Tos 1 0.02s+1 1 0.1s C(s) （1）ξ=T=0，T0=0.1s，用劳斯稳定判据分析系统的稳定性； （2）T=0，T0=0.1s，用劳斯稳定判据分析系统的稳定性； （3）ξ=0，T0=0.1s，用劳斯稳定判据分析系统的稳定性； （4）ξ=0.02s，T=0.1s，T0=0.1s，计算系统超调量及误差。 2.按系统结构图，根据给定参数，应用运算放大器和阻容元件，设计 模拟实验系统图，并分别选择适当阻容元件参数。 四、实验使用设备： 1.TDN-AC/ ACS教学实验系统一台 2.计算机一台 3.数字万用表一只 4.20k 电阻一只 5.10k 电阻一只 6.1μf 电容一只 7.2.2μf 电容三只 五、实验步骤： 按系统结构图设计的模拟实验系统图，根据电阻电容计算值，先选好 电阻及电容，然后按图连接线路： 1.用计算机代替示波器观测并记录如下情况时，系统不稳定和稳定的 C(t)图形； （1）ξ=T=0，T0=0.1s； （2）T=0，T0=0.1s，ξ为计算值； （3）ξ=0，T0=0.1s，T 为计算值。 2.用计算机代替示波器观测记录系统在ξ=0.02s，T=0.1s，T0=0.1s 时 的阶跃响应，并测算超调量和误差。 参考模拟实验系统线路如下图所示： 10k 50k _ 2.2mf 20k + 1mf 2.2mf 20k _ + 50k _ + 50k 2.2mf ④④ 2.2mf 50k _ 20k 50k _ 2.2mf 50k 20k _ 2.2mf 50k + 50k ①① + 50k ②② + 2.2mf ③③ 六、实验报告要求： 1.实验目的及要求； 2.实验前理论分析计算数据及实验线路图； 3.实验观测并记录的波形及数据； 4.根据理论计算和实验结果进行分析、讨论、体会和提出建议。 实验四CTAI计算机仿真实验 一、实验目的： 1.学习应用计算机绘制响应曲线图的方法； 2.培养借助计算机分析系统性能的技能。 二、实验要求： 1.根据要求，进行必要的分析、计算，以及绘图； 2.上机绘制曲线图，分析各种参数对系统性能的影响。 三、实验前分析、计算和设计： 四、CTAI操作说明详见软件。 实验五Matlab 计算机仿真实验 一、实验目的： 1.学习应用计算机 Matlab 软件绘制响应曲线图的方法； 2.培养借助计算机分析系统性能的技能。 二、实验要求： 1.根据要求，进行必要的分析、计算，以及绘图； 2.上机绘制曲线图，分析各种参数对系统性能的影响。 三、实验前分析、计算和设计： 四、Matlab 软件操作说明详见附录。