自动控制实验指导书.docx
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自动控制实验指导书
硬件资源
EL-AT-II型实验系统主要由计算机、AD/DA采集卡、自动控制原理实验箱、打印机(可选)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,打印机主要记录各种实验数据和结果,实验箱主要构造被控模拟对象。
图1实验系统构成
实验箱面板如图2:
图2实验箱面板
下面主要介绍实验箱的构成:
一、系统电源
EL-AT-II系统采用本公司生产的高性能开关电源作为系统的工作电源,其主要技术性能指标为:
1.输入电压:
AC220V
2.输出电压/电流:
+12V/0.5A,-12V/0.5A,+5V/2A
3.输出功率:
22W
4.工作环境:
-5℃~+40℃。
二、AD/DA采集卡
AD/DA采集卡如图3采用ADUC812芯片做为采集芯片,负责采样数据及与上位机的通信,其采样位数为12位,采样率为10K。
在卡上有一块32K的RAM62256,用来存储采集后的数据。
AD/DA采集卡有两路输出(DA1、DA2)和四路输入(AD1、AD2、AD3、AD4),其输入和输出电压均为-5V~+5V。
图3AD/DA采集卡
另外在AD/DA卡上有一个9针R232串口插座用来连接AD/DA卡和计算机,20针的插座用来和控制对象进行通讯。
三、实验箱面板
实验箱面板布局如图4
AD/DA卡输入输出模块
实验模块1
实验模块2
电源模块
二极管区
EL-CAT-II
实验模块3
电阻、电容、二极管区
实验模块4
变阻箱、变容箱模块
实验模块5
实验模块8
实验模块6
实验模块7
图4实验箱面板布局
实验箱面板主要由以下几部分构成:
1.实验模块
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。
2.二极管,电阻、电容、二极管区
这些区域主要提供实验所需的二极管、电阻和电容。
3.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和两路输入端,分别是DA1、DA2,AD1、AD2。
4.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.变阻箱、变容箱模块
变阻箱、变容箱是本实验系统的一个突出特点,只要按动数字旁边的“+”、“-”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。
实验一典型环节及其阶跃响应
一、实验目的
1.掌握控制系统模拟实验的基本原理和一般方法。
2.掌握控制系统时域性能指标的测量方法。
3、学习自动控制实验系统的使用方法。
二、实验仪器
1.EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台
2.PC计算机一台
三、实验原理
1.控制系统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,还可进一步分析各参数对系统性能的影响。
2.时域性能指标的测量方法:
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。
若通信正常则继续。
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)在实验课题下拉菜单中选择实验一[典型环节及其阶跃响应]。
5)鼠标单击弹出参数设置窗口。
在参数设置窗口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。
6)利用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值,求出系统的各时域性能指标:
①上升时间
:
输出响应从零上升,第一次到达稳态值所需的时间。
反映了系统的快速性。
②峰值时间
:
输出响应从零上升至峰值的时间。
③超调量
:
指输出响应的最大偏离量
与终值
的差与终值
比的百分比,即
。
④调节时间
:
输出响应到达并停留在误差带(
)内所需的时间。
反映了系统过渡过程的快慢。
四、实验内容
构成下述典型一阶系统的模拟电路,并测量其阶跃响应:
1.比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。
1
G(S)=R2/R1
2.惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。
G(S)=K/TS+1
K=R2/R1,T=R2C
3.积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。
G(S)=-1/TS
T=RC
4.微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。
G(S)=RCS
5.例+微分环节的模拟电路及传递函数如图1-5(未标明的C=0.01uf)。
G(S)=K(TS+1)
K=R2/R1,T=R1C
6.比例+积分环节的模拟电路及传递函数如图1-6。
G(S)=-K(1+1/TS)
K=R2/R1,T=R2C
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。
比例环节
3.连接被测量典型环节的模拟电路(图1-1)。
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.在实验课题下拉菜单中选择实验一[典型环节及其阶跃响应]。
5.鼠标单击实验课题弹出实验课题参数窗口。
在参数设置窗口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。
6.观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。
7.记录波形及数据(由实验报告确定)。
惯性环节
8.连接被测量典型环节的模拟电路(图1-2)。
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。
9.实验步骤同4~7
积分环节
10.连接被测量典型环节的模拟电路(图1-3)。
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。
11.实验步骤同4~7
微分环节
12.连接被测量典型环节的模拟电路(图1-4)。
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。
13.实验步骤同4~7
比例+积分环节
16.连接被测量典型环节的模拟电路(图1-6)。
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。
17.实验步骤同4~7
18.测量系统的阶跃响应曲线,并记入表中。
六、实验报告
1.由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数,并与由电路计算的结果相比较。
2.将实验中测得的曲线、数据及理论计算值,整理列表。
实验二系统频率特性测量
一、实验目的
1.加深了解系统及元件频率特性的物理概念。
2.掌握系统及元件频率特性的测量方法。
二、实验仪器
1.EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台
2.PC计算机一台
三、实验原理
1、系统频率特性测量的原理:
稳定系统的频率响应为与输入响应同频率的正弦信号,而幅值变化和相角滞后就是系统的幅频特性和相频特性。
2、系统频率特性测量实验原理图:
图2-1:
频率特性测量原理图
3、系统频率特性测量方法:
①选择信号源输出的正弦信号的幅值,使系统处于非饱和状态。
②在一定频率范围内,改变输入正弦信号的频率,记录各频率点处系统的输出信号波形。
③由稳态段的输入输出信号幅值比和相位差绘制对数频率特性曲线。
四、实验内容
1、系统模拟电路图如图2-2
图2-2系统模拟电路图
2、系统结构图如图2-3
图2-3系统结构图
3、系统传递函数
U2(S)500
G(S)==--
U1(S)S2+10S+500
若输入信号U1(t)=U1sint,则在稳态时,其输出信号为U2(t)=U2sin(t+)。
改变输入信号角频率值,便可测得二组U2/U1和随变化的数值,这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。
五、实验步骤
1.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。
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。
3.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。
测波特图
4.在测量波特图的过程中首先应选择[实验课题→系统频率特性测量→数据采集]采集信息,采集40组数据。
如图2-5所示
图2-5数据采集
5.待数据采样结束后点击[实验课题→系统频率特性测量→波特图观测]即可以在显示区内显示出所测量的波特图。
六、实验报告
1.画出被测系统模拟电路图和结构图。
2.画出被测系统的闭环
曲线与
曲线。
3.整理表中的实验数据,并算出理论值和实测值。
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- 自动控制 实验 指导书