南京工程学院自动控制原理基础实验指导

自动控制原理

实验指导书

王芳、杨志超编写

南京工程学院电力工程学院

二〇〇七年十二月

目 录

前言 ........................................................................................................... 1

模拟电路实验系统简介 ........................................................................... 2

MATLAB仿真集成环境简介…………………………………………..3

实验一 典型环节的性能分析 ............................................................. 11

模拟电路平台下的实验操作………………………………………….11

MATLAB仿真环境下的实验操作…………………………………...18

实验二 典型系统动态性能和稳定性分析 ......................................... 22

模拟电路平台下的实验操作………………………………………….22

MATLAB仿真环境下的实验操作…………………………………...27

实验三 典型环节（或系统）的频率特性测量 ................................. 32

模拟电路平台下的实验操作………………………………………….32

MATLAB仿真环境下的实验操作…………………………………...37

实验四 线性系统串联校正 ................................................................. 42

模拟电路平台下的实验操作………………………………………….42

MATLAB仿真环境下的实验操作…………………………………...45

附录一 模拟电路试验参考设计…………………………………….53 附录二 GDS2026示波器使用说明 ………………………………53

前言

本实验指导书是为了配合学生《自动控制原理》课程实验操作而编写的，主要目的是指导学生完成该课程实验。

《自动控制原理》作为电气工程及其自动化专业的专业基础课程，在教学中占有重要地位，同时该课程具有很强的实践性，其实验教学内容将直接影响本课程的教学效果。

本课程实验采用ACCT-III实验装置和MATLAB软件进行实验，利用实验装置及计算机软件技术，以模拟电路设计、连接和测试为硬件平台，以MATLAB仿真为软件平台，实现对自动控制系统基本理论和分析方法的验证以及控制系统的综合分析设计。

在该课程实验中，通过硬件电路实验，使学生掌握由电路模拟基本环节、控制器设计和调试等；通过软件掌握实验数据的测量和获取，以及数据处理方法；通过软件设计，再用硬件实现并调试，使学生掌握控制系统设计的基本方法，并提高其综合实验的应用能力。

通过该课程实验，使学生对控制系统模拟电路的设计、调试、数据的获取以及MATLAB软件的基本使用、仿真实验数据的获取、整理、分析以及控制系统设计的综合实验能力、实验报告的撰写等基本技能得到训练。

模拟电路实验系统简介

实验系统由上位PC微机（含实验系统上位机软件）、ACCT-III实验箱、USB2.0通讯线等组成。ACCT-III实验箱内装有以C8051F060芯片（含数据处理系统软件）为核心构成的数据处理卡，通过USB口与PC微机连接。

ACCT-III实验箱主要由电源部分U1单元、信号源部分U2单元、与PC机进行通讯的数据处理U3单元、 元器件单元U4、非线性单元U5～U7以及模拟电路单元U8～U16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1.3V～15V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：

①S1和S2均下拨——输出信号周期的调节范围为2～60ms；

②S1上拨、S2下拨——输出信号周期的调节范围为0.2～6s；

③S1下拨、S2上拨——输出信号周期的调节范围为20～600ms；

④S1和S2均上拨——输出信号周期的调节范围为0.16～7s；

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0～14V；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0～15V；在第三种状态时，斜坡信号的幅值调节范围为0～10V，抛物线信号的幅值调节范围为0～2.5V。

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140Hz～14KHz；当S3下拨时输出频率范围为2～160Hz。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。

MATLAB仿真集成环境简介

Simulink是可视化动态系统仿真环境。1990年正式由Mathworks公司引入到MATLAB中，它是Slmutation 和Link的结合。这里主要介绍它的使用方法和它在控制系统仿真分析和设计操作的有关内容。

1、进入Simulink操作环境

双击桌面上的MATLAB图标，启动MATLAB，进入开发环境，如图0.1所示：

图0.1 MATLAB开发环境

从MATLAB的桌面操作环境画面进入Simulink操作环境有多种方法，介绍如下： ①点击工具栏的Simulink图标，弹出如图0.2的图形库浏览器画面。

②在命令窗口键入“simulink”命令，可自动弹出图形库浏览器。

上述两种方法需从该画面“File”下拉式菜单中选择“New/Model”，或点击图标

到图0.3的图形仿真操作画面。

③从“File”下拉式菜单中选择“New/Model”，弹出图0.3所示的未命名的图形仿真操作画面。从工具栏中点击图形库浏览器图标，调出图0.2的图形库浏览器画面。图0.3用，得于仿真操作，图0.2的图形库用于提取仿真所需的功能模块。

图0.2 Simulink图形库浏览器画面

图0.3 simulink仿真操作环境画面

2、提取所需的仿真模块

在提取所需仿真模块前，应绘制仿真系统框图，并确定仿真所用的参数。

图0.2中的仿真用图形库，提供了所需的基本功能模块，能满足系统仿真的需要。该图形库有多种图形子库，用于配合有关的工具箱。下面将对本书中实验可能用到的功能模块作一个简单介绍。

（1） Sources（信号源模块组）

点击图0.2图形库浏览器画面中的Sources，界面右侧会出现各种常用的输入信号，

如图0.4所示。

图0.4信号源模块组

·In（输入端口模块）——用来反映整个系统的输入端子，这样的设置在模型线性化与命令行仿真时是必需的。

·Signal Generator（信号源发生器）——能够生成若干种常用信号，如方波信号、正弦波信号、锯齿波信号等，允许用户自由调整其幅值、相位及其它信号。

·From File（读文件模块）和From Workspace（读工作空间模块）——两个模块允许从文件或MATLAB工作空间中读取信号作为输入信号。

·Clock（时间信号模块）——生成当前仿真时钟，在于事件有关的指标求取中是很有意义的。

·Constant（常数输入模块）——此模块以常数作为输入，可以在很多模型中使用该模块。 ·Step（阶跃输入模块）— …… 此处隐藏：7139字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……