北航自动控制原理实验 (非电专业)说明书(2)

首先选择

标“Incremental build”进行编译，然后选择图

图标“Connect To Target”连接目标，最后选择图标“Start real-time code”执行。注意：在实验过程中如果更改系统模型则必须进行重新编译，更改外部电路则不需要重新编译，只进行连接和运行即可！

4.从“Scope”窗口中观测实验结果，在MATLAB的“workspace”中可得到实验的数据。可将实验数据导出以mat类型文件存盘。但是需要注意每次实验完成后应及时对数据进行保存，否则，下次实验的数据将会覆盖原数据！

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3.3 研究性实验方法

1.建立Simulink的系统模型图（可参照给定的模型图建立）。在“Simuink Library Browser”中找到“My Blockset”打开，选择“Real-time Windows Target”中的“PCI-2013”，可看到四个模块，分别为“A/D、D/A、DI、DO”，拖动相应的模块到模型中。模型其他部分自行建立，此处不再叙述。相关参数设置由实验指导教师进行指导。

2.在C:\Program Files\MATLAB\R2006a\work目录下有一个Basemodel.mdl模型文件，其中包含最基本的输入输出模块，实验者也可以以此模型为基础建立实验系统模型。

3.完成相应配置后，可对模型进行编译、连接、执行等步骤的操作，设置采样时间的时候应保证A/D和D/A的采样时间一致。

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实验一 一、二阶系统的电子模拟及

时域响应的动态测试.

一、实验目的

1. 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间

的关系。

2. 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。

3. 学习阶跃响应的测试方法。

二、实验内容

1. 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T

时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。

2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时

的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。

三、实验原理

1．一阶系统：

系统传递函数为：φ(s)=C(S)K =RSTS+1

模拟运算电路如图1- 1

所示：

图 1- 1

R2

Uo(S)R1K== 由图 1-1得 UiSR2CS+1TS+1

在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C

取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1

记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量并纪录其过渡过程时间Ts ，将参数及指标填在表1-1内：

表1-1

T 0.25 0.5 1

R2

C

Ts实测

Ts理论

阶跃响应曲线

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2．二阶系统:

2ωnC(S)=2 其传递函数为：Φ(S)=2RSS+2ζωnS+ωn

令ωn=1弧度/秒，则系统结构如图1-2

所示：

图1-2

根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3

所示：

图1-3

取R2C1=1 ，R3C2 =1，则R411=R4C2= 及 ζ= 2ζR32R4C2

ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1 ,观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量σ% ,计算过渡过程时间Ts，将参数及各项指标填入表1-2内： 表1-2

ζ 0.25 0.5 1.0

R4

C2

σ%实测

σ%理论

Ts实测

Ts理论

阶跃响应曲线

以上实验，配置参数时可供选择的电阻R值有100KΩ，1MΩ， 470KΩ(可调)，2.2MΩ(可调)，电容C值有1uf ,10uf 。

四、实验步骤

1．熟悉HHMN-1型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器

接成比例器，通电调零。

2．断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和

电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大

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器接成比例器。

3．将D/A1与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端UO

连接(此处连接必须谨慎，不可接错)。线路接好后，经教师检查后再通电。

4．在Windows XP桌面用鼠标双击“MATLAB”图标后进入，

在命令行处键入“autolab”进入实验软件系统。

5．在系统菜单中选择实验项目，选择“实验一”，在窗口左

侧选择“实验模型”，其它步骤察看3.2节内容。

6．观测实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写

实验数据表格，完成实验报告。

7. 研究性实验方法。

实验者可自行确定典型环节传递函数，并建立系统的SIMULINK模型，验证自动控制理论相关的理论知识。实现步骤可察看3.3节内容。

五、实验报告

1． 画出系统模拟运算电路图，并标出电阻、电容的取值。

2． 画出各种情况下的系统阶跃响应曲线。

3． 填写实验数据表格。分析实验结果并与理论计算值进行

比较，分析误差及其产生的原因。

4． 分析自行建立的系统模型的实验结果，结合理论知识进

行分析比较，得出实验结论。

六、实验设备

1．HHMN-1型电子模拟机一台。

2．PC机一台。

3．数字式万用表一块。

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实验二 频率响应测试

一、 实验目的

1． 掌握频率特性的测试原理及方法。

2． 学习根据所测定出的系统的频率特性，确定系统传递函

数的方法。

二、 实验内容

1． 测定给定环节的频率特性。

2． 系统模拟电路图及系统结构图分别如图2-1及图2-2。

图2-1

图2-2

3． 系统传递函数为：

200 2S+10S+200

500 取R=500KΩ，则G(S)=2S+10S+500 取R=200KΩ，则G(S)=

若正弦输入信号为Ui(t)=A1Sin(ωt),则当输出达到稳态时，其输出信号为Uo(t)=A2Sin(ωt+ψ)。改变输入信号频率f=ω值，2π便可测得二组A1/A2和ψ随f(或ω)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。

三、实验原理

1. 幅频特性即测量输入与输出信号幅值A1及A2，然后计算其比值A2/A1。

2. 实验采用“李沙育图形”法进行相频特性的测试。以下简单介绍一下这种测试方法的原理。

设有两个正弦信号:

X(ωt)=XmSin(ωt) Y(ωt)=YmSin(ωt+ψ)

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若以X(t)为横轴，Y(t)为纵轴，而以ω作为参变量，则随着

ωt的变化，X(t)和Y(t)所确定的点的轨迹，将在X-Y平面上描绘出一条封闭的曲线。

这个图形就是物理学上称为的“李沙育图形”如图2-3所示。

图2-3

３. 相位差角Ψ的求法:

对于X(ωt)=XmSin(ωt)及Y(ωt)= YmSin(ωt+ψ) 当ωt=0时，有 X(0)=0 ；Y(0)=Ym Sin(ψ)

即ψ=ArcSin(Y(0)/Ym)，显然，仅当0≤ψ≤π/2时，上式才是成立的。

4. 记录实验结果数据填写下表：

①② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ f ω AC/Ar Ym/Y0 ψ

四、实验步骤

1． 熟悉HHMN-1型电子模拟机的使用方法。将各运算放大器

接成比例器，通电调零。

2． 断开电源，按照系统结构图和系统传递函数计算电阻和电

容的取值，并按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。

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3． 将D/A1与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端Uo

连接(此处连接必须谨慎，不可接错)。线路接好后，经教师检查后再通电。

4． 在Windows XP桌面用鼠标双击“MATLAB”图标后进入，

在命令行处键入“autolab”进入实验软件系统。

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