自控实验指导书2答案

实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真

一、实验目的

1．熟悉THBDC-1型 控制理论·计算机控制技术实验平台及“THBDC-1”软件的使用； 2．熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；

3．测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。 二、实验设备

1．THBDC-1型 控制理论·计算机控制技术实验平台；

2．PC机一台(含“THBDC-1”软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线。 三、实验内容

1．设计并组建各典型环节的模拟电路；

2．测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响。 四、实验原理

自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析十分有益。

本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图 如图1-1所示。图中Z1和Z2表示由R、C构成的复数阻抗。 1．比例（P）环节

比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。 图1-1 它的传递函数与方框图分别为：

U(S)G(S)?O?KUi(S)

当Ui(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K

实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真

一、实验目的

1．熟悉THBDC-1型 控制理论·计算机控制技术实验平台及“THBDC-1”软件的使用； 2．熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；

3．测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。 二、实验设备

1．THBDC-1型 控制理论·计算机控制技术实验平台；

2．PC机一台(含“THBDC-1”软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线。 三、实验内容

1．设计并组建各典型环节的模拟电路；

2．测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响。 四、实验原理

自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析十分有益。

本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图 如图1-1所示。图中Z1和Z2表示由R、C构成的复数阻抗。 1．比例（P）环节

比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。 图1-1 它的传递函数与方框图分别为：

U(S)G(S)?O?KUi(S)

当Ui(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K

实验五 线性系统的频域响应分析

1. 实验目的

(1)掌握BODE图的绘制方法和由BODE图确定系统开环传递函数方法。

(2)掌握利用BODE图分析系统性能和校正的方法。 2. 实验原理和内容

(1) 根据下列方框图作出BODE图。

? 开环传递函数：G(s)?10.1s(0.1s?1)

? 闭环传递函数： W(s)?G1?G?100s2?10s?100（?n?10??0.5）

? 系统的BODE图

1

(2) 利用BODE图进行超前串联校正设计的验证。 给出单位负反馈系统的对象传递函数为：

1G0(s)?K0

s(0.1s?1)(0.001s?1)选择校正器的传递函数为：Gc(s)?验证：

? 若在斜坡信号作用下，要求稳态误差ess?0.001. K0=? ? 在BODE图上求出校正前后的稳定余量。并验证系统校正后

的相角余量在：40????50? 。 ? 画出系统校正后的阶跃响应曲线并求出其性能指标。 (3)BODE图的滞后校正设计的验证

给出单位负反馈系统的对象传递函数为：

1G0(s)?K0

s(0.1s?1)(0.001s?1)要求对系统进行滞后串联校正，验证：

2

0.01796s?1

0.001796s?1

? 取K0=30s-1，在

目录

一．自动控制理论实验指导

1．概述........................................................1 2．实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真研究.....................5 3．实验二 典型系统动态性能和稳定性分析.......................12 4．实验三 典型环节（或系统）的频率特性测量...................16 5．实验四 线性系统串联校正...................................21 6．实验五 典型非线性环节的静态特性...........................26 7．实验六 非线性系统相平面法.................................31 8．实验七 非线性系统描述函数法...............................37 9．实验八 极点配置全状态反馈控制.............................42 10．实验九 采样控制系统动态性能和稳定性分析的混合仿真研究....49 11．实验十 采样控制系统串联校正的混

《自动控制原理》实验指导书

目 录

实验一 典型环节的模拟研究 （验证型） （1） 实验二 动态系统的时域分析（设计型） （8） 实验三实验四实验五附 录 动态系统的数值模拟（验证型） 动态系统的频率特性研究（综合型） 动态系统的校正研究 （设计型） XMN—2学习机使用方法简介 14）16）17）19） （ （ （ （

实验一 典型环节的模拟研究

一、实验目的:

1、了解并掌握XMN-2型《自动控制原理》学习机的使用方法，掌握典型环节模拟电路的构成方法，培养学生实验技能。

2、熟悉各种典型线性环节的阶跃响应曲线。 3、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验设备

1． XMN-2型机。 2． CAE98。 3． 万用表。 三、实验内容： 本实验是利用运算放大器的基本特性（开环增益高、输入阻抗大、输出阻抗小等），设置不同的反馈网络来模拟各种典型环节。 1、比例（P）环节：其方块图如图1-1A所示。 Ui(S)KUo(S)其传递函数为： 比例环节的模拟电路如图1-1B所示, R1100K10

第二部分 控制理论

实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真

一、实验目的

1．熟悉并掌握THBCC-1型 信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台的结构组成及上位机软件的使用方法。

2．通过实验进一步了解熟悉各典型环节的模拟电路及其特性，并掌握典型环节的软件仿真研究。 3．测量各典型环节的阶跃响应曲线，了解相关参数的变化对其动态特性的影响。

二、实验设备

1．THBCC-1型 信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台 2．PC机1台(含上位机软件) 37针通信线1根 3．双踪慢扫描示波器1台(可选)

三、实验内容

1．设计并构建各典型环节的模拟电路；

2．测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数的变化对其输出响应的影响；

3．在上位机界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比较。

四、实验原理

自控系统是由比例、积分、惯性环节等按一定的关系连接而成。熟悉这些惯性环节对阶跃输入的响应，对分析线性系统将是十分有益的。

在附录中介绍了典型环节的传递函数、理论上的阶跃响应曲线和环节的模拟电路图，以供参考。

五、实验步骤

1.熟悉实验台，利用实验台上的模拟电路单元，构建所设计 (可参

实验一、液压泵拆装实验

一、实验目的：了解常用液压泵的结构特点

二、实验要求：通过对液压泵的拆装，加深对液压泵结构特点和工作原理的认识。 三、实验内容 （一）、齿轮泵拆装分析

1．齿轮泵型号：CB－B型齿轮泵 2．拆卸步骤：

1）松开6个紧固螺钉2，分开端盖1和5；从泵体4中取出主动齿轮及轴、从动齿轮及轴；

2）分解端盖与轴承、齿轮与轴、端盖与油封。此步可不做。

装配顺序与拆卸相反。

3．主要零件分析

1）泵体4 泵体的两端面开有封油槽d，此槽与吸油口相通，用来防止泵内油液从泵体与泵盖接合面外泄，泵体与齿顶圆的径向间隙为0.13～0.16mm。 2）端盖1与5 前后端盖内侧开有卸荷槽e（见图中虚线所示），用来消除困油。端盖1上吸油口大，压油口小，用来减小作用在轴和轴承上的径向不平衡力。

3）齿轮3 两个齿轮的齿数和模数都相等，齿轮与端盖间轴向间隙为0.03～0.04mm，轴向间隙不可以调节。

4．思考题

1）齿轮泵的密封容积怎样形成的？

2）该齿轮泵有无配流装置？它是如何完成吸、压油分配的？

3）该齿轮泵中存在几种可能产生泄漏的途径？为了减小泄漏，该泵采取了什么措施？ 4）该齿轮泵采取什么措施来减小泵轴上的径向不平衡力的？ 5）该齿轮

实验一、液压泵拆装实验

一、实验目的：了解常用液压泵的结构特点

二、实验要求：通过对液压泵的拆装，加深对液压泵结构特点和工作原理的认识。 三、实验内容 （一）、齿轮泵拆装分析

1．齿轮泵型号：CB－B型齿轮泵 2．拆卸步骤：

1）松开6个紧固螺钉2，分开端盖1和5；从泵体4中取出主动齿轮及轴、从动齿轮及轴；

2）分解端盖与轴承、齿轮与轴、端盖与油封。此步可不做。

装配顺序与拆卸相反。

3．主要零件分析

1）泵体4 泵体的两端面开有封油槽d，此槽与吸油口相通，用来防止泵内油液从泵体与泵盖接合面外泄，泵体与齿顶圆的径向间隙为0.13～0.16mm。 2）端盖1与5 前后端盖内侧开有卸荷槽e（见图中虚线所示），用来消除困油。端盖1上吸油口大，压油口小，用来减小作用在轴和轴承上的径向不平衡力。

3）齿轮3 两个齿轮的齿数和模数都相等，齿轮与端盖间轴向间隙为0.03～0.04mm，轴向间隙不可以调节。

4．思考题

1）齿轮泵的密封容积怎样形成的？

2）该齿轮泵有无配流装置？它是如何完成吸、压油分配的？

3）该齿轮泵中存在几种可能产生泄漏的途径？为了减小泄漏，该泵采取了什么措施？ 4）该齿轮泵采取什么措施来减小泵轴上的径向不平衡力的？ 5）该齿轮

目 录

第一章 可编程控制器的简介???????????????????????????????1 第二章 基本指令简介??????????????????????????????????4 第三章 可编程控制器梯形图编程规则???????????????????????????6 第四章 软件的介绍及应用????????????????????????????????7 第五章 可编程控制器的通信网络?????????????????????????????8 第六章 演示实验????????????????????????????????????13

实验一 基本指令的编程练习?????????????????????????????13 实验二 水塔水位控制的模拟控制???????????????????????????16 实验三 LED数码显示控制??????????????????????????????17 实验四 天塔之光的模拟实验?????????????????????????????18 实验五 液体混合装置控制的模拟???????????????????????????19 实验六

目 录

第一章 可编程控制器的简介???????????????????????????????1 第二章 基本指令简介??????????????????????????????????4 第三章 可编程控制器梯形图编程规则???????????????????????????6 第四章 软件的介绍及应用????????????????????????????????7 第五章 可编程控制器的通信网络?????????????????????????????8 第六章 演示实验????????????????????????????????????13

实验一 基本指令的编程练习?????????????????????????????13 实验二 水塔水位控制的模拟控制???????????????????????????16 实验三 LED数码显示控制??????????????????????????????17 实验四 天塔之光的模拟实验?????????????????????????????18 实验五 液体混合装置控制的模拟???????????????????????????19 实验六