目 录
第一部分 使用说明书 ......................................................................................................................... 2
第一章 系统概述 ........................................................................................................................ 2 第二章 硬件的组成及使用......................................................................................................... 3 第三章 上位机软件安装及使用说明 ......................................................................................... 5 第二部分 实验指导书 ....................................................................................................................... 8
第一章 控制理论的MATLAB仿真与控制实验 .................................................................. 8
实验一 典型环节的电路模拟 ............................................................................................. 8 实验二 二阶系统的瞬态响应 ........................................................................................... 16 实验三 高阶系统的瞬态响应和稳定性分析 ................................................................... 20 实验四 线性定常系统的稳态误差 ................................................................................... 24 实验五 线性定常系统的串联校正 ................................................................................... 29 实验六 典型非线性环节的静态特性 ............................................................................... 37 实验七 非线性系统的描述函数法 ................................................................................... 43 实验八 系统能控性与能观性分析 ................................................................................... 50 实验九 控制系统极点的任意配置 ................................................................................... 54 实验十 具有内部模型的状态反馈控制系统 ................................................................... 61 实验十一 状态观测器及其应用 ....................................................................................... 66 第二章 对象控制实验............................................................................................................... 70
实验十二 单闭环温度恒值控制 ......................................................................................... 70 实验十三 直流电机转速控制 ............................................................................................. 73 实验十四 步进电机转速控制 ............................................................................................. 77
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第一部分 使用说明书
第一章 系统概述
“THKKL-7型控制理论·计算机控制技术实验箱”是我公司结合教学和实践的需要而精心设计的实验系统。适用于高校的控制原理、计算机控制技术等课程的实验教学。该实验箱具有实验功能全、资源丰富、使用灵活、接线可靠、操作快捷、维护简单等优点。
实验箱的硬件部分主要由直流稳压电源、低频信号发生器、阶跃信号发生器、低频频率计、交/直流数字电压表、数据采集接口单元、通用单元电路、电位器组、采样保持器等单元组成。
上位机软件采用MATLAB6.5软件，可完成控制理论的仿真与实时控制实验、温度和液位控制实验。
实验箱通过电路单元模拟控制工程中的各种典型环节和控制系统，并对控制系统进行仿真研究，使学生通过实验对控制理论及计算机控制算法有更深一步的理解，并提高分析与综合系统的能力。
在实验设计上，控制理论既有经典理论实验，又有现代控制理论实验。
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第二章 硬件的组成及使用
一、直流稳压电源
直流稳压电源主要用于给实验箱提供电源。有±5V/0.5A、±15V/0.5A及+24V/1.0A五路，每路均有短路保护自恢复功能。它们的开关分别由相应的钮子开关控制，并由相应发光二极管指示。其中+24V主用于温度控制单元和直流电机单元。
实验前，启动实验箱上的电源总开关。并根据需要将±5V、±15V、+24V钮子开关拔到“开”的位置。
实验时，通过2号连接导线将直流电压接到需要的位置。 二、低频函数信号发生器及锁零按钮
低频函数信号发生器由单片集成函数信号发生器专用芯片及外围电路组合而成，主要输出有正弦波信号、三角波信号、方波信号、斜波信号和抛物波信号。输出频率分为f1、f2、f3、f4四档。其中正弦信号的频率范围分别为0.1Hz～3.3Hz、2.5Hz～86.4Hz、49.8Hz～1.7kHz、700Hz～10kHz四档，Vp-p值为13V。
使用时先将信号发生器单元的钮子开关拔到“开”的位置，并根据需要选择合适的波形及频率的档位，然后调节“频率调节”和“幅度调节”微调电位器，以得到所需要的频率和幅值，并通过2号连接导线将其接到需要的位置。
另外本单元还有一个锁零按钮，用于实验前运放单元中电容器的放电。当按下按钮时，通用单元中的场效应管处于短路状态，电容器放电，让电容器两端的初始电压为0V；当按钮复位时，单元中的场效应管处于开路状态，此时可以开始实验。 三、阶跃信号发生器
阶跃信号发生器主要提供实验时的阶跃给定信号，其输出电压范围为-5～+5V，正负档连续可调。使用时根据需要可选择正输出或负输出，具体通过“阶跃信号发生器”单元的拔动开关来实现。当按下自锁按钮时，单元的输出端输出一个连续可调(选择正输出时，调RP1电位器；选择负输出时，调RP2电位器)的阶跃信号(当输出电压为1V时，即为单位阶跃信号)，实验开始；当按钮复位时，单元的输出端输出电压为0V。
注：单元的输出电压可通过实验箱上的直流数字电压表来进行测量。 四、低频频率计
低频频率计是由单片机89C2051和六位共阴极LED数码管设计而成的，具有输入阻抗大和灵敏度高的优点。其测频范围为：0.1Hz～10.0kHz。
低频频率计主要用来测量函数信号发生器或外来周期信号的频率。使用时先将低频频率计的电源钮子开关拔到“开”的位置，然后根据需要将测量钮子开关拔到“外测”(此时通过“输入”或“地”输入端输入外来周期信号)或“内测”(此时测量低频函数信号发生器输出信号的频率)。
另外本单元还有一个复位按钮，以对低频频率计进行复位操作。
注：将“内测/外测”开关置于“外测”时，而输入接口没接被测信号时，频率计有时会显示一定数据的频率，这是由于频率计的输入阻抗大，灵敏度高，从而感应到一定数值的频率。此现象并不影响内外测频。
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五、交/直流数字电压表
交/直流数字电压表有三个量程，分别为200mV、2V、20V。当自锁开关不按下时，它作直流电压表使用，这时可用于测量直流电压；当自锁开关按下时，作交流毫伏表使用，它具有频带宽（10Hz～400kHz）、精度高（±5‰）和真有效值测量的特点，即使测量窄脉冲信号，也能测得其精确的有效值，其适用的波峰因数范围可达到10。 六、通用单元电路
通用单元电路具体见实验箱的U1～U8单元。这些单元主要由运放、电容、电阻、电位器和一些自由布线区等组成。通过接线，可以模拟各种受控对象的数学模型。其中U7为无源元件单元，U8为构成反相器/加法器单元。U1～U6为通用运放单元，主要用于比例、积分、微分、惯性等电路环节的构造。 七、零阶保持器
零阶保持器采用“采样-保持器”组件LF398，具有将连续信号离散后的零阶保持器输出信号的功能，其采样频率由外接的方波信号频率决定。使用时只要接入外部的方波信号及输入信号即可。 八、非线性单元
非线性单元主要用来构成继电器型非线性环节，饱和型非线性环节，具有死区特性非线性环节以及具有间隙特性非线性环节。 九、数据采集接口单元
数据采集部分则采用实验室或工业上常用的USB数据采集卡(THVLW-1型)。它通过USB数据线与上位机连接，其采样频率为350K（理论值为400K）；有16路单端A/D模拟量输入，转换精度为14位；4路D/A模拟量输出，转换精度均为12位；16路开关量输入，16路开关量输出。
数据采集卡接口部分包含模拟量输入输出(AD/DA)与开关量输入输出(DI/DO)两部分。其中只引出AD4路，DA2路，DI/DO各8路。
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第三章 上位机软件安装及使用说明
一、上位机控制工程
1．运行环境 项目 CPU 内存 硬盘 操作系统 显示设备 显卡 用户名 2．上位机程序适用于MATLAB6.5版本
MATLAB控制产品集支持控制设计过程的每一个环节，可以用于不同的领域，如过程仿真与控制、汽车、航空航天、计算机和通讯等领域。使用MATLAB高级编程语言，能使控制系统的设计和分析更加方便，编程者只需花很短的时间就可以开发出控制算法复杂、绘图功能强大的程序，以实现对数据、方程和结果的显示。
注：实验程序处于运行状态时，不能强制对界面进行最小化操作，否则将出现错误。 二、上位机软件的使用说明
1、仿真部分使用说明
1.1 双击任何一个模块，都可以修改其参数。仿真过程中，只需按照实验指导书的内容，修改仿真窗口中相应模块的参数。建议不要随意改动，如有改动，关闭窗口时，不要选择存盘。
1.2 当达到仿真结束时间，而示波器不能完整地显示仿真波形时，可通过同时修改仿真参数和示波器参数实现。仿真参数的修改方法：按住Ctrl+E键，在弹出的窗口中修改Stop time的值。示波器参数的修改方法：在打开的示波器窗口中点击Parameters图标，在弹出的窗口中修改Time range的参数。修改完成后，示波器的Time range值必须大于或等于仿真参数的Stop time值。
1.3 示波器的Y轴显示范围的修改可通过右击示波器窗口，选择Axes Properties项，在弹出的窗口中修改Y-min和 Y-max的值。
1.4 每次参数更新后，需点击Start Simulation图标进行仿真，这样才能看到新的结果（“典型环节和系统频率特性的测量”仿真除外）。
2、实验部分使用说明
2.1 双击任何一个模块，都可以修改其参数。实验过程中，只需按照实验指导书的内容，修改实验窗口中相应模块的参数。建议不要随意改动，如有改动，关闭窗口时，不要选择存盘。
2.2 示波器的Y轴显示范围的修改可通过右击示波器窗口，选择Axes Properties项，在弹出的窗口中修改Y-min和 Y-max的值。
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描述 P4(2.2G)以上 512M以上 不限 最好WinXP 17寸 要求64M以上 不能使用中文