自动控制原理实验指导书
陈志巧 高宏岩
山东科技大学
信息与电气工程学院自动化实验室
2007年6月
目 录
实验一 典型环节的时域响应 ………………………… …1 实验二 典型系统的时域响应和稳定性分…………………11 实验三 线性系统的根轨迹分析…………….………… …..16 实验四 线性系统的频率响应分析…… …………………..19 实验五 线性系统的校正……………………… …….….25 实验六 离散系统的稳定性分………………… …………27 实验七 采样控制系统的校正……………… ….………..31 实验八 典型非线性环节…………………… ………….…34 实验九 二阶非线性系统实验……………… ……….……39 实验十 三阶非线性系统实验……………… ……..………45 实验十一状态反馈 …………… ………..…….50 实验十二 状态观测器设计………………… ……………55
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实验一 典型环节的时域响应
一、 实验目的
1．掌握各典型环节模拟电路的构成方法，掌握TD－ACC设备的使用方法。 2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。 3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、 实验设备
PC机一台，TD-ACC系列教学实验系统一套。
三、 实验原理及内容
下面列出了各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。
1．比例环节 （P） (1) 方框图：
Ui(S)KUo(S) 图1－1
(2) 传递函数：
Uo(S)Ui(S)?K
(3) 阶跃响应：Uo(4) 模拟电路图：
≥0 ) 其中K = R1 / R0
è?±y2o?ùR1Ui?1D?êaè???R0_R10K′?2′e?R10K_Uoa3ê?2àà???R0=200K ￡o R1=100K o? 200K图1－2
(5) 理想与实际阶跃响应对照曲线
① 取R0 = 200K；R1 = 100K。
2
??í??3???ì￥ó?ò??UoUi(t)11/20Uo(t)tê2μà?3???ì￥ó?ò??UoUi(t)11/20Uo(t)t ② 取R0 = 200K；R1 = 200K。
??í??3???ìó￥?ò??UoUi(t)1Uo(t)ê2μà?3???ì￥ó?ò??UoUi(t)1Uo(t)02．积分环节（I） (1) 方框图：
t0t Ui(S)1TSUo(S) 图1－3
(2) 传递函数：
Uo(S)Ui(S)?1TS1T
(3) 阶跃响应：Uo(t)?t ( t≥0 ) 其中T = R0C
(4) 模拟电路图：
oy?2o2?ùCUi?1D?êaè???R0_R10K2′?′e?R_10KUoa?ê32àà???R0=200K ￡oC=1uF o? 2uF图1－4
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(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照 ① 取R0 = 200K；C = 1uF。
?í??3????ìó￥?ò??êμ2à?3???ìó￥?ò??Uo?T??Uo(t)UoUo(t)10V1Ui(t)1Ui(t) 00.2st00.2st② 取R0 = 200K；C = 2uF。
?í??3????ì￥ó?ò??êμ2à?3??ì?ó￥?ò??Uo?T??Uo(t)UoUo(t)10V1Ui(t)1Ui(t)00.4st00.4st
3．比例积分环节（PI） (1) 方框图：
K+Ui(S)1+Uo(S)TS+ 图1－5
(2) 传递函数：
Uo(S)Ui(S)?K?1TS
(3) 阶跃响应：Uo(t)?K?1Tt ( t≥0 ) 其中K = R1/R0(4) 模拟电路图：见图 1.1－6
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T = R0C ；