目录
目 录
第一章 LABACT自控/计控原理实验机构成及说明 .............................................................. 1 第二章 虚拟示波器 ................................................................................................................... 5 2.1 虚拟示波器的显示方式 ........................................................................................................ 5 2.2 虚拟示波器的使用 ................................................................................................................ 5 第三章 自动控制原理实验 ...................................................................................................... 7 3.1 线性系统的时域分析 ............................................................................................................ 7 3.1.1 典型环节的模拟研究 ..................................................................................................... 7 3.1.2 二阶系统瞬态响应和稳定性 ....................................................................................... 11 3.1.3 三阶系统的稳定性和瞬态响应 ................................................................................... 13 3.2 线性控制系统的频域分析 .................................................................................................. 15 3.2.1 频率特性测试 ............................................................................................................... 15 3.2.2 一阶惯性环节的频率特性曲线 ................................................................................... 16 3.2.3 二阶闭环系统的频率特性曲线 ................................................................................... 17 3.2.4 二阶开环系统的频率特性曲线 ................................................................................... 18 3.3 线性系统的校正与状态反馈 .............................................................................................. 20 3.3.1 频域法串联超前校正 ................................................................................................... 20 3.3.2 频域法串联迟后校正 ................................................................................................... 25 3.3.3 时域法串联比例微分校正 ........................................................................................... 30 3.3.4时域法局部比例反馈校正 ............................................................................................ 32 3.3.5时域法微分反馈校正 .................................................................................................... 35 3.3.6 线性系统的状态反馈及极点配置 ............................................................................... 37 3.4 非线性系统的相平面分析 ................................................................................................ 38 3.4.1 典型非线性环节 ........................................................................................................... 38 3.4.2 二阶非线性控制系统 ................................................................................................... 40 3.4.3 三阶非线性控制系统 ................................................................................................... 43 3.5 采样控制系统分析 .............................................................................................................. 46
I
第一章 labACT自控/计控原理实验机构成及说明
第一章 LabACT自控/计控原理实验机构成及说明
一． 主实验板的布置简图
图1-1-2 主实验板的布置简图
1
爱迪克自控/计控原理实验系统
二．D和B实验区
1．显示与功能选择模块（D1）及函数发生器（B5）
D1实验区是一个显示与功能选择模块，它主要由5位8段数码管、四个功能选择按键和16个指示灯、3个测试孔组成。D1实验区是独立于实验机的CPU控制模块，提供控制对象输出显示，並实现函数发生器（B5）的十种（可选择）波形输出切换控制和显示。 （1） 输入信号测量
上排左按键循环控制输入信号的测量，包括电压（-5V～+5V）、电压（0～+5V）、频率、温度和直流电机转速测量。每按一次按键，指示灯向右循环切换，数码管显示相应的测量信息。信号的输入口为模块中的“电压测量”和“频率测量”3个测试孔。指示灯和数码管的输出数据显示对应关系表见表1-2-1。
表1-2-1 指示灯和数码管的显示对应关系表
项目内容 （-5V～+5V）电压测量 （0～+5V）电压测量 频率测量 C3模块温度值 C2模块直流电机转速 指示灯 电压（-5V～+5V） 电压（0～+5V） 频率 温度 转速 输入测试孔 电压测量（-5V～+5V） 电压测量（0～+5V） 频率测量 电压测量（0～+5V） 频率测量 数据显示 (-)X.XX X.XX XXX .X XX.X X.XXX 单位 V V Hz ℃ 千转/分 （2） 函数发生器波形输出切换控制和显示选择
下排左、右按键循环切换控制输出波形，包括矩形波、正弦波、斜坡、方波、继电特性、饱和特性、死区特性和间隙特性的切换控制。每按一次下排左按键，指示灯向左循环切换，每按一次下排右按键，指示灯向右循环切换，数码管显示相应的波形信息。
上排右按键循环切换控制输出波形，包括矩形波/正弦波和方波/正弦波同时发生。 2．函数发生器（B5）
函数发生器（B5）是各函数及波形发生的控制和输出模块，它含有十种（可选择）波形输出，有4个函数波形调节电位器、1个波形量程选择开关和各函数发生的输出口组成。各波形和函数的输出选择在（D1）模块中选择设置。各波形的切换控制和显示见表1-2-2。
表1-2-2 函数发生器取值及显示
序 号 1 2 3 4 5 波形类型 矩形波 正弦波 斜坡 方波 继电 函数发生器取值及显示 左显示及范围 电位器调节 右显示及范围 幅度（0V～6V） 电位器调节 矩形波调幅 上 0.01S～1S 宽度 设定电位器1 下 0.1S～10S 振幅值 (0～6V) 斜率(0.4～8) 频上 0.1Hz～2Hz 正弦波调幅 设定电位器2 率 下 0.8Hz～50Hz 设定电位器1 宽度(0.5S～10S) 幅值(0V～6V) 设定电位器1 斜率(0.1～5.1) 斜率(0.1～5.1) 斜率(0.1～5.1) 设定电位器1 设定电位器1 设定电位器1 频率(2.4Hz～250Hz) 设定电位器1 限幅(0V～6V) 设定电位器2 死区宽度(0V～5V) 设定电位器2 间隙宽度(0V～5V) 设定电位器2 6 饱和 7 死区 8 间隙 9 矩形/正弦波 10 方波/正弦波 详见本节第⑨、⑩点说明 ① 矩形波：下排按键选择“矩形波”，指示灯亮，函数发生器（B5）模块中的“矩形波输出”测孔输出矩形波，左边2个数码管显示矩形波正脉冲的宽度“X.X”或“XX”（秒）, 由“设定电位器1”控制相应的正脉冲输出宽度；此外，（B5）模块中的“量程选择”开关还可控制正脉冲输出宽度量程（见表1-2-2）。右边3个数码管显示矩形波的幅度“X.XX”(伏)，由（B5）模块中的“矩形波调幅”电位器控制变化幅度。 注1：只有把函数发生器（B5）模块左下角的“S-ST” 跨接座上套上短路套后，在“矩形波输出”测
2
第一章 labACT自控/计控原理实验机构成及说明
孔才有矩形波输出。 注2：“量程选择”开关置于下档时，其零输出宽度恒保持为2秒，与正脉冲输出宽度值无关；“量程选择”开关置于上档时，其零输出宽度与正脉冲输出宽度值相等。 ② 正弦波：下排按键选择“正弦波”，指示灯亮，函数发生器（B5）模块中的“正弦波输出”测孔输出正弦波，左边2个数码管显示正弦波的振幅“X.X”(V),由（B5）模块中的“正弦波调幅”电位器控制变化幅度；右边3个数码管显示正弦波的频率“X.XX”或“XX.X”（Hz），由“定电位器2”控制相应的输出频率；此外，（B5）模块中的“量程选择”开关还可控制正弦波的频率输出量程（见表1-2-2）。 ③ 斜坡：下排按键选择“斜坡”，指示灯亮，函数发生器（B5）模块中的“斜坡输出”孔输出斜坡波形。斜坡输出的幅度为4V，左边2个数码管显示斜坡信号的斜率X.X，右边3个数码管显示斜坡的信号的宽度X.XX，由（B5）模块中的“设定电位器1”控制相应的斜率。 ④ 方波：下排按键选择“方波”，指示灯亮，函数发生器（B5）模块中的“方波输出”孔输出方波。数码管显示方波频率“XXX.X”（Hz），由（B5）模块中的 “设定电位器1”控制相应的输出频率，幅度为3V。 ⑤ 继电特性：下排按键选择“继电”，指示灯亮，将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔作为非线性-5V～+5V输入信号接到函数发生器（B5）模块中的“非线性输入”测孔，（B1）单元的K3开关拨上（-5V）， K4开关也拨上（+5V），（B5）单元中的“非线性输出”测孔信号输出继电特性；数码管显示继电特性的幅值“X.XX”（V），由（B5）模块中的 “设定电位器1”控制相应的输出幅值。 ⑥ 饱和特性：下排按键选择“饱和”，指示灯亮，将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔作为非线性-5V～+5V输入信号接到函数发生器（B5）模块中的“非线性输入”测孔，（B1）单元的K3开关拨上（-5V）， K4开关也拨上（+5V），（B5）单元中的“非线性输出”测孔信号输出饱和特性；左边2个数码管显示饱和特性线性区的斜率“X.X”,由（B5）模块中的“设定电位器1”设定斜率；右边3个数码管显示饱和输出的限幅值“X.XX”（V），由（B5）模块中的“设定电位器2”设定输出限幅值。 ⑦ 死区特性：下排按键选择“死区”，指示灯亮，将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔作为非线性-5V～+5V输入信号接到函数发生器（B5）模块中的“非线性输入”测孔，（B1）单元的K3开关拨上（-5V）， K4开关也拨上（+5V），（B5）单元中的“非线性输出”测孔信号输出死区特性；左边2个数码管显示死区特性线性区的斜率“X.X”,由（B5）模块中的“设定电位器1”设定斜率；右边3个数码管显示死区宽度“X.XX”（V），由（B5）模块中的“设定电位器2”设定死区宽度。 ⑧ 间隙特性：下排按键选择“间隙”，指示灯亮，将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔作为非线性-5V～+5V输入信号接到函数发生器（B5）模块中的“非线性输入”测孔，（B1）单元的K3开关拨上（-5V）， K4开关也拨上（+5V），（B5）单元中的“非线性输出”测孔信号输出间隙特性；左边2个数码管显示间隙特性线性区的斜率“X.X”,由（B5）模块中的“设定电位器1”设定斜率；右边3个数码管显示间隙宽度“X.XX”（V），由（B5）模块中的“设定电位器2”设定间隙宽度。 ⑨ 矩形波/正弦波：上排右按键选择“矩形波/正弦波”，指示灯亮，（B5）模块“矩形波输出”测孔和“正弦波输出”测孔同时有输出，‘矩形波’的指示灯也亮，数码管显示矩形波的信息。若要观察正弦波的信息，再按一次上排右按键，‘正弦波’的指示灯亮，数码管显示正弦波的信息（波形的控制调节与单一波形发生控制相同）。
⑩ 方波/正弦波：上排右按键选择“方波/正弦波”，指示灯亮，（B5）模块“方波输出”测孔和“正弦波输出”测孔同时有输出，‘方波’的指示灯也亮，数码管显示方波的信息。若要观察正弦波的信息，再按一次上排右按键，“正弦波”的指示灯亮，同时，正弦波数码管显示正弦波的信息（波形的控制调节与单一波形发生控制相同）。
注1：显示与功能选择模块（D1）右上角的电位器‘RP5’用于调整该模块的基准电压（+2.40V）。 注2：函数发生器（B5）右下角的‘调零’电位器用于调整正弦波输出的基准零位。上电总清或按‘复位’键总清后，把“正弦波调幅”电位器调到最大，然后调整‘调零’电位器，使“正弦波输出”测孔输出直流电压为零，即正弦波输出的基准零位调整成功。
注3：上电总清或按“复位”键总清后，数码管显示矩形波信息,矩形波有输出2秒宽度的波形，其他波无输出。
3．手控阶跃信号发生器 （B1）
3