淮北师范大学 自动控制原理实验指导
目 录
前 言 ................................................................ 1 实验系统概述 ........................................................... 2 1、实验系统构成 ..................................................... 2 2、实验箱整体布局及部分模块框图 ...................................... 2 3、各模块主要测试点 ................................................. 3 实验一二阶系统的阶跃响应及稳定性分析实验 ............................... 9 实验二 PID控制器的动态性能 ............................................ 9 实验三 典型环节频率特性的测试 ......................................... 9 实验四 控制系统的动态校正 ............................................ 22 实验五 信号的采样与恢复 .............................................. 28 实验六 典型非线性环节的电路模拟 ...................................... 31 附 录 ............................................................... 37 1、参考文献 ........................................................ 37
Ⅰ
淮北师范大学 自动控制原理实验指导
前 言
《自动控制原理》是自动控制、工业自动化、电气自动化、仪表及测试、机械、动力、冶金等专业的一门重要的专业基础课。也是国内各院校相应专业的主干课程。
当前，科学技术的发展趋势既高度综合又高度分化，这要求高等院校培养的大学生，既要有坚实的理论基础，又要有严格的工程技术训练，不断提高的实验研究能力、分析计算能力、总结归纳能力和解决各种实际问题的能力。21世纪要求培养“创造型、开发型、应用型”人才，这就对我们实验教学提出了新的考验。自动控制原理课程的理论性较强，因此在学习本课程时，开设必要的实验，对学生加深理解深入掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题、解决问题的能力，以及使抽象的概念和理论形象化、具体化，对增强学习的兴趣有极大的好处，做好本课程的实验，是学好本课程的重要教学辅助环节。
我司生产的ZY13001B1自动控制原理实验系统是为《自动控制原理》的教学实验专门研制的，它是师生科研的有利工具。它具有直观、操作灵活等便于培养学生实验技能的优点，为充分发挥学生独立思考能力和主观能动性，本书明确要求实验前做好有关理论计算或分析，而实验步骤通常是原则性的。实验中可能碰到的主要问题则列在思考题内以引起学生的注意。
本实验箱主要能完成线性连续系统、非线性系统、采样系统以及状态反馈（极点配置）方面的实验共十个。在完成实验后，需写出详细的实验报告，包括实验方法、实验过程和结果、心得和体会等。
由于编者水平有限，书中难免存在错误和不妥之处，殷切希望读者批评指正。
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实验系统概述
1、实验系统构成
ZY13001B1实验箱主要由电源单元、信号源单元、元器件单元、非线性单元、运放单元和信号采样与恢复单元组成。
电源单元包括电源开关，+5V，-5V，+12V，-12V以及-12V－+12V可调电压的输出。 信号源单元可以产生周期正弦波信号，频率、幅值均可调。
元器件单元提供了实验所需的电容，电阻与可调电阻，方便学生实验。
非线性单元包括三组不同的典型非线性单元。
运放单元包括八组不同设置参数的运算放大器单元。
信号采样与恢复单元包括40106，4066等，提供了信号采样与恢复全过程的测试。
2、实验箱整体布局及部分模块框图
⑴ 本实验箱整体布局如图1所示：
信号采样与恢复单元信号源单元电源单元非线性单元（一）非线性单元（二）非线性单元（三）元器件单元运放单元（一）运放单元（二）运放单元（三）运放单元（四）运放单元（五）运放单元（六）运放单元（七）运放单元（八）
图1 ZY13001B1型自控原理实验箱整体布局图
⑵ 信号采样与恢复单元模块如图2所示：
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信号源单元正弦波输出滤波恢复抽样波形（TP1405）抽样观察抽样后的波形（TP1404）施密特触发器组成地振荡回路模拟开关抽样脉冲输出
图2 信号采样与恢复单元模块结构框图
⑶运放单元使用HA17741运算放大器为基础，外接不同参数的电阻、电容及可调电位器组成电路。运放调零可调电阻已接入电路中，并已调零完成。运用导线外接不同的电阻电容即可构成不同的电路完成实验。
⑷ 非线性单元使用HA17741运算放大器为基础，外接不同参数的电阻、电容、可调电位器及双向稳压管组成电路。运放调零可调电阻已接入电路中，并已调零完成；电阻、电容、双向稳压管等元件也接好，运用导线接入输入信号即可完成实验。
⑸ 元器件单元由不同参数的电阻、电容、可调电位器组成，连线亦接好，只需外接导线即可完成实验。
3、各模块主要测试点
（1） 测试钩
TP101：运放单元（一）的输出信号测试点，与插孔T106对应。 TP201：运放单元（二）的输出信号测试点，与插孔T207对应。
TP301：运放单元（三）的输出信号测试点，与插孔T306对应。 TP401：运放单元（四）的输出信号测试点，与插孔T406对应。 TP501：运放单元（五）的输出信号测试点，与插孔T506对应。 TP601：运放单元（六）的输出信号测试点，与插孔T607对应。 TP701：运放单元（七）的输出信号测试点，与插孔T706对应。 TP801：运放单元（八）的输出信号测试点，与插孔T806对应。 TP1001：信号源单元的输出信号测试点，与插孔OUT1001对应。 TP1101：非线性环节（一）的输出信号测试点，与插孔T1103对应。 TP1201：非线性环节（二）的输出信号测试点，与插孔T1203对应。
TP1301：非线性环节（三）的输出信号测试点（开关J1301拨上），与插孔T1305对应。 TP1302：非线性环节（三）的输出信号测试点（开关J1301拨下），与插孔T1306对应。 TP1402：信号采样与恢复单元中的抽样脉冲信号。 TP1403：信号采样与恢复单元中的反相抽样脉冲信号。 TP1404：信号采样与恢复单元中的抽样后的信号。 TP1405：信号采样与恢复单元中的抽样恢复信号。
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（2）电位器
W1001：调节输出信号的频率。 W1002：调节输出信号的幅度。
W1401：调节抽样脉冲的频率。
其余电位器在实验电路连接中均作可调电阻使用。 （3）测试点位置图
各测试点的位置图如图3所示，测试点及电位器的具体功能见实验系统概述所述。 信号采样与恢复单元TP1401TP1404TP1403W1401信号源单元W1001W1002TP1001电源单元TP1405TP1002GNDTP1301TP1303TP1402TP1400GNDW001非线性单元（一）非线性单元（二）非线性单元(三)元器件单元GNDTP1102TP1101TP1202TP1201TP1302GNDGND运放单元（一）TP102运放单元（二）运放单元（三）运放单元（四）TP101TP202TP201TP302TP301TP402GNDGNDGNDGNDTP401运放单元（五）运放单元（六）运放单元（七）运放单元（八）TP801TP502GNDTP501TP602TP601TP702TP701TP802GNDGNDGND 图3测试点及电位器位置图
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