自動(dòng)控制原理課內(nèi)試驗(yàn)教學(xué)大綱

1、自動(dòng)控制原理課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱開課學(xué)期：第5學(xué)期學(xué) 分：1考核方法：實(shí)驗(yàn)+考查成績30%實(shí)驗(yàn)課名稱：自動(dòng)控制原理課內(nèi)實(shí)驗(yàn)課程性質(zhì)：專業(yè)核心(課內(nèi))實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)：36開課單位：電子信息工程教研室開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)：9實(shí)驗(yàn)名稱一、基于MATLAB的控制系統(tǒng)時(shí)域分 來利小、丁沖口4,k實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4析實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)利用 MATLAB進(jìn)行控制系統(tǒng)的時(shí)域分析，包括典型響應(yīng)、判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性 和分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。知識(shí)點(diǎn)和涉及的相關(guān)知識(shí)控制系統(tǒng)時(shí)域分析、 MATLAB的控制系統(tǒng)時(shí)域分析相關(guān)函數(shù)。設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、任務(wù)：利用 MATLAB對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)域分析。2、要求：(1)利用MATLAB求解控制系統(tǒng)傳遞

2、函數(shù)的極點(diǎn)，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；(2)利用MATLAB求解二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，并測(cè)量最大超調(diào)量、峰值時(shí)間和上升時(shí)間等時(shí)域性能指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)名稱二、基于 MATLAB的控制系統(tǒng)根軌跡人.由人二人小.八*二實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦糜?jì)算機(jī)完成控制系統(tǒng)的根軌跡作圖，了解控制系統(tǒng)根軌跡圖的一般規(guī)律，利 用根軌跡圖進(jìn)行系統(tǒng)分析。知識(shí)點(diǎn)和涉及的相關(guān)知識(shí)控制系統(tǒng)根軌跡作圖方法、基于根軌跡的控制系統(tǒng)分析。設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、任務(wù)：利用 MATLAB繪制控制系統(tǒng)根軌跡圖并分析其性能。2、要求：(1)利用MATLAB繪制控制系統(tǒng)根軌跡圖；(2)記錄根軌跡的起點(diǎn)、終點(diǎn)與根軌跡條數(shù)，確定根軌跡的分離會(huì)

3、合點(diǎn)與相 應(yīng)的根軌跡增益，確定臨界穩(wěn)定時(shí)的根軌跡增益。實(shí)驗(yàn)名稱三、基于MATLAB的控制系統(tǒng)頻域分來利小、丁沖口4,實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4析實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦糜?jì)算機(jī)繪制開環(huán)系統(tǒng)的Bode圖，觀察記錄控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性，控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性分析。知識(shí)點(diǎn)和涉及的相關(guān)知識(shí)Bode圖和Nyquist圖的畫法、Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)。設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、任務(wù)：利用MATLAB繪制開環(huán)控制系統(tǒng)的Bode圖和Nyquist圖并分析其性能。2、要求：(1)利用MATLAB繪制開環(huán)控制系統(tǒng) Bode圖，計(jì)算穩(wěn)定裕度；(2)利用MATLAB繪制開環(huán)控制系統(tǒng) Nyquist圖，并根據(jù)Nyquist穩(wěn)定性判 據(jù)判斷

4、閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)名稱四、用MATLAB分析設(shè)計(jì)一階倒立擺 控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)類型設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握PID控制器的一般設(shè)計(jì)方法；2、掌握PID控制器的參數(shù)整定方法；3、理解PID各參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響。知識(shí)點(diǎn)和涉及的相關(guān)知識(shí)控制系統(tǒng)建模、MATLAB分析控制系統(tǒng)性能方法。設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、任務(wù)：建立一階倒立擺控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型，利用MATLAB設(shè)方f PID控制器并分析其控制性能。2、要求：(1)利用物理機(jī)理方法建立一階倒立擺系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型；(2)利用MATLAB設(shè)方t PID控制器；(3)利用MATLAB分析控制系統(tǒng)的時(shí)、頻域特性。實(shí)驗(yàn)名稱五、典型環(huán)節(jié)及其響應(yīng)實(shí)驗(yàn)

5、類型驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握模擬控制實(shí)驗(yàn)的基本原理和一般方法；2、掌握控制系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)的測(cè)量方法。知識(shí)點(diǎn)和涉及的相關(guān)知識(shí)典型環(huán)節(jié)的模擬、控制系統(tǒng)的時(shí)域指標(biāo)，參數(shù)改變對(duì)系統(tǒng)性能的影響。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、構(gòu)成6種典型環(huán)節(jié)的模擬電路；(1)、比例環(huán)節(jié)；(2)、慣性環(huán)節(jié);(3)、積分環(huán)節(jié)；(4)、微分環(huán)節(jié)；(5)、比例彳成分環(huán)下；(6)、比例 積分環(huán)下2、分別測(cè)量6種典型環(huán)節(jié)的階躍、斜坡、拋物線信號(hào)的響應(yīng)；3、分析參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。實(shí)驗(yàn)名稱六、二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)及控制系統(tǒng)穩(wěn)定 性分析實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、研究二階系統(tǒng)的特征參數(shù) 七戶n對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響；2、學(xué)會(huì)根據(jù)系統(tǒng)階躍響應(yīng)

6、曲線確定傳遞函數(shù)；3、觀察系統(tǒng)的不穩(wěn)定現(xiàn)象；4、研究系統(tǒng)開環(huán)增益和時(shí)間常數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的影響。知識(shí)點(diǎn)和涉及的相關(guān)知識(shí)時(shí)域性能指標(biāo)、,n對(duì)系統(tǒng)性能的影響、勞斯判據(jù)、穩(wěn)態(tài)誤差等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、構(gòu)成典型二階系統(tǒng)并測(cè)量其階躍響應(yīng)；2、改變參數(shù)。切n ,觀察其階躍響應(yīng)(性能指標(biāo)的變化)；3、改變參數(shù)，觀察模擬系統(tǒng)的響應(yīng)，計(jì)算產(chǎn)生等幅、增幅、減幅振蕩的條件。實(shí)驗(yàn)名稱七、系統(tǒng)頻率特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加深了解系統(tǒng)及元件頻率特性的物理概念；2、掌握系統(tǒng)及元件頻率特性的測(cè)量方法；伯德圖奈氏圖知識(shí)點(diǎn)和涉及的相關(guān)知識(shí)系統(tǒng)的頻率特性、對(duì)數(shù)幅頻和相頻特性曲線、奈氏曲線。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、建立模擬電路圖；2、寫

7、出傳遞函數(shù)；3、觀察頻率特性曲線(1)伯德圖(2)奈氏圖4、比較理論值和實(shí)測(cè)值。實(shí)驗(yàn)名稱八、9系統(tǒng)校:串聯(lián)超前校正)、實(shí)設(shè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、理解串聯(lián)校正裝置對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的校正作用；2、對(duì)給定的系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正設(shè)計(jì)，并通過模擬實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性；3、研究PID控制器的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響；4、研究0型、1型系統(tǒng)及系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。知識(shí)點(diǎn)和涉及的相關(guān)知識(shí)控制系統(tǒng)的校正原理、PID控制原理、PID控制器組成，參數(shù)變化對(duì)控制效果的影響。設(shè)計(jì)任務(wù)與要求連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)超前校正：1、任務(wù)：設(shè)計(jì)超前校正系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及超前校正電路圖。2、要求：(1)通過調(diào)整參數(shù)能改善系統(tǒng)性能指標(biāo)(t

8、D,tsorD%等)。p sp(2)用虛擬示波器觀察校止前、后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并打印輸出結(jié)果。數(shù)字PID控制：1、任務(wù)：設(shè)計(jì)被控對(duì)象是 0型和1型的兩個(gè)系統(tǒng)。2、要求：(1)用PID控制器對(duì)其進(jìn)行控制；(2)調(diào)節(jié)參數(shù)kp,K,kd,觀測(cè)其階躍響應(yīng)；(3)總結(jié)一種有效的選擇 kp ,ki ,kd的方法，以最快的速度獲得滿意的參數(shù)。實(shí)驗(yàn)名稱九、直流電機(jī)PID控制實(shí)驗(yàn)類型設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解直流電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成和工作原理；2、了解和掌握直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)應(yīng)用中，數(shù)字PID調(diào)節(jié)器控制參數(shù)的工程整定方法；3、了解和掌握用LabACT實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)字PID被控過程；4、觀察和分析在直流電機(jī)轉(zhuǎn)速PID控制系統(tǒng)中，PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響；5、了解在直流電機(jī)轉(zhuǎn)速 P ID控制系統(tǒng)中，加擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。知識(shí)點(diǎn)和涉及的相關(guān)知識(shí)閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成和工作原理、數(shù)字PID控制原理及其控制器組成，PID參數(shù)變化及系統(tǒng)擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。