发布时间 : 星期日 文章自动控制原理实验指导书（安徽理工大学） - 图文更新完毕开始阅读
3) 惯性(T)环节 传递函数 方块图 Uo(s) K?Ui(s) TS?1 模拟电路图 4) 比例积分微分(PID)环节
传递函数 方块图 模拟电路图 其中 u i ( t) 为一阶跃输入信号 ， 0 (t ) 为典型环节的输出信号，也即需要观测的信号。 u2、测试各典型环节在阶跃信号作用下的输出响应。
3、改变各典型环节的相关元件的参数，观测输出波形的变化，分析参数与环节响应之间的联系。
Uo(s) 1?TdS?Kp?Ui(s)TiS四、实验步骤
1、阶跃信号的产生
准备：TKKL-4型实验箱的认识，上电、开机，启动上位机观测程序TKKL2003。
使运放处于工作状态：将信号发生器单元U1的ST端与+5V端用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管（3DJ6）夹断，这时运放处于工作状态。
阶跃信号的产生：电路可采用图4-1所示电路，
图4-1 阶跃信号产生电路
它由“阶跃信号单元”（U3）及“给定单元”（U4）组成。具体线路形成：在U3单元中，将H1与+5V端用1号实验导线连接，H2端用1号实验导线接至U4单元的X端；在U4单元中，将Z端和GND端用1号实验导线
连接，最后由插座的Y端输出信号。
2、观测比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线。 1）按阶跃信号的接线方法，产生一阶跃信号。
2）按附录1选择参数，将各典型环节的模拟电路图将线接好。
3）将模拟电路输入端(Ui)与阶跃信号的输出端Y相连接；模拟电路的输出端(Uo)接至虚拟示波器的CH1端，同时将阶跃信号的输出端Y也接至虚拟示波器的CH2端。
4）按下按钮(或松开按钮)SP时，用虚拟示波器观测输出端的实际响应曲线Uo(t)，且记录Ui(t)和Uo(t)的波形。改变比例参数，重新观测结果并记录。
3、观测比例积分微分环节的阶跃响应曲线。 1）按阶跃信号的接线方法，产生一阶跃信号。
2）参照PID模拟电路图，按附录1选择参数，连接PID电路。
3）将产生的阶跃信号加到PID环节的输入端（Ui），用虚拟示波器观测PID输出端(Uo)记录输出端(Uo)和输入端（Ui）的波形，改变电路参数，重新观察并记录。
五．思考题
1、针对本实验，为什么PI和PID在阶跃信号作用下，输出的终值为一常量？ 2、针对本实验，为什么PD和PID在阶跃信号作用下，在t=0时的输出为一有限值？
实验二 球杆定位系统认知实验
一、实验目的
认知球杆定位控制实验模块的组成部分及其工作原理，熟悉系统的工作流程，并检验系统的运行状况。熟悉EasyMotion Studio、LabVIEW软件。
二、实验设备
1、球杆控制系统一套 2、惠普电脑一台
二、实验内容
球杆定位控制实验模块结构示意图如图5-1，主要由智能控制与驱动模块、底座、连杆机构、钢球滑动轨道、支架、直线位移传感器、直流伺服电机组成，其工作原理是通过电机带动连杆机构运动，从而改变钢球所在导轨上的倾斜角度，使钢球在重力作用下沿轨道运动。
图5-1 球杆定位控制实验模块结构示意图
三、实验步骤
1、观察球杆定位控制实验模块，认知相关的电气控制部分及机械传动部分； 2、接通电控箱电源，用串口线将驱动控制器与电脑连接；
3、打开电源，在EasyMotion Studio软件上测试系统，具体参考球杆定位控制实验模块使用说明； 4、打开电源，在LabVIEW软件上测试系统，具体参考球杆定位控制实验模块使用说明；
5、分别在EasyMotion Studio软件和LabVIEW软件上随意设置小球位置信号和修改P、I、D参数，对PID的控制有个感性认识，记录响应曲线（可打印）
四、实验报告
1、写出球杆定位控制实验模块的主要组成，并描述各部分的功能，绘制其原理框图； 2、简述系统的使用方法和注意事项；
3、简述EasyMotion Studio、LabVIEW软件的功能；
4、比较小球在EasyMotion Studio、LabVIEW软件下的受控制情况；
五、实验扩展
依据所学信号滤波知识在LabVIEW软件上设计滤波器，进行信号滤波，改变滤波器参数，观察滤波效果。具体数字滤波器的设计方法可参考LabVIEW软件的相关资料。
实验三 球杆定位控制实验模块控制实验
一、实验目的
学习比例、积分和微分作用对系统性能的影响，学习如何根据系统的性能来建立系统模型。球杆系统为一个单输入单输出控制系统，当给定小球的一个位置时，输入角度?的改变使输出量--小球在导轨上的位置得到控制。
二、实验设备
1、球杆控制系统一套