自动控制理论实验讲义 2.doc

自动控制理论实验是学习和理解控制系统行为的重要实践环节。实验通常涉及模拟实际系统的行为，以验证理论预测并提供直观的理解。实验的实现方式有两种主要方法：传统仪器方案和混合计算机半实物仿真方案。 在传统仪器的控制理论实验方案中，实验设备包括模拟实验箱、函数信号发生器、示波器和频谱分析仪等。这种方法有助于学生熟悉并掌握这些经典仪器的操作，但其效果受限于仪器的性能。例如，普通示波器可能缺乏余辉显示功能，读数可能存在误差，且调试仪器会占用较多实验时间。 随着计算机技术的进步，混合计算机半实物仿真的实验方案变得越来越流行。这种方案结合了传统的实验方法和计算机的优势，提供了更灵活、丰富的实验内容和科学的分析工具。实验装置通常包含计算机、A/D-D/A接口板以及专用的实验软件。软件可以模拟信号发生器、示波器、频率特性分析和计算机控制器等功能，使数据采集、存储、回放和计算处理更加高效。此外，实验装置的配置灵活，可以方便地扩展实验项目，计算机在不进行实验时也能用于其他用途，从而节省了设备投资。 新型自动控制理论实验装置的特点包括： 1. 高集成度的A/D-D/A接口板，如cygnal F020单片机，具有高精度的AD和DA转换，以及高速数据传输能力。 2. 信号发生器部分具备多种波形产生功能，如阶跃、斜坡、正弦、方波等，且参数可调，甚至支持两路DA信号的相位调整和叠加。 3. AD信号可以以多种方式显示，便于观察和分析。 实验内容包括： 1. 二阶系统阶跃响应实验：研究二阶系统的动态特性，如超调量、调整时间等，了解系统稳定性及响应速度。 2. 系统频率特性实验：通过频率响应分析，确定系统的增益裕度和相位裕度，评估系统的稳定性和性能指标。 3. 系统校正实验：通过校正网络设计，改善系统的动态性能，增强其稳定性和鲁棒性。 在自动控制原理实验中，运算放大器扮演着关键角色。它们常被用作模拟控制系统的各个组件，通过改变输入阻抗和反馈阻抗的配置，可以实现不同类型的运算和控制功能。运算放大器在负反馈配置下工作，确保其输出与输入之间的关系符合理想运放的虚短和虚断特性，从而实现所需的系统行为。 自动控制理论实验是理论学习与实践操作相结合的关键环节，它帮助学生深入理解控制系统的工作原理，并提升他们在实际工程问题中的解决能力。无论是通过传统实验设备还是现代计算机仿真，实验都能提供宝贵的学习经验，促进理论与实践的融合。