自控原理实验指导书

### 自控原理实验指导书知识点解析 #### 实验一 控制系统的电子模拟实验 ##### 一、实验目的 - **熟悉教学模拟机的工作原理及组成**：了解STARACT教学模拟机的基本构造及其内部各组成部分的功能，包括信号源、运算放大器、电阻电容等组件。 - **掌握示波器的使用方法**：学会使用数字示波器进行信号观测，能够调整示波器的各项参数以满足实验需求。 - **掌握典型环节模拟电路的构成方法**：能够根据不同的控制环节设计相应的模拟电路，如比例环节、积分环节、惯性环节等。 - **观察和记录典型环节的阶跃响应**：通过实验记录不同典型环节在阶跃信号输入下的输出响应，并分析其动态特性。 - **分析动态性能**：理解不同参数变化如何影响控制系统的动态性能，并能从阶跃响应曲线上推算出典型环节的传递函数。 ##### 二、实验仪器及设备 - **STARACT教学模拟机**：一种专门用于自动化控制实验的教学设备，包含了多种信号源、运算放大器和其他电子元件。 - **数字示波器**：用于观测和记录实验过程中产生的各种电信号波形。 ##### 三、实验内容及步骤 **1. 面板区域及端口说明** - **B3区（信号源区）**：提供信号源输出（xOUT1~2）和虚拟示波器接口输入（CH1~4）。可通过实验软件设置信号发生器的参数，如推荐使用的方波信号（幅值1V，宽度1s）。 - **D1-D4/E1-E3区域（运算放大器区域）**：通过这些区域内的电阻电容构建不同类型的控制环节，如比例环节、积分环节等。每个区域包含输入端口（H1/H2/IN）、输出端口（OUT）和短路端口（S）。 - **C1区域（手动阶跃信号控制区）**：可以通过拨动开关和旋钮产生不同幅度的阶跃信号。 - **C2/C3/C4区域（反向器）**：比例为1的比例环节，用于实现信号反向。 - **D5区域（独立电容，可调电阻区域）**：提供独立的电容和可调电阻，用于电路中需要单独使用的电阻或电容的情况。 - **D6区域（短路套）**：用于将电阻或电容接入电路。 - **B1区域（电源显示模块）**：提供接地端口（GND），并显示电源状态。 **2. 典型环节实验** - **比例环节**：构建比例环节电路，并观察电阻变化时输出的变化。例如，分别接入不同阻值的电阻（如100kΩ和500kΩ），记录输出波形。 - **积分环节**：构建积分环节电路，并记录不同电容值（如1μF、2μF、3μF）下的输出响应。 - **惯性环节**：构建惯性环节电路，并记录其输出响应，分析时间常数对系统动态性能的影响。 **3. 操作步骤** - 选择面板上的一个运算放大器区域，移除不需要的导线和短路套。 - 按照典型环节的电路图连接电路。 - 接通电源，使用虚拟示波器或数字示波器查看输出结果并记录。 - 记录输入信号波形与输出波形，分析不同参数变化对输出波形的影响。 通过以上实验步骤，学生不仅能够加深对自控原理的理解，还能熟练掌握控制系统中各种典型环节的构建方法及其动态特性的分析技巧。这有助于提高解决实际工程问题的能力。