電氣實驗室
2023年1月修訂
前言一、教學任務
本實驗課的教學任務是：
1．進一步了解和掌握《自動控制原理》的基本概念、自動控制系統的分析方法、自動控制系統的設計方法。
2．掌握自動控制系統模擬電路的構成和測量方法。
二、實驗裝置
本實驗課所使用的裝置有：計算機、模擬實驗箱、a/d & d/a介面卡、扁平電纜（如下圖所示）。其中計算機主要負責訊號產生、測量、資料處理和顯示；在模擬實驗箱的面板上裝有6個運算放大器，與電阻、電容相配合，可以構成多種被控物件；a/d & d/a介面卡安裝在計算機內，對模擬訊號和數碼訊號進行相互轉換；扁平電纜將模擬實驗箱和a/d & d/a介面卡連線起來。
三、 實驗要求
1．認真閱讀實驗指導書，複習與實驗有關的理論知識，明確實驗目的，了解實驗內容和方法。
2．按照實驗指導書的要求進行接線和操作，經檢查和指導教師同意後方能通電。
3．在實驗過程中認真觀察、記錄有關的資料和波形，並由指導教師複查後方能結束實驗。
4．實驗完成後應斷電，整理實驗台，恢復到實驗前的情況。
5．認真完成實驗報告，按規定格式畫出相應波形，並對實驗結果進行分析。
實驗一慣性環節及其階躍響應
一、實驗目的
1．了解慣性環節的模擬電路。
2．掌握慣性環節階躍響應的測量方法。
3．掌握由階躍響應曲線求取傳遞函式的方法。
二、實驗原理
慣性環節的模擬電路及其傳遞函式：
三、實驗步驟
1．連線慣性環節的模擬電路；用扁平電纜將模擬實驗箱和a/d & d/a介面卡連線起來；檢查無誤後接通電源。
2．啟動計算機，執行實驗軟體，觀測計算機螢幕上顯示的響應曲線及資料。
3．記錄波形及資料。
四、實驗報告
1．畫出慣性環節的模擬電路，並畫出其階躍響應曲線。
2．由慣性環節的階躍響應曲線確定其傳遞函式，並與由模擬電路計算的結果相比較。
實驗二二階系統及其階躍響應
一、實驗目的
1．了解二階系統的模擬電路。
2．掌握二階系統階躍響應的測量方法。
3．掌握由階躍響應曲線求取傳遞函式的方法。
二、實驗原理
二階系統的典型傳遞函式為：
其中特徵引數和決定了二階系統的動態效能。
二階系統的模擬電路如下圖所示：
其動態結構圖為：
相應的閉環傳遞函式為：
和標準形式相比較可得：。
三、實驗步驟
1．連線二階系統的模擬電路；用扁平電纜將模擬實驗箱和a/d & d/a介面卡連線起來；檢查無誤後接通電源。
2．啟動計算機，執行實驗軟體。
3．調整，測量二階系統在零阻尼、欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼情況下的階躍響應。
4．觀測並記錄計算機螢幕上顯示的響應曲線及資料。
四、實驗報告
1．畫出二階系統的模擬電路圖。
2．畫出所測得的階躍響應曲線，並求出和。
3．根據二階系統在欠阻尼情況下測得的階躍響應曲線，求出相應的傳遞函式。
實驗三其它典型環節及其階躍響應
一、實驗目的
1．掌握典型環節階躍響應的測量方法。
2．了解典型環節的特性。
二、實驗原理
1．比例環節的模擬電路及其傳遞函式：
2．積分環節的模擬電路及其傳遞函式
3．微分環節的模擬電路及其傳遞函式
4．比例+微分環節的模擬電路及其傳遞函式
5．比例+積分環節的模擬電路及其傳遞函式
三、實驗步驟
1．連線相應典型環節的模擬電路；用扁平電纜將模擬實驗箱和a/d & d/a介面卡連線起來；檢查無誤後接通電源。
2．啟動計算機，執行實驗軟體。
3．觀測並記錄計算機螢幕上顯示的響應曲線及資料。
四、實驗報告
1．畫出相應典型環節的模擬電路圖，並畫出其階躍響應曲線。
實驗四控制系統的穩定性分析
一、實驗目的
1．加深對系統穩定性定義的理解；
2．觀察系統的穩定、臨界穩定、不穩定現象。
二、實驗原理
系統模擬電路如下圖所示：
其開環傳遞函式為：
其中，t=rc，r=100kω。
三、實驗內容
1．連線相應的實驗電路；用扁平電纜將模擬實驗箱和a/d & d/a介面卡連線起來；檢查無誤後接通電源。
2．啟動計算機，執行實驗軟體。
3．調整，測量系統在不穩定、臨界穩定、穩定情況下的階躍響應波形。
4．記錄波形及資料。
四、實驗報告
1．畫出所用的實驗電路。
2．畫出系統在不穩定、臨界穩定、穩定情況下的波形。
實驗五系統頻率特性的測量
一、實驗目的
1．加深對頻率特性定義的理解。
2．掌握系統或元件頻率特性的測量方法。
二、實驗原理
實驗所用的模擬電路如下圖所示：
其動態結構圖為：
取，則系統的傳遞函式為：
三、實驗內容
1．連線相應的實驗電路；用扁平電纜將模擬實驗箱和a/d & d/a介面卡連線起來；檢查無誤後接通電源。
2．啟動計算機，執行實驗軟體。
3．單個頻率點響應波形的測量；伯德圖的測量；乃氏圖的測量。
4．記錄波形及資料。
四、實驗報告
1．畫出實驗所用的電路圖，計算其傳遞函式，並根據傳遞函式畫出伯德圖。
2．將測量得到的伯德圖與上面畫出的伯德圖進行比較。
實驗六串聯超前校正
一、實驗目的
1．理解串聯超前校正環節對系統穩定性及過渡過程的影響。
2．熟悉和掌握系統過渡過程的測量方法。
二、實驗原理
系統模擬電路如下圖所示。圖中開關s斷開對應未校正情況；接通對應串聯超前校正情況。
系統的動態結構圖如下圖所示：
在圖中三、實驗內容
1．連線相應的實驗電路；用扁平電纜將模擬實驗箱和a/d & d/a介面卡連線起來；檢查無誤後接通電源。啟動計算機，執行實驗軟體。
2．首先將開關s放在斷開位置，測量這時系統的階躍響應，並確定和；接著將開關s放在接通位置，重新測量這時系統的階躍響應，並確定和。
四、實驗報告
1．畫出所做實驗的模擬電路圖。
2．畫出系統在校正前、後的階躍響應波形，並給出和。
實驗七串聯滯後校正
一、實驗目的
1．理解串聯滯後校正環節對系統穩定性及過渡過程的影響。
2．熟悉和掌握系統過渡過程的測量方法。
二、實驗原理
模擬電路如下圖所示，開關s斷開時對應未校正狀態，接通後對應串聯滯後校正。
系統的動態結構圖如下圖所示：
在圖中三、實驗內容
1．連線相應的實驗電路；用扁平電纜將模擬實驗箱和a/d & d/a介面卡連線起來；檢查無誤後接通電源。啟動計算機，執行實驗軟體。
2．首先將開關s放在斷開位置，測量這時系統的階躍響應，並確定和；接著將開關s放在接通位置，重新測量這時系統的階躍響應，並確定和。
四、實驗報告
1．畫出所做實驗的模擬電路圖。
2．畫出系統在校正前、後的階躍響應波形，並給出和。
實驗八串聯滯後—超前校正
一、實驗目的
1．理解串聯滯後—超前校正環節對系統穩定性及過渡過程的影響。
2．熟悉和掌握系統過渡過程的測量方法。
二、實驗原理
模擬電路圖如下圖所示，雙刀開關斷開時對應未校正狀態，接通後對應串聯滯後—超前校正。
系統的動態結構圖如下圖所示：
在圖中三、實驗內容
1．連線相應的實驗電路；用扁平電纜將模擬實驗箱和a/d & d/a介面卡連線起來；檢查無誤後接通電源。啟動計算機，執行實驗軟體。
2．首先將開關s放在斷開位置，測量這時系統的階躍響應，並確定和；接著將開關s放在接通位置，重新測量這時系統的階躍響應，並確定和。
四、實驗報告
1．畫出所做實驗的模擬電路圖。
2．畫出系統在校正前、後的階躍響應波形，並給出和。
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