自动控制原理实验指导书
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自动控制原理
实验指导书
信息工程学院自动化教研室 《自动控制原理》实验指导书
- 1 - 目 录
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第一章 虚拟示波器........................................... 错误！未定义书签。
第一节 虚拟示波器的类型 ................................. 错误！未定义书签。
第二节 虚拟示波器的使用 ................................. 错误！未定义书签。
第二章 自动控制原理实验 ..................................... 错误！未定义书签。
实验一 典型环节的模拟研究 ............................... 错误！未定义书签。
实验二 典型二阶系统瞬态响应和稳定性 ..................................... 12
实验三 控制系统的频率特性 ............................................... 15
实验四 系统校正 ......................................................... 20
实验五 典型非线性环节 ................................................... 24
附录一 LCAACT集成调试环境 ................................................ 31
第一节 LCAACT软件界面介绍 .............................................. 31
第二节 第二节 88串行监控命令 ........................................... 43
第三节 LCAACT软件调试 .................................................. 46
第四节 快速入门 ......................................................... 48
《自动控制原理》实验指导书
- 2 - 第一章 虚拟示波器
第一节 虚拟示波器的类型
虚拟示波器的类型
为了满足自动控制不同实验的要求我们提供了示波器的三种使用方法。
（1）示波器的一般用法
（2）幅频相频示波器的用法
（3）特征曲线的用法
第二节 虚拟示波器的使用
一．设置
用户可以根据不同的要求选择不同的示波器，具体设置方法如下：
1． 示波器的一般用法： 运行LCAACT程序，点击开始即可当作一般的示波器使用。
2. 实验使用：运行LCAACT程序，选择‘自动控制 / 微机控制 / 控制系统’菜单下的相应实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1、CH2测孔测量波形。
图1-1 虚拟示波器的界面
二．示波器的使用
1．示波器的一般使用 《自动控制原理》实验指导书
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图1-2 虚拟示波器运行界面
图1-2为普通示波器的界面，只要点击开始，示波器就运行了，此时就可以用实验机上CH1和 CH2来观察波形。CH1和 CH2各有输入范围选择开关，当输入电压小于－5v--+5v 应选用x1档，如果大于此输入范围应选用x5挡（表示衰减5倍）。
普通示波器中提供了示波和X-Y两种方式，示波就是虚拟一般示波器的功能，X-Y相当于真实示波器中的X-Y选项，如果需要用X-Y功能，只要选中X-Y选项即可。
在示波器运行时（示波方式下）可以调节‘电压量程’‘CH1位移’‘CH2位移’和‘时间量程’。
再次点击开始后，将停止示波器运行，即可进行波形分析和相关的测量（只保存当前实验的波形）。
1．信号幅值测量：首先应拖动上下滑杆，标定被测信号的电压范围。在两平行线右边的两个黄色块中的数据表示滑杆所在位置的电压值，在两平行线之间的黄色方块（左边）显示的数据即为所测量信号的幅度值。
2．信号时间测量：首先应拖动左右滑杆，标定被测信号的时间范围。在两条垂直线之间的黄色方块显示的数据即为所测量波形的时间值。
3．压缩 / 扩展波形：拖动‘时间量程’即可，相应压缩为X2，X4，„，相反方向即为扩展。
4．移动波形：点击‘前一屏’、‘后一屏’即可移动波形，还可通过中间的‘微调按钮’来调节波形至最佳测量状态。
虚拟普通示波器使用中，本界面还提供了一种更快捷的方式，即在本界面的‘工具栏’中带有‘单迹示波器’项和‘双迹示波器’项。当点击某一项，将可直接弹出该界面。‘单迹示波器’项的频率响应要比‘双迹示波器’项高，将可观察频率达140Hz 的信号；‘双迹示波器’项只能观察频率为40Hz 的信号。 《自动控制原理》实验指导书
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2．示波器的幅频相频使用
该示波器使用专为自动控制原理实验中实验四控制系统的频率特性设计的，所以运行前应完成实验中硬件的连接。（具体连接参见实验指导书中自动控制原理实验中的实验四）
点击“菜单->自动控制 ->控制系统的频率特性 ->幅频特性 / 相频特性 ->开始实验”，示波器就运行了，图1-3为其界面（注意：如果选用幅频相频示波器，‘S ST’不能用“短路套”短接！CH1选‘X5’档！）
图1-3 虚拟示波器幅频相频界面
《自动控制原理》实验指导书
- 5 - 第二章 自动控制原理实验
实验一 典型环节的模拟研究
一 、实验要求
了解和掌握各典型环节的传递函数及模拟电路图，观察和分析各典型环节的响应曲线。
二、 实验原理(典型环节的方块图及传递函数)
典型环节名称
方 块
图
传递函数
比例（P）
积分（I）
比例积分（PI）
比例微分（PD）
惯性环节 （T）
比例积分微分（PID）
三．实验内容及步骤
在实验中欲观测实验结果时，可用普通示波器，也可选用本实验机配套的虚拟示波器。
如果选用虚拟示波器，只要运行LCAACT程序，选择自动控制菜单下的典型环节的模拟研究实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。 《自动控制原理》实验指导书
- 6 - 1．观察比例环节的阶跃响应曲线
典型比例环节模似电路如图2-1-1所示。该环节在A1单元中分别选取反馈电阻R1=100K、200K来改变比例参数。
图2-1-1 典型比例环节模似电路
实验步骤： 注：‘S ST’不能用“短路套”短接！
（1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的输入信号（Ui）。
（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：
（a）安置短路套
模块号 跨接座号
1 A1 当反馈电阻R1=100K时
当反馈电阻R1=200K时 S4，S7
S4，S8
2 A6 S2，S6
（b）测孔联线
（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT（Uo）。
注：CH1选‘X1’档，CH2置‘0’ 档。
（4）运行、观察、记录：
按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5V阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t），且将结果记下。改变比例参数（改变运算模拟单元A1的反馈电阻R1），重新观测结果,其实际阶跃响应曲线见表2-1-1。
2．观察惯性环节的阶跃响应曲线
典型惯性环节模似电路如图2-1-2所示。该环节在A1单元中分别选取反馈电容C
=1uf、2uf来改变时间常数。
图1-1-2 典型惯性环节模似电路
实验步骤：注：‘S ST’不能用“短路套”短接！
（1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入（Ui）。
（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：
（a）安置短路套
模块号 跨接座号
1 A1 当反馈电容C=1uf时 S4，S8，S10 1 信号输入（Ui） B1（0/+5V） →A1（H1）
运放级联 A1（OUT）→A6（H1） 《自动控制原理》实验指导书
- 7 - 当反馈电容C=2uf时 S4，S8，S11
2 A6 S2，S6
（b）测孔联线
（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT（Uo）。
注：CH1选‘X1’档，CH2置‘0’ 档。
（4）运行、观察、记录：
按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5V阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t），且将结果记下。改变时间常数（改变运算模拟单元A1的反馈反馈电容C），重新观测结果， 其实际阶跃响应曲线见表2-1-1。
3．观察积分环节的阶跃响应曲线
典型积分环节模似电路如图2-1-3所示。该环节在A1单元中分别选取反馈电容C=1uf、2uf来改变时间常数。
图2-1-3 典型积分环节模似电路
实验步骤：
（1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性方波信号（OUT），代替信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V作为系统的信号输入（Ui）：
a．将函数发生器（B5）中的插针‘S ST’用短路套短接。
b．将S1拨动开关置于最上档（阶跃信号）。
c．信号周期由拨动开关S2和“调频”旋钮调节，信号幅度由“调幅”旋钮调节，
以信号幅值小，信号周期较长比较适宜（频率在0.3Hz左右，幅度在1V左右）。
（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：
（a）安置短路套
模块号 跨接座号
1 A1 当反馈电容C=1uf时
当反馈电容C=2uf时 S4，S10
S4，S11
2 A6 S2，S6
（b）测孔联线
（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT（Uo）。
注：CH1选‘X1’档，CH2置‘0’ 档。
（4）运行、观察、记录： 1 信号输入（Ui） B1（0/+5V） →A1（H1）
2 运放级联 A1（OUT）→A6（H1）
1 信号输入（Ui） B1（0/+5V） →A1（H1）
2 运放级联 A1（OUT）→A6（H1）
