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自控实验指导书

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自控理论实验指导书 1 目 录 硬件资源………………………………………..………..…. 1 软件的使用………………………………..……………..… 4 实验系统部分………………………………………………6 实验一 典型环节及其阶跃响应…… …….. . 6 实验二 二阶系统阶跃响应…………………….. 8 实验三 连续系统串联校正………………….…. 10 自控理论实验指导书

2 第一章 硬件资源 EL-AT-III型实验系统主要由计算机、AD/DA采集卡、自动控制原理实验箱、打印机（可选）组成如图1，其中计算机根据不同的实验分别起信号产生、测量、显示、系统控制和数据处理的作用，打印机主要记录各种实验数据和结果，实验箱主要构造被控模拟对象。

图1 实验系统构成 实验箱面板如图2：

图2 实验箱面板 下面主要介绍实验箱的构成： 一、 系统电源 系统采用高性能开关电源作为系统的工作电源，其主要技术性能指标为： 1． 输入电压：AC 220V 2． 输出电压/电流：＋12V/0.5A,-12V/0.5A,+5V/2A 3． 输出功率：22W 4． 工作环境：－5℃～＋40℃。

显示器 打印机 计算机 AD/DA卡 实验箱电路 自控理论实验指导书

3 二、 AD/DA采集卡 AD/DA采集卡如图3采用CYGNAL的C8051F410/2芯片做为主控芯片，负责数据采集和USB通信，AD采样位数为12位，采样率最大为10MHz。DA转换位数为12位。 AD/DA采集卡有两路输出（DA1、DA2）和两路输入（AD1、AD2），其输入和输出电压均为－5V～+5V。

图3 AD/DA采集卡 三、 实验箱面板 实验箱面板主要由以下几部分构成： 1． 实验模块 本实验系统有八组由放大器、电阻、电容组成的实验模块。每个模块中都有一个由UA741构成的放大器和若干个电阻、电容。这样通过对这八个实验模块的灵活组合便可构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系统。 2． 二极管，电阻、电容、二极管区 这些区域主要提供实验所需的二极管、电阻和电容。 3． AD/DA卡输入输出模块 该区域是引出AD/DA卡的输入输出端，一共引出两路输出端和两路输入端，分别是DA1、DA2，AD1、AD2。有一个按钮复位，按下一次对AD/DA卡进行一次复位。20针的插座用来和控制对象连接。 4． 电源模块 电源模块有一个实验箱电源开关，有四个开关电源提供的DC电源端子，分别是＋12V、-12V、+5V、GND，这些端子给外扩模块提供电源。 5． 变阻箱、变容箱模块 变阻箱、变容箱是本实验系统的一个突出特点，只要按动数字旁边的“＋”、“－”按钮便可调节电阻电容的值，而且电阻电容值可以直接读出。 自控理论实验指导书

4 第二章 软件使用 二、软件启动与使用说明 1．软件启动 在Windows桌面上双击图标 [自动控制理论] 运行软件，便可启动软件如图5 2．实验前计算机与实验箱的连接

用实验箱自带的USB线将实验箱后面的USB口与计算机的USB口连接。 软件使用说明 本套软件界面共分为三个组画面 A. 软件说明和实验指导书画面（如图4） B. 数据采集显示画面（如图5）

图4 图5 下面介绍软件具体操作和功能： 一：工具栏按钮： 1. 点击〖或按F1〗可以选择实验项目作为当前实验项目，系统在指导书窗口显示相应的实验指导书，在实验进行过程中处于禁止状态。 2. 点击〖或按F2〗切换回"指导书"窗口。 自控理论实验指导书 5 3. 点击〖或按F3〗切换到"示波器"窗口。 4. 点击〖或按F4〗切换到"频率特性"窗口。 5. 点击〖或按F5〗开始／放弃当前实验项目，在没有选择任何实验项目的时候为禁止状态。 6. 点击〖或按F6〗弹出"关于"对话框，显示程序信息、版本号和版权信息。 二： 示波器操作： 1.测量 在"示波器"窗口单击鼠标右键，在弹出菜单中选择"测量"打开测量游标（重复前述步骤隐藏测量游标），拖动任一游标到感兴趣的位置，图表区下方会显示当前游标的位置和与同类的另一游标之间距离的绝对值。如果想精确定位游标只需用鼠标左键单击相应的游标位置栏并在编辑框中输入合法值回车即可。 2.快照 在"示波器"窗口单击鼠标右键，在弹出菜单中选择"快照"将当前图像复制到剪贴板，以便粘贴到画图或其他图像编辑软件中编辑和保存。 3.打印 目前尚不支持。 4.线型 在"示波器"窗口单击鼠标右键，在弹出菜单中可点击"直线"、"折线"或"点线"来选择数据点和数据点之间的连接方式，体会各种连接方式的差异。 5.配色 用鼠标左键双击图表区除曲线之外的元素会弹出标准颜色对话框，用户可以更改相应元素的颜色（比如将网格颜色改成与背景相同颜色）。 6.缩放 用鼠标左键单击图表区刻度区的边界刻度并在编辑框中输入和法值回车即可改变当前显示范围。 自控理论实验指导书

6 第三章 实验系统部分

实验一 典型环节及其阶跃响应 一、实验目的 1. 掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。 2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。 二、实验仪器 1． EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台 2． 计算机一台 三、实验原理 1．模拟实验的基本原理： 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。

四、实验内容 构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应： 1. 比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。

G（S）= R2/R1

2. 惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。 G（S）=  K/TS+1 K=R2/R1，T=R2C

3. 积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。 自控理论实验指导书 7 G（S）=1/TS T=RC

4. 微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。

G（S）=  RCS 5. 比例微分环节的模拟电路及传递函数如图1-5（未标明的C=0.01uf）。 G（S）= K（TS+1） K=R2/R1，T=R1C

五、实验步骤 1.启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。 2.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。 3.连接各个被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接DA1，电路的输出U2接AD1。检查无误后接通电源。 4.在实验项目的下拉列表中选择实验一[一、典型环节及其阶跃响应] 。 5.鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置 相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果 6.观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。 7.记录波形及数据（由实验报告确定）。 六、实验报告 1. 画出比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、比例微分环节的模拟电路图，并记录其响应曲线。 2. 由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由电路计算的结果相比较。 七、预习要求 阅读实验原理部分，掌握时域性能指标的测量方法。 自控理论实验指导书 8 实验二 二阶系统阶跃响应 一、实验目的 1．研究二阶系统的特征参数，阻尼比和无阻尼自然频率n对系统动态性能的影响。定量分析  和n与最大超调量Mp和调节时间tS之间的关系。 2．学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。 二、实验仪器 1．EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、实验原理 控制系统模拟实验利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。 四、实验内容 典型二阶系统的闭环传递函数为 2n （S）= （1） s2＋2ns＋2n

其中  和n对系统的动态品质有决定的影响。构成图2-1典型二阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应：

图2-1 二阶系统模拟电路图 根据二阶系统的模拟电路图，画出二阶系统结构图并写出系统闭环传递函数。把不同和n条件下测量的Mp和ts值列表，根据测量结果得出相应结论。.画出系统响应曲线，再由ts和Mp计算出传递函数，并与由模拟电路计算的传递函数相比较。 自控理论实验指导书 9 五、实验步骤 1.取n=10rad/s, 即令R=100K，C=1f；分别取=0、0.25、0.5、1、2，即取R1=100K，R2分别等于0、50K、100K、200K、400K。输入阶跃信号，测量不同的时系统的阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量Mp和调节时间Ts的数值和响应动态曲线，并与理论值比较。 2.取=0.5。即电阻R2取R1=R2=100K；n=100rad/s, 即取R=100K，改变电路中的电容C=0.1f(注意：二个电容值同时改变)。输入阶跃信号测量系统阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量p和调节时间Ts。 六、实验报告 1.画出二阶系统的模拟电路图，画出二阶系统结构图并写出系统闭环传递函数， 2.把不同和n条件下测量的Mp和ts值列表，根据测量结果得出相应结论。 3.画出系统响应曲线，再由ts和Mp计算出传递函数，并与由模拟电路计算的传递函数相比较。 七、预习要求 1. 阅读实验原理部分，掌握时域性能指标的测量方法。 2. 按实验中二阶系统的给定参数，计算出不同ζ、ωn下的性能指标的理论值。

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PLC实验指导书

PLC实验指导书

PLC实验指导书可编程控制器课程设计第一部分、TVT－90A2实验箱介绍一、概述TVT—90A2型PLC教学训练装置，主要自动化、电气工程及其自动化、机电一体化等专业的PLC教学实验课程的开设；也可用于工程技术人员进行PLC控制系统的初级培训。

该装置主要配置有主机、PLC数字量调试单元、模拟量指示调节单元，实验模拟板等。

可完成指令系统训练，程序设计训练，并可能过继电器接口板与实际系统连接，完成实际系统的PLC控制。

图1.外形图二、TVT—90A2箱式PLC训练装置的使用TVT—90A2训练装置主要由可编程序控制器，主机板和实验模拟板组成（见图2）。

●用实验连接导线将主机板关部分相连接可完成指令系统训练；●用实验连接导线将主机板与实验模拟板相关部分相连接可完成程序系统训练；●用连接导线将主机板与实际系统的部件连接可作为开发机使用，进行现场调试。

可编程序控制器实验模拟板主机板图2.总体结构图1、TV—90A2训练装置的基本配置●主机箱（包含可编程序控制器、主机板和实验模拟板）1个●实验连接导线1套●220VAC电源线一条●RS-232通讯电缆一条2、TV—90A2训练装置的结构组成①可编程序控制器组成：●主机模块：日本欧姆龙CPM2A-30CDR-A（18点开关量输入；12点开关量输出）●扩展模块：CPM1A-20ED1（12点开关量输入）●扩展模块：CPM1A-MAD02-CH（4路模拟量输入；1路模拟量输出）图3.PLC组成手持编程器接口RS-232串行接口②主机板的组成：●●●●●●●●●●PLC输入、输出连线插孔8个波动开关一个2位拨码器一个16键矩阵键盘一个8段数码管5个LED指示灯2个模拟量指针表1个24VDC电源1个0~10V和1个0~20mA可调信号源电源开关及保险管24VDC电源8位拨动开关图4.主机板功能构成分布16键矩阵键盘电源开关及保险PLC输入连线插孔区PLC输出连线插孔区8段数码管PLC模拟通道连线插孔区5位指示灯电压、电流可调信号源模拟量指示表2位拨码器③试验模拟板的组成：实验模拟板上共分为6个特定试验功能区域，由模拟图形、指示灯和连线插孔组成。

PLC实训指导书

PLC实训指导书

实验1：FX-20P-E手持编程器的操作一、实验目的（1）了解手持式编程器的结构及作用；（2）掌握FX-20P-E手持编程器的操作。

二、实验器材（1）可编程控制器1套（包括FX2N-48MR的PLC主机1个、FX-20P-E编程器1个、FX-20P-CAB型电缆1根）；（2）电工常用工具1套；（3）导线若干。

三、实验指导1．编程器的概述写入、读出、插入、删除、修改、检查，也能对PLC的运行状况进行监视。

2．FX-20P-E型手持式编程器的组成FX-20P-E型手持式编程器主要包括以下几个部件：（1）FX-20P-E型编程器；（2）FX-20P-CAB型电缆；（3）FX-20P-RWM型ROM写入器；（4）FX-20P-ADP型电源适配器；（5）FX-20P-E-FKIT型接口，用于对三菱的Fl、F2系列PLC编程。

3．FX-20P-E型编程器的面板布置（1）LED显示屏（2）功能键4．编程器工作方式选择（1）编程器的工作方式FX-20P-E型编程器具有在线（ONLINE，或称连机）编程和离线（OFFLINE，或称脱机）编程两种工作方式。

（2）编程器的工作方式选择FX-20P-E型编程器上电后，其LED屏幕上显示的内容如图4-19所示。

其中闪烁的符号“■”指明编程器目前所处的工作方式。

可供选择的工作方式共有7种，它们依次是：①OFFLINE MODE：进入脱机编程方式。

②PROGRAM CHCEK：程序检查。

③DATA TRANSFER；数据传送。

④PARAMETER：对PLC的用户程序存储器容量进行设置，还可以对各种具有断电保持功能的软元件的范围以及文件寄存器的数量进行设置。

⑤XYM．．NO．CONV．：修改X，Y，M的元件号。

⑥BUZZER LEVEL：蜂鸣器的音量调节。

⑦LATCH CLEAR：复位有断电保持功能的软元件。

5．程序的写入在写入程序之前，一般要将PLC内部存储器的程序全部清除（简称清零）。

楼宇自动化实验指导书

楼宇自动化实验指导书

第一章概述随着信息社会的发展，建筑越来越成为人类生活环境的一个组成部分。

从工业社会现代化建筑的概念转向面对信息社会的需求，智能建筑正在世界范围内蓬勃发展，并在大量的建筑实践中取得了显著的成就。

由于智能建筑（国际上通常称为楼宇自动化）比传统建筑更能够为人们提供理想的工作和生活环境，因此，以1984年1月美国联合科技UTBS在康涅狄格州哈特福德市建设的都市大厦为标志，在美国、欧洲及世界其他地区相继兴起了营造智能建筑的热潮。

当前，我国的城市建设正在经历一个前所未有的蓬勃发展阶段，同时也陆续兴建了一些不同智能标准的新型智能建筑。

尤其是进入20世纪90年代以来，智能建筑在我国像雨后春笋般地拔地而起，相信将成为21世纪建筑发展的主流。

我国颁布的智能建筑设计标准（GB/T50314-2000）中指出，智能建筑是“以建筑为平台，兼备建筑设计、办公自动化及通讯网络系统，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境。

”智能建筑是综合经济实力的象征和综合性科技产物，其发展涉及电力、电子、仪表、建材、钢铁、建筑、计算机与通信等多种行业。

为配合国内外高等院校智能建筑领域教学、实验的发展，我公司与有关院校紧密合作总结多年的研究成果及调研了众多高等院校的实际要求，重点考虑了国内教学、科研的发展需求，精简了教学、实验内容研制出一套楼宇自动化实验装置。

装置特点：1、系统性强全部实验装置包含了广义楼宇自动化系统的大部分实验内容如：中央空调系统的能量管理及自动控制系统、闭路电视及保安监控系统、火灾探测及消防报警系统。

2、高度的开放性系统在选择技术规范及国内外标准时，重点采用了技术开放、公开、可免费使用的通讯协议和标准。

设计中集中安排了信号端子，可连接不同控制系统。

3、灵活性强由于技术开放、标准、模块化，各校可根据具体需要选择系统配置和组合，并进一步开发实验装置的应用范围。

4、技术先进全部实验装置尽可能的采用当代先进技术，数字化内容丰富，网络化功能强，可根据需要深入集成系统信息。

控制工程基础实验指导书[答案解析]

控制工程基础实验指导书[答案解析]

控制工程基础实验指导书自控原理实验室编印（内部教材）实验项目名称：（所属课程：）院系：专业班级：姓名：学号：实验日期：实验地点：合作者：指导教师：本实验项目成绩：教师签字：日期：（以下为实验报告正文）一、实验目的简述本实验要达到的目的。

目的要明确，要注明属哪一类实验（验证型、设计型、综合型、创新型）。

二、实验仪器设备列出本实验要用到的主要仪器、仪表、实验材料等。

三、实验内容简述要本实验主要内容，包括实验的方案、依据的原理、采用的方法等。

四、实验步骤简述实验操作的步骤以及操作中特别注意事项。

五、实验结果给出实验过程中得到的原始实验数据或结果，并根据需要对原始实验数据或结果进行必要的分析、整理或计算，从而得出本实验最后的结论。

六、讨论分析实验中出现误差、偏差、异常现象甚至实验失败的原因，实验中自己发现了什么问题，产生了哪些疑问或想法，有什么心得或建议等等。

七、参考文献列举自己在本次准备实验、进行实验和撰写实验报告过程中用到的参考文献资料。

格式如下:作者，书名（篇名），出版社（期刊名），出版日期（刊期），页码实验一 控制系统典型环节的模拟一、实验目的1、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节的模拟方法；2、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性；3、了解典型环节中参数的变化对输出动态特性的影响。

二、实验仪器1、控制理论电子模拟实验箱一台；2、超低频慢扫描数字存储示波器一台；3、数字万用表一只；4、各种长度联接导线。

三、实验原理以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C 输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图1-1所示。

图中Z1和Z2为复数阻抗，它们都是R 、C 构成。

图1-1 运放反馈连接基于图中A 点为电位虚地，略去流入运放的电流，则由图1-1得：21()o i u ZG s u Z ==-（1-1） 由上式可以求得下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。

1、比例环节实验模拟电路见图1-2所示图1-2 比例环节传递函数：21()R G s K R =-=- 阶跃输入信号：-2V 实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K （2） R 1=100K R 2=200K 2、 惯性环节实验模拟电路见图1-3所示图1-3 惯性环节传递函数：2212211211()11R CS R Z R K CS G s Z R R R CS TS +=-=-=-=-++阶跃输入：-2V 实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K C=1µ f23、积分环节实验模拟电路见图1-4所示图1-4 积分环节传递函数：21111()Z CS G s Z R RCS TS=-=-=-= 阶跃输入信号：-2V 实验参数：（1） R=100K C=1µ f （2） R=100K C=2µ f 4、比例微分环节实验模拟电路见图1-5所示图1-5 比例微分环节传递函数：22211111()(1)(1)1D Z R R G S R CS K T S R Z R CS R CS =-=-=-+=-++ 其中 T D =R 1C K=12R R 阶跃输入信号：-2V 实验参数：12（2）R1=100K R2=200K C=1µ f四、实验内容与步骤1、分别画出比例、惯性、积分、比例微分环节的电子电路；2、熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节；3、按照给定的实验参数，利用实验设备完成各种典型环节的阶跃特性测试，观察并记录其单位阶跃响应波形。