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自控理论实验实验指导书(LABVIEW)

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目录 一．自动控制理论实验指导 1．概述........................................................1 2．实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真研究.....................5 3．实验二 典型系统动态性能和稳定性分三 典型环节（或系统）的析.......................12 4．实验频率特性测量...................16 5．实验四 线性系统串联校正...................................21 6．实验五 典型非线性环节的静态特性...........................26 7．实验六 非线性系统相平面法.................................31 8．实验七 非线性系统描述函数法...............................37 9．实验八 极点配置全状态反馈控制.............................42 10．实验九 采样控制系统动态性能和稳定性分析的混合仿真研究....49 11．实验十 采样控制系统串联校正的混合仿真研究................53

二．自动控制理论对象实验指导 1．实验一 直流电机转速控制实验...............................57 2．实验二 温度控制实验.......................................60 3．实验三 水箱液位控制实验...................................62

三．自动控制理论软件说明 1．概 述......................................................64 2．安装指南及系统要求.........................................67 3．功能使用说明...............................................69 4．使用实例...................................................79 自动控制理论实验指导

- 1 概 述 一．实验系统功能特点 1．系统可以按教学需要组合，满足“自动控制原理”课程初级与高级实验的需要。只配备ACT-I实验箱，则实验时另需配备示波器，且只能完成部分基本实验。要完成与软件仿真、混合仿真有关的实验必须配备上位机（包含相应软件）及USB2.0通讯线。 2．ACT-I实验箱内含有实验必要的电源、信号发生器以及非线性与高阶电模拟单元，可根据教学实验需要进行灵活组合，构成各种典型环节与系统。此外，ACT-I实验箱内还可含有数据处理单元，用于数据采集、输出以及和上位机的通讯。 3．配备PC微机作操作台时，将高效率支持“自动控制原理”的教学实验。系统提供界面友好、功能丰富的上位机软件。PC微机在实验中，除了满足软件仿真需要外，又可成为测试所需的虚拟仪器、测试信号发生器以及具有很强柔性的数字控制器。 4．系统的硬件、软件设计，充分考虑了开放型、研究型实验的需要。除了指导书所提供的10个实验外，还可自行设计实验。

二．系统构成 实验系统由上位PC微机（含实验系统上位机软件）、ACT-I实验箱、USB2.0通讯线等组成。ACT-I实验箱内装有以C8051F060芯片（含数据处理系统软件）为核心构成的数据处理卡，通过USB口与PC微机连接。

1．实验箱ACT-I简介 ACT-I控制理论实验箱主要由电源部分U1单元、信号源部分U2单元、与PC机进行通讯的数据处理U3单元、 元器件单元U4、非线性单元U5～U7以及模拟电路单元U8～U16等共16个单元组成，详见附图。

(1) 电源单元U1 包括电源开关、保险丝、＋5V、－5V、＋15V、－15V、0V以及1.3V～15V可调电压的输出，它们提供了实验箱所需的所有工作电源。

(2) 信号源单元U2 可以产生频率与幅值可调的周期方波信号、周期斜坡信号、周期抛物线信号以及正弦信号，并提供与周期阶跃、斜坡、抛物线信号相配合的周期锁零信号。 该单元面板上配置的拨键S1和S2用于周期阶跃、斜坡、抛物线信号的频率段选择，可有以下4种状态： ①S1和S2均下拨——输出信号周期的调节范围为2～60ms； 自动控制理论实验指导 - 2 ②S1上拨、S2下拨——输出信号周期的调节范围为0.2～6s； ③S1下拨、S2上拨——输出信号周期的调节范围为20～600ms； ④S1和S2均上拨——输出信号周期的调节范围为0.16～7s； 另有电位器RP1用于以上频率微调。 电位器RP2、RP3和RP4依次分别用于周期阶跃、斜坡与抛物线信号的幅值调节。在上述S1和S2的4种状态下，阶跃信号的幅值调节范围均为0～14V；除第三种状态外，其余3种状态的斜坡信号和抛物线信号的幅值调节范围均为0～15V；在第三种状态时，斜坡信号的幅值调节范围为0～10V，抛物线信号的幅值调节范围为0～2.5V。 信号单元面板上的拨键S3用于正弦信号的频率段的选择：当S3上拨时输出频率范围为140Hz～14KHz；当S3下拨时输出频率范围为2～160Hz。电位器RP5和RP6分别用于正弦信号的频率微调和幅值调节，其幅值调节范围为0-14V。

(3) 数据处理单元U3 内含以C8051F060为核心组成的数据处理卡（含软件），通过USB口与上位PC进行通讯。内部包含八路A/D采集输入通道和两路D/A输出通道。与上位机一起使用时，可同时使用其中两个输入和两个输出通道。结合上位机软件，用以实现虚拟示波器、测试信号发生器以及数字控制器功能。

(4) 元器件单元U2（右下角） 单元提供了实验所需的电容、电阻与电位器，另提供插接电路供放置自己选定大小的元器件。

(5) 非线性环节单元U5、U6和U7 U5，U6，U7分别用于构成不同的典型非线性环节。 单元U5可通过拨键S4选择具有死区特性或间隙特性的非线性环节模拟电路。 单元U6为具有继电特性的非线性环节模拟电路。 单元U7为具有饱和特性的非线性环节模拟电路。 (6) 模拟电路单元U8～U16 U8～U16为由运算放大器与电阻，电容等器件组成的模拟电路单元。其中U8为倒相电路，实验时通常用作反号器。U9～U16的每个单元内，都有用场效应管组成的锁零电路和运放调零电位器。

2．系统上位机软件的功能与使用方法，详见《ACT-I自动控制理论实验上位机程序使用说明书》。

三．自动控制理论实验系统实验内容 自动控制理论实验指导 - 3 1． 典型环节的电路模拟与软件仿真研究； 2． 典型系统动态性能和稳定性分析； 3． 典型环节（或系统）的频率特性测量； 4． 线性系统串联校正； 5． 典型非线性环节的静态特性； 6． 非线性系统相平面法； 7． 非线性系统描述函数法； 8． 极点配置线性系统全状态反馈控制； 9． 采样控制系统动态性能和稳定性分析的混合仿真研究； 10．采样控制系统串联校正的混合仿真研究。 要完成上列全部实验，必须配备上位计算机。

四．实验注意事项 1．实验前U9～U16单元内的运放需要调零。 2．运算放大器边上的锁零点G接线要正确。不需要锁零时（运放构成环节中不含电容或输入信号为正弦波时），必须把G与-15V相连；在需要锁零时，必须与其输入信号同步的锁零信号相连。如在采用PC产生的经D/A通道输出的信号O1作为该环节或系统的输入时，运放的锁零信号G应连U3单元的G1（对应O1）；类似地，如采用PC产生的信号O2作输入，则锁零信号G应连U3单元的G2（对应O2）。锁零主要用于对电容充电后需要放电的场合，一般不需要锁零。 3．在设计和连接被控对象或系统的模拟电路时，要特别注意，实验箱上的运放都是反相输入的，因此对于整个系统以及反馈的正负引出点是否正确都需要仔细考虑，必要时接入反号器。 4．作频率特性实验和采样控制实验时，必须注意只用到其中1路A/D输入和1路D/A输出,具体采用“I1～I8”中哪一个通道，决定于控制箱上的实际连线。 5．上位机软件提供线性系统软件仿真功能。在作软件仿真时，无论是一个环节、或是几个环节组成的被控对象、或是闭环系统，在利用上位机界面作实验时，都必须将开环或闭环的传递函数都转化成下面形式，以便填入参数ai, bj 11101110...()...mmmmnnnnbsbsbsbWsasasasa





其中 10n， mn。 如出现 mn的情况，软件仿真就会出错，必须设法避免。如实验一，在作理想比例自动控制理论实验指导 - 4 微分（PD）环节的软件仿真实验时就会遇到此问题，因为此时()(1)WsKTsKKTs 可见该W(s)分子中s的阶高于分母的，直接填入参数仿真，即出现“非法操作”的提示。具体避免方法请参阅该实验附录。 6．受数据处理单元U3的数据处理速率限制，作频率特性实验和采样控制实验时，在上位机界面上操作“实验参数设置”必须注意频率点和采样控制频率的选择。对于频率特性实验，应满足ω<200/sec，以免引起过大误差。类似地，对于采样控制实验，采样控制周期应不小于5 ms。 7．本采集设备的上位机软件，A/D和D/A输出部分，需要注意的一些事项。本数据采集系统有8路A/D输入，2路D/A输出，对于8路A/D输入将其分为四组，因为一般我们用到两路同时输出或同时输入。I1、I2为一组A/D输入，I3、I4为一组A/D输入，I5、I6为一组A/D输入，I7、I8为一组A/D输入。在这四组A/D输入中，I1、I3、I5、I7为每组A/D输入中的第一路，I2、I4、I6、I8为每组A/D输入中的第二路。这个在实验三中，做频率特性实验要求比较严格，在每个实验当中，我们可以随意选择任一组A/D输入，和任一路D/A输出。

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2023年LabVIEW虚拟仪器实验报告指导书

2023年LabVIEW虚拟仪器实验报告指导书

虚拟仪器试验指引书机械工程学院试验一Labview 根本操作1.试验目旳生疏LabVIEW 软件旳根本编程环境。

2.试验内容创立一种VI 程序，并将此程序保存为子VI。

此VI 要实现旳功能是：当输入发动转速时，通过肯定运算过程，输动身动机温度和汽车速度值。

3.试验环节（1）启动LabVIEW，创立一种VI。

（2）在前面板中放置一种温度计控件，并修改控件标签名为发动机温度和设立最大值为100。

该控件从“控件—典型—典型数值”子选项板中获得。

（3）按同样旳措施在前面板中放置一种仪表控件，并修改仪表控件旳标签名为汽车速度，标尺刻度范畴为0～150。

（4）按同样旳措施在前面板中放置一种数值输入控件，并修改控件标签名为发动机转速。

（5）从“窗口”下拉菜单中选择“显示程序窗口”切换到程序框图窗口。

（6）在程序窗口中创立乘法函数，该函数中函数选项板中旳“函数—编程—数值”子选项板中选择，并和发动机转速输入控件连线，为乘法函数创立一种常量，修改为图中所示值。

（7）按同样旳措施创立加法函数、平方根函数和除法函数，并按图中所示修改常量值和连好线。

（8）切换至前面板，在发动机转速控件中输入数值，点击运营按钮，运营VI 程序。

（9）修改图标为T/V 以表达该子VI 输出量为发动机温度和汽车速度，并保存为vi.vi。

4.试验成果前面板为：程序框图为：5、试验心得体会这次试验给了我们实践旳时机，虽然试验题目并不简单，但试验过程融合了我们学习旳方方面面旳学问，我们旳实践水平有了肯定限度旳提高，对labview 有了更加进一步旳结识，同步更加体会到实践对于理论学习旳推动作用，我们在理论学习时遇到旳某些问题，或许在实践时有更进一步旳结识。

Labview 是一种强大旳开发软件，肯定限度弥补了我们c 语言方面旳缺陷，可视化旳编程环境成为吸引我旳亮点所在。

试验二典型信号虚拟发生器1.试验目旳1、在理论学习旳根本上，通过本试验生疏正弦波、方波、三角波、锯齿波等几种典型信号旳波形和参数特性，生疏信号旳时域波形变化趋势。

Labview实验

Labview实验

Labview虚拟仪器实验指导书宋爱娟2009．2目录实验一 Labview的认识性实验（2学时） (3)实验二 Labview的基本操作（2学时） (4)实验三数据操作实验（2学时） (6)实验四 labview结构在编程中的应用（4学时） (10)实验五 labview中字符串、数组、簇的实验（2学时） (16)实验六图表和图形实验（4学时） (23)实验七专业测试系统的搭建实验（2学时） (28)实验八创建子VI（2学时） (32)实验九人机界面交互设计实验（2学时） (35)实验十波形编辑及频谱分析实验（3学时） (39)实验十一救援用LED灯实验（4学时选作） (41)实验一Labview的认识性实验一、目的1、熟悉Labview的基本组件2、熟悉Labview的前面板、程序框图、快捷和下拉菜单3、掌握Labview的选项板及在线帮助二、环境1、WINDOWS2000环境（将显示属性中的分辨率设置为1024*768）2、Labview8.6软件三、内容与步骤：[练习1] 启动Labview，查找Labview示例步骤：1.打开文件VibrationAnalysis.vi(c:/ProgramFiles/NationalInstruments/LabVIEW 8.6/examples/apps/demos.llb)2.单击按钮Run运行该程序3.改变采样速率4.改变采样速度，验证希望速度与实际速度是否一致[练习2] 熟悉前面板与程序框图的切换及观察程序流的执行过程1.在练习1的基础上，利用快捷方式将前面板切换到程序框图。

2.单击高亮度显示按钮观察代码的数据流向。

[练习3] 熟练打开运行一个VI1.练习查找所定VI，另用帮助查找含有FILTER的示例，找到其中的ExpressFilter.VI程序双击打开2.运行该程序3.改变仿真频率、仿真幅度和仿真噪声幅度观察指示器的值与图中值是否一致。

自动控制原理实验实验指导书

自动控制原理实验实验指导书

自动控制原理实验目录实验一二阶系统阶跃响应（验证性实验） (1)实验三控制系统的稳定性分析（验证性实验） (9)实验三系统稳态误差分析（综合性实验） (15)预备实验典型环节及其阶跃响应一、实验目的1.学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。

2.学习典型环节阶跃响应测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节传递函数。

二、实验内容搭建下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。

1.比例(P)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-1。

2.惯性(T)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-2。

3.积分(I)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-3。

4. 比例积分(PI)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-4。

5.比例微分(PD)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-5。

6.比例积分微分(PID)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-6。

三、实验报告1.画出惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节的模拟电路图，用坐标纸画出所记录的各环节的阶跃响应曲线。

2.由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由模拟电路计算的结果相比较。

附1：预备实验典型环节及其阶跃响应效果参考图比例环节阶跃响应惯性环节阶跃响应积分环节阶跃响应比例积分环节阶跃响应比例微分环节阶跃响应比例积分微分环节阶跃响应附2：由模拟电路推导传递函数的参考方法1． 惯性环节令输入信号为U 1(s) 输出信号为U 2(s) 根据模电中虚短和虚断的概念列出公式：整理得进一步简化可以得到如果令R 2/R 1=K ，R 2C=T ，则系统的传递函数可写成下面的形式：()1KG s TS =-+当输入r(t)为单位脉冲函数时 则有输入U 1(s)=1输出U 2(s)=G(s)U 1(s)= 1KTS-+由拉氏反变换可得到单位脉冲响应如下：/(),0t TK k t e t T-=-≥ 当输入r(t)为单位阶跃函数时 则有输入U 1(s)=1/s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)= 11K TS s-+由拉氏反变换可得到单位阶跃响应如下：/()(1),0t T h t K e t -=--≥当输入r(t)为单位斜坡函数时 则有输入U 1(s)=21s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=2323R R C T R R =+2Cs12Cs-(s)U R10-(s)U 21R R +-=12212)Cs (Cs 1(s)U (s)U )(G R R R s +-==12212)Cs 1((s)U (s)U )(G R R R s +-==由拉氏反变换可得到单位斜坡响应如下：/()(1),0t T c t Kt KT e t -=--≥2． 比例微分环节令输入信号为U 1(s) 输出信号为U 2(s) 根据模电中虚短和虚断的概念列出公式：(s)(s)(s)(s)(s)U100-U U 0U 2=1R1R23(4)CSU R R '''---=++由前一个等式得到 ()1()2/1U s U s R R '=- 带入方程组中消去()U s '可得1()1()2/11()2/12()1134U s U s R R U s R R U s R R R CS+=--+由于14R C〈〈，则可将R4忽略，则可将两边化简得到传递函数如下： 2()23232323()(1)1()11123U s R R R R R R R R G s CS CS U s R R R R R ++==--=-++如果令K=231R R R +， T=2323R R C R R +，则系统的传递函数可写成下面的形式：()(1)G s K TS =-+当输入r(t)为单位脉冲函数时，单位脉冲响应不稳定，讨论起来无意义 当输入r(t)为单位阶跃函数时 则有输入U 1(s)=1/s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=(1)K TS S-+由拉氏反变换可得到单位阶跃响应如下：()(),0h t KT t K t δ=+≥当输入r(t)为单位斜坡函数时 则有输入U 1(s)=21s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=2(1)K TS S -+由拉氏反变换可得到单位斜坡响应如下：(),0c t Kt KT t =+≥实验一 二阶系统阶跃响应（验证性实验）一、实验目的研究二阶系统的两个重要参数阻尼比ξ和无阻尼自然频率n ω对系统动态性能的影响。

自动控制理论实验指导书

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自动控制理论实验指导书《自动控制理论》实验指导书目录《自动控制原理》实验须知....................................................... ......................................................... . (3)一、仪器简介 ...................................................... ......................................................... ................... 3 二、预习及预习报告 ...................................................... ......................................................... ........ 6 三、实验及实验报告 ...................................................... ......................................................... ........ 6 实验一典型环节及其阶跃响应....................................................... (7)实验二控制系统的瞬态响应 ...................................................... ..........................................................12 实验三控制系统的稳定性分析....................................................... . (14)实验四系统的频率特性测量 ...................................................... ..........................................................16 实验五连续系统的串联校正 ...................................................... ..........................................................192《自动控制原理》实验须知一、仪器简介本课程实验的仪器主要为爱迪克labACT自控/计控原理教学实验系统。