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EL-DS-Ⅲ型电气控制系统综合实验台自动控制原理实验指南北京精仪达盛科技有限公司2005年5月实验注意事项·1·EL－DS－Ⅲ型电气控制综合实验系统·自动控制原理使用说明北京精仪达盛科技有限公司@techshine.com实验注意事项（一）“综合实验台”及其挂箱初次使用或较长时间未用时，实验前务必对“实验台”及其挂箱进行全面检查和单元环节调试。（二）实验前，务必设置系统工作状态，并按下表正确选择主变压器二次侧相电压，认真检查各开关和旋钮的位置以及实验接线是否正确，经教师审核、检查无误后方可开始实验。主变压器二次侧抽头输出电压及其适用范围转换开关SC位号123二次电压（线／相）～90V／52V～220／127V～380／220V适用范围110V直流电动机可逆调速220V直流电动机可逆调速、线电压220V鼠笼式电机变频调速与调压调速。线电压380V鼠笼式电机变频调速、调压调速及绕线是电机的串级调速。（三）出现任何异常，务必立即切除实验系统总电源（或按急停按钮）。（四）为防止调速系统的振荡，在接入调节器时必须先将RC环节设定为1：1的比例状态，实验时按需改变RC值，直至满足要求。（五）本实验台“过流”信号取自“三相电流检测及变换(DD04)”单元。因此，在所有交、直流实验电路中都已接入（DD04）单元，但应经常检查，确保过流保护单元工作正常。（六）无“电流闭环”又无“电流截止负反馈”的系统，务必采用“积分给定”输出，否则不可阶跃起动，给定需从0V缓慢起调。（七）“闭环系统”主控开启前，务必确保负反馈极性和接线正确、各个调节器性能良好、“限幅值”正确无误。（八）实验前，先将负载给定调为0（发电机负载则将负载变阻器断开或置于阻值最大），实验中按需调节负载给定，逐步增大负载，直至所要求的负载电流。且不能长时间使电机工作在超额定状态。（九）“电流开环”的交流调速系统，给定以积分输出（Un*2）给出。（十）“双踪示波器”测试双线波形，严防因示波器“双表笔”共地而引起系统短路。（十一）本“实验注意事项”，适用于采用本实验台的所有实验。任何改接线，首先断开电源；一旦有异常，迅速按急停开关，切断电源！前言·2·EL－DS－Ⅲ型电气控制综合实验系统·自动控制原理使用说明北京精仪达盛科技有限公司@techshine.com前言自动控制原理是自动化、自动控制、电子电气技术等专业教学中的一门重要专业基础课程。它可以处理时变、非线性以及多输入、多输出等复杂的控制系统等问题，通过对单元电路的灵活组合，可构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系统。可以使学生集中精力研究系统电路和系统特性。本系统采用AD/DA卡通过RS232串口与计算机连接实现信号源信号的输出和系统响应信号的采集，采集后信号通过计算机显示屏显示，省去了外接信号源和示波器测量响应信号的麻烦。自动控制实验挂箱支持自动控制理论课的所有实验，通过本实验挂箱可使学生进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设计方法，学习和掌握系统模拟电路的构成和测试技术，提高应用计算机的能力及水平。本书分为两章，第一章为系统集成操作软件，主要介绍系统软件的安装，操作以及计算机和实验箱的通讯设置。第二章为实验系统部分，主要介绍各个实验的电路组成，实验原理和实验步骤。另外，在附录部分有部分实验的说明和参考结果。目录·1·EL－DS－Ⅲ型电气控制综合实验系统·自动控制原理使用说明北京精仪达盛科技有限公司@techshine.com目录实验注意事项…………………………………………………………..1前言……………………………………………………………………...2第一章软件安装及使用…………………………………………….1第二章实验系统部分………………………………………………8实验一典型环节及其阶跃响应………………………………………9实验二二阶系统阶跃响应…………………………………………….14实验三控制系统的稳定性分析………………………………………19实验四系统频率特性测量…………………………………………….22实验五连续系统串联校正……………………………….……………26实验六数字PID控制…………………………………………………31实验七状态反馈与状态观测器………………………………………..35实验八解耦控制………………………………………...……………38实验九采样实验……………………………………………………...42实验十非线性实验…………………………………………………...45实验十一相轨迹实验…………………………………………………49附录一实验说明及参考答案……………………………………….51附录二AD/DA卡调试说明…………………………………………70第一章软件安装及使用·1·EL－DS－Ⅲ型电气控制综合实验系统·自动控制原理使用说明北京精仪达盛科技有限公司@techshine.com第一章软件安装及使用一、软件安装1．将实验仪器自带的光盘放入计算机光驱，进入软件安装目录[光盘驱动器：\自动控制\winat。2．启动软件安装程序setup.exe，如下图1：图1进入安装界面图2选择安装路径3．按照软件提示，一步一步完成安装，如图：图3显示安装进程图4安装完毕界面4．软件安装完毕后，会在桌面和“开始－程序”中自动生成“自动控制实验系统”快捷方式。二、软件启动与使用说明1．软件启动在Windows桌面上或“开始－程序”中双击“自动控制实验原理”快捷方式，便可启动软件如图5。第一章软件安装及使用·2·EL－DS－Ⅲ型电气控制综合实验系统·自动控制原理使用说明北京精仪达盛科技有限公司@techshine.com图5软件启动界面2．实验前计算机与实验箱的通讯设置和测试用实验箱自带的串口线将实验箱后面的串口与计算机的串口连接，启动“自动控制实验原理”软件。1)实验前通讯口的设置设置方法：点击[系统设置－串口设置]如图6，在对话框内填入与计算机相连的串口值。图6串口设置对话框2)实验前通讯口的测试测试方法：接通电源点击[系统设置－通信串口测试]如图7，点击通信串口图7串口测试窗口第一章软件安装及使用·3·EL－DS－Ⅲ型电气控制综合实验系统·自动控制原理使用说明北京精仪达盛科技有限公司@techshine.com测试按钮，控制测试区内将出现0－255个数据，如图8，如果数据没有或不全，则说明通讯有故障，应检查计算机串口与实验箱的连接。3．软件使用说明本套软件界面共分为四个区域如图9：A.菜单工具栏区域；B.实验课题区域；C.采集结果显示区域；D.数据测量区域；图9软件界面分配下面介绍软件的各个区域功能：A.菜单工具栏。1）实验课题(ALT+T)在该菜单下选择所做的实验课题项目。鼠标单击实验课题名称即可进入相应的实验。2)系统设置(ALT+M)串口设置：设置实验中所使用的串口。所设定的串口标号应与计算机实际所使用的一致。通信串口测试：测试实验系统与计算机的通信是否正常。在实验之前必须进行串口通信测试，在确认串口通信正常后才可以进行实验。测试方法是鼠标单击对话框中的通信串口测试按钮，如果通信正常所示的空白区内将有信息返第一章软件安装及使用·4·EL－DS－Ⅲ型电气控制综合实验系统·自动控制原理使用说明北京精仪达盛科技有限公司@techshine.com回，如果通信不正常则无返回信息。测试DA信源：这项功能主要测试DA是否有信号输出。鼠标单击该选项出现如图10的对话框。在该对话框中设置要测试的信源(DA1、DA2)，信源的类型、频率以及幅值。然后点击测试按钮，用测量工具在实验箱上的DA处测试输出信号，比较测试信号和设定值是否一致，如果一致，说明DA输出正确，否则检查硬件。图10测试DA信源对话框3)实验数据(ALT+F)打开数据：打开已经保存的实验数据。选择该菜单选项后出现如图11所示的对话窗口。在该窗口中选择打开文件的路径和文件名，点击确定按钮即可打开一个已保存的实验数据。图11打开实验数据对话窗口保存数据：保存当前的实验数据。选择该菜单选项后出现如图12所示的对话窗口。在该窗口中选择保存文件的路径和文件名，点击确定按钮即可保存当第一章软件安装及使用·5·EL－DS－Ⅲ型电气控制综合实验系统·自动控制原理使用说明北京精仪达盛科技有限公司@techshine.com前的实验数据。打印：将实验的结果在打印机上打印输出。鼠标单击该选项后弹出如图13所示的对话窗口。打印数据信息的来源有两种途径。(1)打印当前内存中的数据；(2)打印已经保存过的数据；两种不同的打印方式可以通过对话窗口进行选择。图13数据打印对话窗口打印设置：设置打印时的相关信息。鼠标打击将弹出如图14所示的对话窗口。将需要打印的信息填入相应的空白处。填写完成后单击确认按钮保存。保存完成后单击退出按钮退出该对话窗口。图14打印设置对话窗口4)查看(ALT+V)课题资料：选择该项将显示自控原理课题的基本资料。其中包括实验所用的基本原理、电路及相应的实验说明。第一章软件安装及使用·6·EL－DS－Ⅲ型电气控制综合实验系统·自动控制原理使用说明北京精仪达盛科技有限公司@techshine.com工具栏：切换工具栏的打开与关闭。状态栏：切换状态栏的打开与关闭。5)帮助(ALT+H)该菜单说明本“自动控制原理”软件是哪个版本。B.实验课题在实验课题区域列出了本实验系统所能完成的实验课题，双击其中的一个课题，将弹出参数设置窗口。具体参数设置请参考实验说明部分。图15实验课题区域C.采集结果显示在该区域内主要是显示实验系统通过AD后的结果曲线。纵坐标是幅值轴，单位为(V),范围是：－5V—+5V,横坐标是时间轴，单位为(ms)。D.数据测量数据测量是测量系统响应的测量工具如图16，鼠标单击单游标或双游标，然后单击测量按钮，即可在显示区显示测量线，测量线可以用鼠标拖动。在拖动的过程中屏幕右下方将动态显示测量的结果。图16数据测量区域第二章实验系统部分·7·EL－DS－Ⅲ型电气控制综合实验系统·自动控制原理使用说明北京精仪达盛科技有限公司@techshine.com第二章实验系统部分本套实验系统一共提供了十一个典型实验：典型环节及其阶跃响应、二阶系统阶跃响应、控制系统的稳定性分析、系统频率特性测量、连续系统串联校正、数字PID控制、状态反馈及状态观测器实验、解耦控制实验、采样系统实验、非线性实验、相轨迹观测实验。除了我们公司配套的这十一个实验外，各高校可自己灵活地组合各种形式的实验系统，以满足教学的要求。第二章实验系统部分·实验一典型环节及其阶跃响应·8·EL－DS－Ⅲ型电气控制综合实验系统·自动控制原理使用说明北京精仪达盛科技有限公司@techshine.com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．自动控制原理挂箱（DSC02）2．PC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