控制工程基础实验教案

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1、一.实验教学目的和任务机械设计制造及其自动化、机械电子工程专业培养目标为机械与电子结合、信息与控制相结合的宽口径的人才，要求学生有扎实的基础理论知识、较强的实践动手能力与创新能力。因而要求本专业的学生必须掌握《控制工程基础》的相关基础知识。实验的主要目的是使学生通过实验中的系统设计及理论分析，帮助学生进一步理解自动控制系统的设计和分析方法,综合应用所学的工程数学、模拟电路、数字电路等基础知识，培养控制系统的独立设计与研究开发能力，从自动控制工程的角度自觉地建立系统的思维方法。二.实验教学基本要求1.本实验课程单独设课，教师需向学生讲解实验课程的性质，任务，要求，课程安排和进度，平时考核容，

2、期末考试办法，实验守则及实验室安全制度等。2.实验课以设计性与验证性实验为主，实验指导节中给出设计题目与方法，也可由学生自主设计实验方法，实验前学生必需进行预习，设计报告经教师批阅后，方可进入实验室进行实验。3.在规定的时间内，学生分组独立完成，出现问题，教师要引导学生独立分析解决，不得包办代替。4.任课教师要认真上好每一堂课，实验前淸点学生人数，实验屮按要求做好学生实验情况及结果记录，实验后认真填写实验开出记录。5.学生必须严格遵守实验室规定，实验分纟II独立进行。实验完成后一周A学生完成实验报告，指导教师二周A完成实验报告的批改、成绩登记，并上交相关文件存档。三.实验教学内容本课程实验

3、教学安排以下2个实验。可根据具体教学情况及实验设备性能情况，在THBCC-1信号与系统•控制理论及计算机技术实验平台实验指导书所给13个实验中合理选取2个实验项H进行。实验项目一：控制系统时域分析实验项目二：控制系统频域分析实验项目与学时分配实验项目与学时分配表序号实验项目名称学时实验类型实验主要仪器设备备注1控制系统时域分析2综合性THBCC-1信号与系统•控制理论及计算机技术实验平台、示波器必做2控制系统频域分析2验证性五.实验考核办法与成绩评定实验考核成绩占课程总成绩的权重为10%,计入平时成绩。六.实验教材（或参考书、指导书》本专业实验采用自编实验指导书。参考指导书为THBCC-1

4、信号与系统•控制理论及计算机技术实验平台实验指导书。七.其它说明《控制工程基础》课程实验在机电学院测控实验室进行。实验一控制系统时域分析实验项目总体情况介绍通过实验掌握典型环节的电子模拟方法，学习时域响应的测试方法，明确系统的阶跃响应及其性能指标与结构参数的关系。确定为综合性实验的主要依据本实验的完成需耍电子技术、高等数学等先修课程，以及控制工程基础的相关知识作为理论基础。实验过程中需要学生具有一定的动手能力，完成实验报告时需要学生具有一定的综合理论分析能力。综合实验的综合知识点和实现方法首先必须利用电子技术、高等数学等先修课程，结合控制工程基础相关知识,设计出二阶系统的有源和无源模拟电路

5、。要求学生利用实验报告，对电路进行理论分析，推导其传递函数。依据控制工程基础相关知识对所设计的系统进行瞬态指标参数的计算。利用思考题将计算结果与实验曲线进行比对，选定系统参数的相对最佳值。—.实验目的通过实验掌握典型环节的电子模拟方法，学＞』时域响应的测试方法，明确系统的阶跃响应及其性能指标与结构参数的关系。1.熟悉二阶系统的模拟电路。2.学习二阶系统响应特性测试方法。3.研究二阶系统参数变化对系统性能的影响。二.实验设备THBCC-1信号与系统•控制理论及计算机技术实验平台、示波器。三.实验内容1.设计二阶系统模拟电路图。2.观察并记录不同参数吋二阶系统的单位阶跃响应曲线。3.分析二阶系

6、统参数变化对系统性能的影响。4.完成实验报告。!1!实验原理1.二阶系统模拟电路图（注：学生可自己设计其它电路）二阶系统的模拟电路阁如阁1.1所示。它由惯性环节和积分环节相串联，再经过反向器引入单位负反馈而构成。.有源电路办.无源电路图1.1振荡环节模拟电路1.开环传递函数与闭环传递函数对无源电路，可设回路电流为咐），由基尔霍夫电压定律可得回路方程为i(t)dtRi(t)=u^t)消去中间变量/（小可得描述该无源网络输入输出关系的微分方程如下LCd~U^+RC+=dt2dt01其开环传递函数与闭环传递函数分别为£C(5)=—-—，"‘)⑴二7二W吻+1)啡)?+2如+¥TT由模拟电路求出该

7、电路的闭环传递函数为U似二1U^s)R,R,C,C2s2+R凡C2s/R2+l2.系统参数选取电阻/^/^lOOka电容OC3=1

8、IF,由上式可得，该系统的无阻尼自然振荡频率con=10（弧度/秒），系统的阻尼比《为lOxlO5_5xl05"2con7?2（0人峰值时间调节时间Zs、超调量O%、稳态误差么分别可由下式求得t=广s0%=exp(——.)x100%、ess=1/(1+OpconV^F列表如下Ritsa%K2