虛實結合在《自動控制理論》實驗的應用

蘭鴿，任甜甜，朱婷婷

（新疆工程學院，新疆 烏魯木齊 830023）

實驗中，采用實驗臺和MATLAB仿真軟件進行仿真實驗相結合的方式，實驗臺可以進行接線，可以見到原理圖、實物等。同樣，MATLAB仿真軟件也有許多優越性，接線靈活，參數可在線調節，不存在燒壞儀器的風險。另外，實驗不受時間和空間的限制，既可以在實驗室操作，也可以課外操作，時間、空間都非常靈活。仿真實驗可以使學生獲得和真實實驗一樣的效果，加深對器件實驗的理解和認識，MATLAB仿真軟件是自控控制原理運用現代化教學手段提高學生能力的重要工具。通過《自動控制理論》實驗，學生可以熟練掌握MATLAB仿真軟件的使用方法，并在以后的工程實踐中更好地應用。二者互相補充，能夠取得良好的實驗效果。

1 實驗項目

搭建典型三階系統，觀測各個參數下的階躍響應曲線，并記錄階躍響應曲線的超調量σ%、峰值時間tp以及調節時間ts，研究其參數變化對典型三階系統動態性能和穩定性的影響。典型三階系統模擬電路如圖1所示。

圖1 典型三階系統模擬電路

原理分析。系統的傳遞函數計算方法：開環傳遞函數：

由開環傳遞函數得閉環傳遞函數為：

系統的特征方程為：

列勞斯表得：

根據勞斯判據得到：

2 虛實結合兩種方法

方法一：用ACES-Ⅱ自動控制綜合實驗系統搭建典型三階系統，輸入階躍信號，仔細調節電位器RW12，可以得到三階系統處于不穩定、臨界穩定和穩定的三種狀態時的波形，通過虛擬示波器觀測不同參數下階躍響應曲線，如圖2、3、4所示。并記錄階躍響應曲線的超調量σ%、峰值時間tp以及調節時間ts，研究其參數變化對典型三階系統動態性能和穩定性的影響。

方法二：用MATLAB中的simulink模塊對典型三階系統搭建模型，如圖5所示。

改變其中的參數得到其三種狀態的仿真波形。如圖6、7、8所示。

圖2 不穩定狀態波形

圖3 臨界穩定狀態波形

圖4 穩定狀態波形

圖5 典型三階系統仿真圖

3 結語

實驗臺與仿真軟件相結合進行實驗教學，學生通過實驗對課堂中學習的知識進行綜合運用，加深對課程的理解，提高學習興趣。

圖6 0＜K＜12系統穩定時階躍響應曲線

圖7 K=12系統臨界穩定時階躍響應曲線

圖8 K＞12系統臨界穩定時階躍響應曲線