《控制工程基础》实验教学大纲
发布人:系统管理员  发布时间:2014-09-18   浏览次数:2

 课程编号17121220                            大纲执笔人:钱敏

课程名称:控制工程基础                       大纲审批人:杨勇
英文名称Basic of Control Engneering
课程学时72学时                                     实验学时18学时
实验课性质:非独立设课
适用专业:测控技术与仪器
 
一、本课程实验教学目的与要求
控制工程基础课程是自动化、电气工程、仪器与仪表、测控技术、电子信息、机电一体化等专业的重点课程,为提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力,实验课起着非常重要的作用,是“控制工程基础”课程教学中不可缺少的环节。本课程实验结合“控制工程基础”课程的基本内容,设计出多个验证性和设计性实验单元,希望学生通过实验,验证课程中的控制理论,并且在拓展和思考环节中,进一步提高综合运用能力。
 
二、主要仪器设备及所需台套数
自动控制原理教学实验系统      30套
 
三、实验课程内容和学时分配
序号
实验项目
名称
目 的 要 求
学时
分配
实验
类型
每组
人数
必开、选开
1
控制系统的MATLAB仿真
熟悉MATLAB在自动控制原理上的应用;进一步理解控制系统的基本理论及提高运用计算机辅助工具进行系统分析和设计的能力。
3
基础性
1人
必开
2
典型环节的特性分析
学习使用自动控制原理教学实验系统,观测P、I、PI、PD、PID、惯性环节阶跃响应曲线。
4
基础性
1-2人
必开
3
控制系统的动态响应及其稳定性分析
观察二阶和三阶系统的阶跃响应曲线,研究参数的变化对系统动态性能和稳定性的影响。
3
基础性
1-2人
必开
4
频率特性测试
根据实验所测数据分别作出相应的幅频和相频特性曲线;用测量的实验数据确定系统的传递函数;分析实验数据,分析理论值与实测值之间的误差。
3
基础性
1-2人
必开
5
控制系统串联校正研究
测量校正系统与未校正系统性能指标,分析校正系统作用。
2
设计性
1-2人
必开
6
采样系统分析
理解采样原理及采样过程;分析z变换法在研究采样系统时的局限性;研究采样周期的变化对系统稳定性的影响。
3
基础性
1-2人
必开
四:实验项目的内容和要求
实验一 控制系统的MATLAB仿真
实验内容:
1、基于MATLAB建立控制系统的数学模型;
2、基于MATLAB控制系统的时域响应动态特性分析;
3、基于MATLAB控制系统的根轨迹及其性能分析;
4、基于MATLAB控制系统的频率特性曲线分析。
实验要求:熟悉MATLAB在自动控制原理上的应用;进一步理解控制系统的基本理论及提高运用计算机辅助工具进行系统分析和设计的能力。
实验二 典型环节的特性分析
实验内容:
1、学习使用自动控制原理教学实验系统(硬件和软件);
2、典型环节:P、I、PI、PD、PID、惯性环节的模拟研究。
实验要求:能够独立连接各环节的模拟电路图;观测、记录并理解各环节的阶跃响应曲线。
实验三 控制系统的动态响应及其稳定性分析
实验内容:
1、熟悉二阶和三阶系统的模拟电路;
2、观察不同参数下二阶系统的阶跃响应曲线;
3、研究系统参数的变化对典型三阶系统的动态性能及稳定性的影响。
实验要求:能够独立连接系统的模拟电路图;观测、记录动态响应曲线,比较系统在给定参数下的性能指标的理论值和实际值;分析在三阶系统中开环增益和时间常数对系统稳定性的影响。
实验四 频率特性测试
实验内容:
1、掌握频率特性的测试原理及方法,进一步理解频率特性的物理意义;
2、学习根据所测定的系统的频率特性确定系统传递函数的方法。
实验要求:根据实验所测数据分别作出相应的幅频和相频特性曲线;用测量的实验数据确定系统的传递函数;分析实验数据,分析理论值与实测值之间的误差。
实验五 控制系统串联校正研究
实验内容:
1、了解和掌握串联校正的分析和设计方法;
2、研究串联超前校正对系统稳定性及过渡过程的影响。
实验要求:熟悉超前有源校正和无源校正的电路和特点;测试系统不加校正、加超前校正的阶跃响应曲线;验证加入校正后是否满足给定的性能指标要求;分析实验数据,并从时域和频域两个角度,总结分析校正环节对于系统稳定性和过渡过程的影响。
实验六 采样系统分析
实验内容:
1、了解信号的采样与恢复的原理及其过程,加深对香农定理的理解;
2、对采样信号进行恢复。
3、分析采样系统的稳定性及瞬态响应与采样周期的关系。
实验要求:理解采样原理及采样过程;分析z变换法在研究采样系统时的局限性;研究采样周期的变化对系统稳定性的影响。
 
五、考核方式
1、实验报告:
本课程实验报告应包括实验名称、实验目的、实验原理、实验内容、实验步骤、实验记录、实验结果、思考问答等内容。
2、考核方式
(1)本课程包含六个实验,每个实验所占分值见下表:
 
实 验 项 目
分值
累加总分
实验一  控制系统的MATLAB仿真
15
100
实验二 典型环节的特性分析
25
实验三 控制系统的动态响应及其稳定性分析
15
实验四   频率特性测试
15
实验五   控制系统串联校正研究
15
实验六   采样系统分析
15
 
(2)每个实验的成绩:实验操作分(60%)和实验报告(40%)两个部分;
(3)缺席一个实验,该实验不得分;
(4)实验课成绩占课程总成绩的10%。
 
六、实验教材、参考书
1、教材:
自动控制原理/计算机控制技术教学实验系统实验指导书,西安唐都科教仪器公司。
2、参考书:
《自动控制原理实验教程》,程鹏主编,清华大学出版社,2008年。