《控制理论》课程实验指导书
一、课程的目的、任务
本课程是电子科学、测控技术专业学生在学习控制理论课程间的一门实践性技术基础课程，其目的在于通过实验使学生能更好地理解和掌握基本控制理论，培养学生理论联系实际的学风和科学态度，提高学生的控制理论实验技能和分析处理实际问题的能力。为后续课程的学习打下基础。
二、课程的教学内容与要求
三．各实验具体要求
见P2
四、实验报告
请各指导老师登陆该实验系统了解具体实验方法，并指导学生完成实验。学生结束实验后应完成相应的实验报告并交给指导老师。其中实验报告的主要内容包括：实验目的，实验内容，实验记录数据，数据分析与处理等。
实验一 倒立摆实验
一、实验目的
通过对倒立摆控制系统进行控制实验，学习如何进行控制器的设计，了解控制器各个参数对系统控制性能的影响。还可以通过控制实验验证自行设计的算法。
二、倒立摆系统原理简介
环形一级倒立摆系统的原理框图如上所示。系统包括计算机、运动控制卡、伺服机构、倒立摆本体和光电码盘几大部分，组成了一个闭环系统。光电码盘1将连杆的角度、角速度信号反馈给伺服驱动器和运动控制卡，摆杆的角度、角速度信号由光电码盘2反馈回控制卡。计算机从运动控制卡中读取实时数据，确定控制决策 ，并由运动控制卡来实现该控制决策，产生相应的控制量，驱动电机转动，带动连杆运动，保持摆杆的平衡。
三、实验任务
注意此实验只做其中的倒立摆控制实验，倒立摆辨识实验不做要求。
该实验采用LQR控制算法，控制倒立摆摆动至竖直状态，并可以控制倒立摆左移和右移。实验中控制参数已经设好，实验只需选择扰动的波形，及其频率和幅值大小，注意先启动伺服，再起摆，记录实验过程中的摆杆角度、摆杆角速度、连杆角位移和连杆角速度，并记录实验过程中的波形。
实验二 吹摆实验
一、实验目的
掌握PID控制算法中各参数对控制效果的影响。
二、吹摆系统原理简介
本实验为利用PID及各种自定义算法，对风扇转速进行控制，使摆架固定的摆叶被吹起，到达所设定的角度。实验装置模型如下图所示：
图一、实验装置模型
实验原理如下：
图二、实验原理框图
通过闭环控制，利用角度传感器测到的角度与设定角度比较，采用脉冲宽度控制输出电压控制风扇，输出风力吹动吹摆。
三、实验任务
1，设定PID控制参数Kp,Td,Ti,及激励函数的类型和相应参数，记录设定的参数及实验波形。
2，根据实验所得数据讨论PID控制中各控制参数对控制效果的影响。
实验三 频率响应实验
一、实验目的
了解测定系统或环节的频率特性的测定方法；进一步掌握电子模拟线路的设计方法。
二、实验任务
1、简介
系统动态性能可用时域的阶跃响应来分析，也可用系统的频率特性来评价。测试系统的频率特性时，被测系统施加一种稳态正弦信号，系统处在稳态，外来随机干扰对测试结果的影响比测试时域响应时要小的多。因此测量准确度比较高。本实验中利用李萨如图形法，测试系统的频率响应特性。
系统提供微分积分电路，二阶系统电路两种基本电路。用户通过组态，可以绘制需要的电路图，系统同时提供电路图检测功能。客户端通过服务器将数据发送给控制端，控制端完成实验后，将数据返回给客户端，同时用户可以在客户端观察实验结果。
2、实验任务
该实验提供微分积分系统和二阶系统两个系统的频率响应实验，学生可以任选其中一个系统进行实验。
进入实验操作界面后，首先要绘制电路图，利用界面中提供的元器件列表工具栏，绘制相应的微分积分系统或二阶系统电路图，设置好相应元件的参数值，进行电路检测。然后登记、启动实验，发送实验数据，注意，在完成检测之前，发送功能是被禁用的，选定频率就可以观察到相应的李萨如图形。本实验中也提供了标准的电路图，用户可以打开安装目录下的标准电路图载入进行实验。
实验记录电路图及相应参数，和频率响应的李萨如图形；根据李萨如图形分析系统的频率特性。
实验步骤
下面以实验三为例介绍实验的步骤。
1.登陆
点击客户端软件“电工电子网络实验室”logo，出现如下图示：
输入用户名、密码
在左边任务栏中选取“频率响应实验”，在上方工具菜单中选取“登记实验”：
会跳出对话框询问用户是否开始实验如右图所示。点击确定即可开始实验。
2.排队
如果用户进入看到左边的实验列表中某些实验有红色标识，如下页左图所示（红色实圈），则表示该实验目前有人已经在做，并且提示用户前面有多少个用户。
这种情况下选择“登记实验”就可以进入排队队列（下页右图，红色虚圈），等待自己的实验时间。针对控制理论实验，每个用户设定的时间约一小时。实验结束后请正常退出实验系统，节约资源，也方便其他用户进行实验。
3.进入实验
以微分积分系统为例。进入实验，登记实验，可以看到频率响应实验界面界面：
4、绘制电路图并检测
此时，实验界面为空白的，用户可以通过右侧的元器件工具栏拖放相应的器件绘制电路图，或打开安装目录下的标准电路图加载进来，如下图：
点击工具栏中实验-〉检测，检测电路图：
此时提示：
点击开始检测，若电路图正确，则提示：
5、发送实验参数进行实验
检测完电路图后就可以发送实验参数进行实验了：
实验提供同步实验和异步实验两种方式。若选择同步实验，则点击工具栏上实验-〉同步实验发送参数，此时就可以看到此实验界面：
选择需要的频率，此时，界面上便会出现你所绘制系统的频率响应李萨如图形，（此过程中需要等待30s左右）：
若用户采用异步实验方式，则点击异步发送，在发送完数据后即可退出实验。经过一段时间再次登陆实验界面后，如果实验数据已经返回，用户可以查看实验结果，此过程需要用户事先设定数据保存路径。
6、结束当前实验
当前实验完成时选择上方工具栏中菜单中的“同步实验->结束实验”选项，如下图所示：
弹出对话框
点击确定。即可停止当前实验。
8、退出实验登记
如果已经完成了各个实验，则在工具栏中选择“同步实验->撤销登记”，即可退出实验：
9.退出实验系统
点击 文件－>退出，即选择退出该系统
会跳出对话框：
点击“确定”即退出实验系统。
10.注意事项
1）进行实验之前请仔细阅读该实验指导书，以便对于实验系统应用有一定的了解。该实验系统为用户提供了尽可能多的便捷，操作简单，实验过程需要的时间也比较短。但是您必须对于实验系统的应用有所了解。
2）进入实验，请实验者仔细阅读进入时看到的界面，以及系统提供的实验帮助()，因为这里给出了非常详细的实验说明和指导，包括一些细节方面，帮助您更加顺利的完成实验。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/f3b78ec49ec3d5bbfd0a74b1.html
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