電大西華大學《機電控制工程基礎》實驗指導書（小抄參考）

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1、 《機電控制工程基礎》實驗指導書 《機電控制工程基礎》 實驗指導書 適用專業(yè): 車輛工程 課程代碼: 8801870 總學時: 4 總學分: 編寫單位: 交通與汽車工程學院 編 寫 人: 審 核 人: 審 批 人: 批準時間: 年 月 日

2、 目 錄 實驗預習 …………………………………………………………………………………… 2 實驗一（實驗代碼1）典型系統(tǒng)瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性 ……………………………………………… 4 實驗三（實驗代碼3）系統(tǒng)校正……………………………………………………………… 8 主要參考文獻 ………………………………………………………………………………… 11  實 驗 預 習 一、 系統(tǒng)軟件操作說明 1、進入系統(tǒng) 本課程采用TDN-AC/ACS實驗系統(tǒng)。開啟PC微機及實驗平臺的電源開關，隨即進入ACS子目錄

3、，鍵入ACS并回車，屏幕顯示如下： 圖1 集成操作軟件引導界面 根據(jù)你所使用的通訊端口選擇鍵入1或2，便可進入ACS系統(tǒng)集成軟件環(huán)境。 2、示波器界面及操作 界面如下圖2所示。分為功能鍵提示欄、波形顯示窗口、數(shù)據(jù)顯示窗口和命令/提示欄四個部分。功能鍵提示欄顯示功能鍵提示，當前可用的功能鍵用黑色顯示。不可用的用灰色顯示。數(shù)據(jù)顯示窗口顯示兩路信號當前的電壓值。CH1顯示第一路，CH2顯示第二路。第一路的電壓值及波形用黃色顯示，第二路用綠色顯示。顯示數(shù)據(jù)乘以0.1即為實際電壓值，單位伏特。波形顯示窗口顯示波形曲線。命令/提示欄接受用戶的命令并顯

4、示提示信息。 圖2 示波器功能界面 F1_Run: 運行。進入示波器功能后，先要運行程序然后觀測波形。此時可將示波器探頭接在想要檢測的地方，按F1鍵，觀測該處的波形。 F2_Stop: 終止程序運行。當程序運行后，可用“F2”終止程序運行。注意：終止程序后波形不會保留。如果需要保留屏幕上的波形，可用“F3_Pause”。 F3_Pause: 暫停。在波形顯示時可用“F3”保留屏幕上的波形，此時命令/提示欄顯示“Pause”，用“←”鍵和“→”鍵可移動游標測量波形數(shù)據(jù)（游標顯示為一條白線）。CH1及CH2數(shù)據(jù)顯示窗會分別顯示出游標所在位

5、置兩路信號的電壓值，同時，波形顯示窗會分別顯示出游標所在位置兩路信號的電壓值，同時，波形窗口左下方用黃色顯示出游標所在處距窗口最左邊的時間值，單位為毫秒。如果希望繼續(xù)顯示波形，可用“F4_Continue”功能鍵。注意：暫停時程序任在運行。 F4_Continue: 繼續(xù)顯示波形。當處于暫停狀態(tài)時可用“F4”鍵繼續(xù)波形的顯示。 F5_Scale+: 可將波形橫向拉開。 F6_Scale_: 可將波形橫向壓縮。 F8_Return: 返回，退出示波器功能。注意：程序運行或暫停時都不可用“F8”鍵返回。只有按下“F2_Stop”后，即沒有程序運行時才可返回。 二、 系統(tǒng)實驗平臺說明 1

6、、實驗中有關注意事項 （1）使運放處于工作狀態(tài)。 將信號源單元（U1 SG）的ST端（插針）與＋5V端（插針）用“短路塊”短接，使模擬電路中的場效應管（3DJ6）夾斷，這時運放處于工作狀態(tài)。 （2）階躍信號的產(chǎn)生。 電路可采用圖3所示電路，它由“單脈沖單元”（U13 SP）及“電位器單元” （U14 P）組成。在（U13 SP）單元中，將H1與+5V插針用“短路塊”短接，H2插針用排線接至（U14 P）單元的X插針；在（U14 P）單元中，將Z插針和GND插針用“短路塊”短接，最后由插座的Y端輸出信號。 圖3

7、 階躍信號的產(chǎn)生 （3）對于搭接被控對象時，輸入和反饋回路中的電阻應盡可能利用實驗板上的電位器來實現(xiàn)。 （4）實驗用的導線，導線頭不應拔得太長，以防線線短路。  實驗一 典型系統(tǒng)的瞬態(tài)響應（必做）和穩(wěn)定性（了解） 一、 實驗目的和任務 1、 通過模擬實驗，定性和定量地分析二階系統(tǒng)的兩個參數(shù)T和ζ對二階系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。 2、 通過模擬實驗，定性和定量地分析系統(tǒng)開環(huán)增益K對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。 3、 觀測系統(tǒng)處于穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定和不穩(wěn)定情況下的輸出響應的差別。 二、 實驗內(nèi)容 1、 觀察二階系統(tǒng)的階躍響應，分析二階系統(tǒng)的兩個參

8、數(shù)T和ζ對二階系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。 2、 觀察三階系統(tǒng)的階躍響應，分析系統(tǒng)開環(huán)增益K對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。 三、 實驗儀器、設備及材料 TDN-AC/ACS教學實驗系統(tǒng)、導線 四、 實驗原理 1、典型二階系統(tǒng)的方塊圖及傳函 圖1-1圖是典型二階系統(tǒng)原理方塊圖，其中分別為10、5、2.5、1。 R(s) E(s) - C(s) + 圖1－1 開環(huán)傳函：，其中＝開環(huán)增益 閉環(huán)傳函：，其中 2、 模擬電路圖：見圖1－2 圖1－2 3、 典型三階系統(tǒng) 典型三階系統(tǒng)的方塊圖見圖1-3所示：

9、 R(s) E(s) - C(s) 圖1-3 開環(huán)傳遞函數(shù)為：,其中 (開環(huán)增益) 4、 模擬電路圖：見圖1-4所示： 圖1-4 開環(huán)傳函為 其中K = 510/R 系統(tǒng)的特征方程為 由Routh判據(jù)，得 五、 主要技術重點、難點 1、用示波器觀察系統(tǒng)階躍響應C(t)時，超調(diào)量σp％，峰值時間tp和調(diào)節(jié)時間ts的測量。 2、從系統(tǒng)階躍響應C(t)波形分析系統(tǒng)穩(wěn)定性 六、實驗步驟 準備：將信號源單元（U1 SG）的插針和＋5V插針用“短路塊”短接。 1、 按圖1－2接線，

10、。 2、 用示波器觀察系統(tǒng)階躍響應C(t)，測量并記錄超調(diào)量σp％，峰值時間tp和調(diào)節(jié)時間ts，把結果記錄在表1－1中。 3、 分別按改變系統(tǒng)開環(huán)增益，觀察相應的階躍響應C(t)，測量并記錄性能指標σp％、tp 、ts，繪制出階躍響應曲線。并將測量值和計算值（實驗前必須按公式計算出）進行比較。 4、 按圖2－2接線，。 5、 觀察系統(tǒng)的階躍響應，并記錄波形。 6、 減小開環(huán)增益（）,觀察系統(tǒng)的階躍響應，記錄波形。 7、 將記錄的波形繪制在表1－2中，并作出穩(wěn)定性判定。 七、 實驗報告要求 參數(shù) 項目 R KΩ K l/s ωn l/s ζ C(tp

11、) C(∞) σp％ tp ts 階躍響應曲線 計算值 測量值 計算值 測量值 計算值 測量值 0<ζ<1 10 20 ζ=1 40 ζ>1 100 表1－1 R(KΩ) K 輸出波形 穩(wěn)定性 30 42.6 100 表1－2 八、 實驗注意事項 1、 作實驗前要預習。 2、 實驗內(nèi)容較多，作實

12、驗時注意抓緊時間。 九、 思考題 1、 在實驗線路中如何確保系統(tǒng)實現(xiàn)負反饋？如果反饋回路中有偶數(shù)個運算放大器，則構成什么反饋？ 2、 有那些措施能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定度？它們對系統(tǒng)的性能有什么影響？ 實驗二 系統(tǒng)校正 一、 實驗目的和任務 1、 學會分析校正裝置對系統(tǒng)穩(wěn)定性和暫態(tài)指標的影響。 2、 學會設計串聯(lián)校正裝置 二、 實驗內(nèi)容 觀察一個二階系統(tǒng)校正前后的階躍響應曲線，分析超調(diào)量σp％和調(diào)節(jié)時間ts的變化情況。 三、 實驗儀器、設備及材料 TDN-AC/ACS教學實驗系統(tǒng)、導線 四、 實驗原理 1、 原系統(tǒng)的原理方塊圖：見圖3－1 R(s) E(s)

13、- C(s) + 圖3－1 由閉環(huán)傳函 要求設計串聯(lián)校正裝置，使系統(tǒng)滿足性能指標：。 由理論推導得，校正網(wǎng)絡得傳遞函數(shù)為：所以校正后的方塊圖如圖3－2所示： R(s) E(s) - C(s) + 圖3-2 2、 原系統(tǒng)及校正后的模擬電路圖，見圖3-3及圖3-4  圖3-3 圖3-4 五、 主要技術重點、難點 分析校正裝置對系統(tǒng)穩(wěn)定性和暫態(tài)指標的影響。 六、 實驗步驟 1、 測量未校正系統(tǒng)的性能指標。

14、（1）按圖3-3接線。 （2）加入階躍電壓，觀察階躍響應曲線，并測出超調(diào)量σp％和調(diào)節(jié)時間ts，將曲線及參數(shù)記錄下來。 2、 測量校正系統(tǒng)的性能指標。 （1）按圖3-4接線。 （2）加入階躍電壓，觀察階躍響應曲線，并測出超調(diào)量σp％和調(diào)節(jié)時間ts，看是否達到期望值，若未達到，請仔細檢查接線（包括阻容值）。 3、 將測出的超調(diào)量σp％和調(diào)節(jié)時間ts填入表3-1中，并繪制出相應的響應曲線。 七、 實驗報告要求  σp％（％） ts（s） 響應曲線 校正前 校正后 表3-1 八、 實驗注意事項 注意超調(diào)量σp％和調(diào)節(jié)時間

15、ts的讀取 九、 思考題 如何測量速度誤差？怎樣檢測靜態(tài)速度誤差系數(shù)是否滿足希望值？