西华大学《机电控制工程基础》实验指导书.docx
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西华大学《机电控制工程基础》实验指导书
《机电控制工程基础》
实验指导书
适用专业:
车辆工程
课程代码:
8801870
总学时:
4总学分:
编写单位:
交通与汽车工程学院
编写人:
审核人:
审批人:
批准时间:
年月日
目录
实验预习……………………………………………………………………………………2
实验一(实验代码1)典型系统瞬态响应和稳定性………………………………………………4
实验三(实验代码3)系统校正………………………………………………………………8
主要参考文献…………………………………………………………………………………11
实验预习
一、系统软件操作说明
1、进入系统
本课程采用TDN-AC/ACS实验系统。
开启PC微机及实验平台的电源开关,随即进入ACS子目录,键入ACS并回车,屏幕显示如下:
图1集成操作软件引导界面
根据你所使用的通讯端口选择键入1或2,便可进入ACS系统集成软件环境。
2、示波器界面及操作
界面如下图2所示。
分为功能键提示栏、波形显示窗口、数据显示窗口和命令/提示栏四个部分。
功能键提示栏显示功能键提示,当前可用的功能键用黑色显示。
不可用的用灰色显示。
数据显示窗口显示两路信号当前的电压值。
CH1显示第一路,CH2显示第二路。
第一路的电压值及波形用黄色显示,第二路用绿色显示。
显示数据乘以0.1即为实际电压值,单位伏特。
波形显示窗口显示波形曲线。
命令/提示栏接受用户的命令并显示提示信息。
图2示波器功能界面
F1_Run:
运行。
进入示波器功能后,先要运行程序然后观测波形。
此时可将示波器探头接在想要检测的地方,按F1键,观测该处的波形。
F2_Stop:
终止程序运行。
当程序运行后,可用“F2”终止程序运行。
注意:
终止程序后波形不会保留。
如果需要保留屏幕上的波形,可用“F3_Pause”。
F3_Pause:
暂停。
在波形显示时可用“F3”保留屏幕上的波形,此时命令/提示栏显示“Pause”,用“←”键和“→”键可移动游标测量波形数据(游标显示为一条白线)。
CH1及CH2数据显示窗会分别显示出游标所在位置两路信号的电压值,同时,波形显示窗会分别显示出游标所在位置两路信号的电压值,同时,波形窗口左下方用黄色显示出游标所在处距窗口最左边的时间值,单位为毫秒。
如果希望继续显示波形,可用“F4_Continue”功能键。
注意:
暂停时程序任在运行。
F4_Continue:
继续显示波形。
当处于暂停状态时可用“F4”键继续波形的显示。
F5_Scale+:
可将波形横向拉开。
F6_Scale_:
可将波形横向压缩。
F8_Return:
返回,退出示波器功能。
注意:
程序运行或暂停时都不可用“F8”键返回。
只有按下“F2_Stop”后,即没有程序运行时才可返回。
二、系统实验平台说明
1、实验中有关注意事项
(1)使运放处于工作状态。
将信号源单元(U1SG)的ST端(插针)与+5V端(插针)用“短路块”短接,使模拟电路中的场效应管(3DJ6)夹断,这时运放处于工作状态。
(2)阶跃信号的产生。
电路可采用图3所示电路,它由“单脉冲单元”(U13SP)及“电位器单元”(U14P)组成。
在(U13SP)单元中,将H1与+5V插针用“短路块”短接,H2插针用排线接至(U14P)单元的X插针;在(U14P)单元中,将Z插针和GND插针用“短路块”短接,最后由插座的Y端输出信号。
图3阶跃信号的产生
(3)对于搭接被控对象时,输入和反馈回路中的电阻应尽可能利用实验板上的电位器来实现。
(4)实验用的导线,导线头不应拔得太长,以防线线短路。
实验一典型系统的瞬态响应(必做)和稳定性(了解)
一、实验目的和任务
1、通过模拟实验,定性和定量地分析二阶系统的两个参数T和ζ对二阶系统动态性能的影响。
2、通过模拟实验,定性和定量地分析系统开环增益K对系统稳定性的影响。
3、观测系统处于稳定、临界稳定和不稳定情况下的输出响应的差别。
二、实验内容
1、观察二阶系统的阶跃响应,分析二阶系统的两个参数T和ζ对二阶系统动态性能的影响。
2、观察三阶系统的阶跃响应,分析系统开环增益K对系统稳定性的影响。
三、实验仪器、设备及材料
TDN-AC/ACS教学实验系统、导线
四、实验原理
1、典型二阶系统的方块图及传函
图1-1图是典型二阶系统原理方块图,其中
分别为10、5、2.5、1。
图1-1
开环传函:
,其中
=开环增益
闭环传函:
,其中
2、
模拟电路图:
见图1-2
图1-2
3、典型三阶系统
典型三阶系统的方块图见图1-3所示:
图1-3
开环传递函数为:
其中
(开环增益)
4、模拟电路图:
见图1-4所示:
图1-4
开环传函为
其中K=510/R
系统的特征方程为
由Routh判据,得
五、主要技术重点、难点
1、用示波器观察系统阶跃响应C(t)时,超调量σp%,峰值时间tp和调节时间ts的测量。
2、从系统阶跃响应C(t)波形分析系统稳定性
六、实验步骤
准备:
将信号源单元(U1SG)的插针和+5V插针用“短路块”短接。
1、按图1-2接线,
。
2、用示波器观察系统阶跃响应C(t),测量并记录超调量σp%,峰值时间tp和调节时间ts,把结果记录在表1-1中。
3、分别按
改变系统开环增益,观察相应的阶跃响应C(t),测量并记录性能指标σp%、tp、ts,绘制出阶跃响应曲线。
并将测量值和计算值(实验前必须按公式计算出)进行比较。
4、按图2-2接线,
。
5、观察系统的阶跃响应,并记录波形。
6、减小开环增益(
),观察系统的阶跃响应,记录波形。
7、将记录的波形绘制在表1-2中,并作出稳定性判定。
七、实验报告要求
参数
项目
R
KΩ
K
l/s
ωn
l/s
ζ
C(tp)
C(∞)
σp%
tp
ts
阶跃响应曲线
计算值
测量值
计算值
测量值
计算值
测量值
0<ζ<1
10
20
ζ=1
40
ζ>1
100
表1-1
R(KΩ)
K
输出波形
稳定性
30
42.6
100
表1-2
八、实验注意事项
1、作实验前要预习。
2、实验内容较多,作实验时注意抓紧时间。
九、思考题
1、在实验线路中如何确保系统实现负反馈?
如果反馈回路中有偶数个运算放大器,则构成什么反馈?
2、有那些措施能增加系统的稳定度?
它们对系统的性能有什么影响?
实验二系统校正
一、实验目的和任务
1、学会分析校正装置对系统稳定性和暂态指标的影响。
2、学会设计串联校正装置
二、实验内容
观察一个二阶系统校正前后的阶跃响应曲线,分析超调量σp%和调节时间ts的变化情况。
三、实验仪器、设备及材料
TDN-AC/ACS教学实验系统、导线
四、实验原理
1、原系统的原理方块图:
见图3-1
图3-1
由闭环传函
要求设计串联校正装置,使系统满足性能指标:
。
由理论推导得,校正网络得传递函数为:
所以校正后的方块图如图3-2所示:
图3-2
2、原系统及校正后的模拟电路图,见图3-3及图3-4
图3-3
图3-4
五、主要技术重点、难点
分析校正装置对系统稳定性和暂态指标的影响。
六、实验步骤
1、测量未校正系统的性能指标。
(1)按图3-3接线。
(2)加入阶跃电压,观察阶跃响应曲线,并测出超调量σp%和调节时间ts,将曲线及参数记录下来。
2、测量校正系统的性能指标。
(1)按图3-4接线。
(2)加入阶跃电压,观察阶跃响应曲线,并测出超调量σp%和调节时间ts,看是否达到期望值,若未达到,请仔细检查接线(包括阻容值)。
3、将测出的超调量σp%和调节时间ts填入表3-1中,并绘制出相应的响应曲线。
七、实验报告要求
σp%(%)
ts(s)
响应曲线
校正前
校正后
表3-1
八、实验注意事项
注意超调量σp%和调节时间ts的读取
九、思考题
如何测量速度误差?
怎样检测静态速度误差系数是否满足希望值?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________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- 机电控制工程基础 西华 大学 机电 控制工程 基础 实验 指导书
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