《控制工程基础》实验指导书.doc

《《控制工程基础》实验指导书.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、实验一传递函数的测定一、实验准备知识1.一阶系统传递函数及其特征参数对其性能的影响；2.一阶系统的阶跃响应；3.直流电动机工作原理；4.直流发电机的工作原理。二、实验目的1.掌握直流电动机系统工作框图，并推导其传递函数；2.掌握一阶系统（以直流电动机为例）传递函数的测试方法；3.学会相关实验仪器的使用方法，包括：低频示波器、光电测速仪、稳压电源等。三、实验仪器1.直流电动机-测速发电机组一套；2.低频示波器一台；3.光电测速仪一套；4.三路稳压电源一台；5.连接导线若干。四、实验原理1.直流电机工作原理2.

2、电枢控制式直流电机传递函数的建立(1)电网络平衡方程式中，为电动机的电枢电流；——电动机的电阻；——电动机的电感；——电枢绕组的感应电动势。工作原理图：系统方框图：(2)电动势平衡方程式中，为电动势常数，由电动机的结构参数确定。(3)机械平衡方程式中，——电动机转子的转动惯量；——电动机的电磁转矩；——折合阻力矩。(4)转矩平衡方程式中，表示电磁力矩常数，由电动机的结构参数确定。将上述四个方程联立，因为空载下的阻力矩很小，略去，并消去中间变量、、，得到关于输入输出的微分方程式：这是一个二阶线性微分方程，因为

3、电枢绕组的电感一般很小，若略去，则可以得到简化的一阶线性微分方程为：则转速n与输入电压之间的一阶线性微分方程为：令初始条件为零，两边拉氏变换，求得传递函数为：五、实验测试方法1.测试原理直流电动机当输入给定电枢电压信号而输出为转速时,其其传递函数为：2.测试方法实验测定出T和K值，则系统的传递函数即可取定。通过一个开关s把一直流电压加入到直流电动机的电枢上,则直流电机的速度变化如图所示。（1）T的测定：图中最大幅值的63.2%对应的横坐标即为时间常数T。输入与输出信号注：记录5测量值，求其平均。（2）K值的

4、测定：由于直流电动机转速变化情况无法记录，采用了测速发电机装置进行测试。发电机的输出电压正比于轴的转速，将其轴与直流电动机轴机械地连接在一起，这样直流电动机的转速变化，可由测速发电机输出电压间接地反映出来。此电压送入示波器，记录下电压变化的波形。由于，所以输出曲线如图所示。用测速仪测出直流电动机的转速，及稳压电源加于直流电动机电枢的电压，两者的比值，即为所求的K值。注：改变输入电压大小，记录5次测量值，求其平均。六、实验路线图七、实验步骤1.实验前注意事项，认真检查实验台面的仪器设备状态及其放置位置，实验后

5、要回归原处。2.按实验路线图连接好线路，并确定220V电源供电。3.调整示波器使之显示状态最利于观察测试曲线，时间档为0.1s，电压档为1V；打开示波器，稍后按开关s，观察从启动到稳态时63.2%处T值。4.利用测速仪正确测定电动机稳定转速，并记下此时输入电压值，以获取增益K的值。5.重复以上步骤，获取T和K的平均值。6.实验完毕，拆除实验线路，整理好实验设备。八、实验报告实验名称：实验日期：年月日指导教师：同组人：1.实验目的2.实验原理3.实验所用仪器名称及其型号：4.实验线路：5.实验数据：直流电动机

6、及测速发电机所加激磁电压伏；直流电动机电枢所加电压伏；速度显示仪测量时间选择开关秒；低频示波器时间档为s/div(秒/格)；低频示波器电压档为v/div(伏/格)；记录曲线：T=秒6.理论计算：传递函数为：7.思考题（1）K值计算中，转速的单位是什么，为什么？（2）实验中测试目的为电动机的传递函数，而测试的却是发电机的输出，为什么？8.实验总结、体会及建议：实验二无源网络频率特性的测试一、实验准备知识1.频率特性的相关知识；2.二阶系统（电学）及其传递函数；3.系统的频率特性图（伯德图）。二、实验目的1.深

7、入理解无源网络系统频率特性。2.掌握实验法获取系统频率特性的方法和步骤，并画出其频率特性图。3.学会TD4010型低频频率测试仪的使用方法及其注意的问题三、实验仪器1.TD4010型低频频率测试仪一台；2.无源网络二阶系统一套；3.打印机一台；4.导线若干。四、实验原理1.无源网络传递函数的建立微分方程：（1）（2）拉氏变换：传递函数：2.频率特性的求解由个典型环节组成：一个导前环节、一个惯性环节，由频率特性知其转角频率为：导前环节：惯性环节：五、实验步骤1.按右图联好实验线路2.打开频率测试仪开关，首先进

8、行面板设定：输出波形输入量程延迟时间积分周期显示方式3.无源网络的输入电压调至5V4.输入所要求的频率，然后测量，从显示窗口处直接读出幅值比、相角差。测量方法如下：（1）单次测量：对应一个输入频率，测一个输出值，以为例，（2）步进测量，可测一组，若连打印机直接打印出结果，以，，步长为10Hz为例，5.分别输入三组数据，按输入频率f为：，每隔0.1Hz测一次；，每隔1Hz测一次；，每隔10Hz测一次。然后分别记录结