《控制工程基础》实验指导书(荐)

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1、实验一传递函数的测定一、实验准备知识1.—阶系统传递函数及其特征参数对其性能的影响；2.—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.学握直流电动机系统工作框图，并推导其传递函数；2.学握一阶系统(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.直流电机工作原理电“何的电动蛉2.电枢控制式直流电机传递函数的建立(1)电网络平衡方程厶牛+

2、心+廿叫(It式中，为电动机的电枢电流；R——电动机的电阻；L——电动机的电感；J——电枢绕组的感应电动势。工作原理图：系统方框图:(1)电动势平衡方程5=3式屮，褊为电动势常数，由电动机的结构参数确定。(2)机械平衡方程d(0式屮，J——电动机转子的转动惯屋；M—电动机的电磁转矩；Ml——折合阻力矩。(3)转矩平衡方程M=Ktnia式屮，K加表示电磁力矩常数，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/；、匂、M,得到关于输入输出的微分方程式：JLd2co这是一个二阶线性微分方程，因为电枢绕组的电感一般很小，若略公厶，则可以得到简化

3、的一阶线性微分方程为：JR(1(0“+K.co=utlKmdt"a则转速n与输入电压化之间的一阶线性微分方程为:27TJRdn2龙“+——Kji=1160Kdt60““tit令初始条件为零，两边拉氏变换，求得传递函数为:G(s)=N(s)二30/龙心_K込s+「耐五、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，其具传递两数为:G(s)N(s)U⑸KTs+2.测试方法实验测定出T和K值，贝0系统的传递函数即nJ収定。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%对应的横处标即

4、为吋间常数T。注：记录5测量值，求其平均。(2)K值的测定：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,将其轴为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來。此电压送入示波器，记录下电压变化的波形。由于uc=kn(t),所以"(0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。-"(8)■inX切-0输入与输出信号注：改变输入电压人小，记录5次测量值，求具平均。六、实验路线图-22O.V檢tk切源速度显示仪稳压电I

5、光电转换器22UV22OV七、实验步骤1.实验前注意事项，认真检杏实验台面的仪器设备状态及其放置位置，实验示要回归原处。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Z显示状态最利于观察测试曲线，时间档为0.1s,电压档为IV；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1.实验原理2.实验所用仪器名称及其型号：3

6、.实验线路：4.实验数据：肓流电动机及测速发电机所加激磁电压伏；H流电动机电枢所加电压伏；速度显示仪测呆时间选择开关秒；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二秒1.理论计算：传递函数为：2.思考题(1)K值计算屮，转速的单位是什么，为什么？(2)实验屮测试日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？&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.深入理解无源网络系统频率特性。2.学握实

7、验法获取系统频率特性的方法和步骤，并频率特性图。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)(2)R}=0ki1.无源网络传递函数的建立微分方程：/?]/+R-,iH=u：R2i+^jidt=uQ拉氏变换：传递函数:二细二R心U,(s)(K+/?2)CS+12.频率特性的求解.、jR、Cco+1G(jco)==j(R}+R2)Ca)+[由个典型环节组