机械工程控制基础实验.doc

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1、机械控制工程基础实验指导书机械工程实践教学中心机电控制技术实验室2004目录页数实验一：时域特性测试实验………………………………………………………2实验二：频率特性测试实验………………………………………………………5实验三:闭环控制系统设计与仿真实验…………………………………………8实验四：闭环控制系统性能测试实验……………………………………………11本实验指导书由陈永亮老师编写实验一时域特性测试实验一、实验目的1)熟悉典型输入信号;2）了解典型系统的时间响应。3）掌握典型机电系统时域特性的测试方法。二、实验原理一个动态系统的性能常用典型输

2、入作用下的响应来描述。响应是指零初始值条件下某种典型的输入函数作用下对象的响应，控制系统常用的输入函数为单位阶跃函数和脉冲激励函数（即冲激函数）。本试验利用阶跃输入信号来测定电机的时间常数和稳态增益，进而求得系统的传递函数。试验装置的构成如图1—1所示，主要包括变频器（0~5V输入）、电机和测速电机（10V/1500RPM）。阶跃信号由信号发生器输出的方波信号来实现，其幅值和周期可通过该仪器的有关旋钮来调节。方波信号的周期一定要大于系统调节时间的两倍，即.阶跃响应曲线由数字示波器测量。0～5V0～10VCH.152变频器三相异步电机测速发电

3、机信号发生器示波器图1-1试验装置的构成电机调速系统可近似为一阶系统，其传递函数的一般形式为,其中K为稳态增益，为时间常数。(1）电机稳态增益的测定已知，测速发电机增益:,则`电机稳态转速［rpm］，电机增益［rpm/V]图1-2电机的阶跃输入响应（2)电机时间常数的测定，如图1—2所示，电机的时间常数是输入阶跃信号时,电机达到稳态值的63%所需要的时间。三、实验仪器1)机电控制综合试验台：变频器（型号为FR—E540)+测速电机(型号为55ZYT63)2）信号发生器：型号为TD10183）数字存储示波器：型号为DS-5000M四、实验内容

4、1）按图1-1连接电机调速控制实验装置，给变频器输入1V的阶跃信号。2)用示波器探头将测速发电机的输出连接到示波器的通道1（CH1），并将探头开关设定为X10。按下[CH1]功能键显示通道1的操作菜单，用1号菜单操作键选择“直流"耦合。用3号菜单操作键选择探头衰减系数为“10X”。按下[AUTO］按钮,即可显示信号波形。3）用示波器观察和记录系统的阶跃响应曲线按下[CURSOR］光标测量功能键，显示[CURSOR］菜单,用1号菜单操作键选择“手动"模式，用2号菜单操作键选择“时间”类型，用水平和垂直[POSITION]旋钮分别移动两条垂直光

5、标到待测的图形位置即可测量两个时间值及其差值。若用2号菜单操作键选择“电压”类型,即可用水平和垂直[POSITION]旋钮分别移动两条水平光标到待测的图形位置测量两个幅值及其差值.4）在输入电压允许的范围内，给定不同输入电压，重复上述实验.根据实测曲线估算电机稳态增益和时间常数。取五次实验结果的平均值作为最终结果.表1-1试验数据记录表输入电压[V]测速电机机输出电压［V］`电机稳态转速[rpm]电机增益［rpm/V]电机时间常数[sec］0.51345五、实验报告1）对实验内容与实验过程进行描述;2）记录实验数据，对实验结果进行分析；3）

6、回答任意两道思考题;4）实验总结，包括实验中遇到的问题及思考、对本实验的意见与建议.六、思考题1)如何利用数字示波器观察阶跃响应曲线和测量一阶系统的时间常数？如何测量稳态增益?2）除了测速电机外，测量转速还有哪些方法？试画出系统方框图.3）为什么作为阶跃输入信号的方波信号,其周期要大于系统过渡过程时间的两倍？实验二频率特性测试实验一、实验目的1)熟悉典型系统的频域特性。2）掌握机电系统频域特性和传递函数的测试方法。二、实验原理实验原理如图2—1所示，信号发生器输出幅值恒定、频率可调的正弦波作为变频器的输入信号ui,用数字存储示波器测量测速发

7、电机的输出电压uo的幅值及uo与ui的相位差Ф.CH.10～5V0～10VCH.22变频器三相异步电机测速发电机信号发生器图2-1试验装置的构成5示波器电机调速系统开环频率特性可简化为一阶系统，其幅频特性和相频特性分别为：式中，K为稳态增益，为时间常数。该系统的Bode图如图2-2所示。图2-2系统传递函数的BODE图（对数幅频特性）ωm1010.1100L(ω)(dB)ω(1/s)－20dB/dec20log(K)3dB三、实验设备1）机电控制综合试验台:变频器(型号为FR-E540）+测速电机（型号为55ZYT63）2）信号发生器:型号

8、为TD10183）数字存储示波器：型号为DS-5000M四、实验内容1）按照图2—1连接实验装置。2）由信号发生器输出幅值为1V的正弦信号，改变信号频率f，使其分别为:2.5Hz