控制工程实验指导书A4..doc

机械控制工程基础实验指导书 河北科技大学机械电子工程学院 机械电子工程实验中心 前 言 《机械控制工程基础》是沟通和加强数理基础与专业知识之间联系的一门技术基础课，是分析机械工程动力学系统的理论工具和方法。实验教学是本课程的一个重要教学环节。通过本课程设置的系统动态特性模拟实验，使学生掌握机械动力学系统特性的基本概念和基本理论；理解机械动力学系统有关参数对系统特性的影响；掌握系统动态参数的实验测试方法，学习有关仪器的使用方法。 自然界中，有多种多样的物理系统。但对不同的物理系统（环节）往往可以用相同的微分方程与传递函数来描述，即可以用形式相同的数学模型来描述，一般称能用形式相同的数学模型来描述的物理系统（环节）为相似系统（环节）。由于相似系统（环节）的数学模型在形式上相同，因此，可以用相同的数学方法对相似系统加以研究；可以通过一种物理系统去研究另一种相似的物理系统。 利用电子线路来模拟机械动力学系统，对学习控制工程课程的基本理论，培养理论联系实际的基本技能提供了方便，本课程实验采用的XMN－2型自动控制系统学习机就是用电子线路来模拟机械动力学系统。 由于编者水平有限，不妥之处，恳请读者批评指正。 编者 2009．5  目 录 实验一 阶系统的时间响应………………………………………………………………4 实验二 阶系统的频率响应 ……………………………………………………………12 实验一 系统的时间响应 一、实验目的 1．学习阶系统阶跃响应曲线的实验测试方法； 2．研究一阶惯性系统在阶跃信号输入下的瞬态响应，改变其时间常数T和增益K，观察在阶跃信号作用下系统过渡过程的变化。 3．研究二阶系统的两个重要参数ζ、ωn对阶跃瞬态响应指标的影响。 二、实验设备 XMN－2型学习机 CAE USB计算机辅助实验系统 万用表 计算机 三、实验内容 利用ＸＭＮ－２型学习机组成被测系统。 1. 一阶惯性系统 按照图1在ＸＭＮ－２型学习机上组成一阶惯性系统（被测系统），用计算机分别记录以下四组一阶惯性系统的阶跃响应曲线。具体参数见表1。 模拟电路图： 图１ 一阶系统模拟电路图 其系统传递函数方框图如下： X(S) Y (S) 图2 一阶系统传递函数框图 其传递函数为：G(S)= T=R12Cf K=R02/R01 表1 一阶惯性系统实验参数 第1组 第2组 第3组 第4组 传递函数 R01 1M 1M 200K 200K R02 1M 1M 1M 1M R11 1M 1M 1M 1M R12 1M 1M 1M 1M Cf 0.47μ 1μ 0.47μ 1μ X(t) 1V 1V 1V 1V 一阶惯性系统实验曲线 理 论 值 增益K 时间常数 T（s） 实 测 值 增益K 时间常数 T (s) 讨论： 简述实验结果及实验中的现象。 2.二阶振荡系统 按照图3在ＸＭＮ－２型学习机上组成二阶振荡系统（被测系统），用计算机分别记录以下五组二阶振荡系统的阶跃响应曲线。具体参数见表2。 模拟电路图： 图3 二阶系统模拟电路图 系统传递函数方框图 X(S) Y(S) + - + - 　 图4 二阶系统传递函数框图 其闭环传递函数为： 其中： T=RC  表2 二阶振荡系统实验参数 第１组 第2组 第3组 第4组 实 验 具 体 参 数 Ｒ １Ｍ １Ｍ １Ｍ １Ｍ Ｃ 0.47μ 1.0μ 1.0μ 1.0μ Ｒf 40K 40K 80K 120K Ri 100K 100K 100K 100K X(t) 1V 1V 1V 1V 二阶振荡系统实验曲线 理 论 值 ζ ωn