《控制工程基础》实验指导书(3)

控制工程基础

1）动力学方程：

x0(t)?1xi(t)dt?T2）传递函数：

G(s)?X0(s)1?Xi(s)TsT-时间常数

CuiR1u0R2

c. 惯性环节

1）动力学方程： 2）传递函数：

Tdx0(t)?x0(t)?Kxi(t)dtT-时间常数 K-放大系数

G(s)?RX0(s)K?Xi(s)Ts?1CuiR1u0R2

d. 振荡环节

2?nG(s)?22s?2??ns??n传递函数：

?1T2s2?2?Ts?1

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控制工程基础

C1 C2 R2 50k 100k A2 R1 R3 100k A1 100k A3 100k

2.单位阶跃信号 阶跃信号

U(s)?L[u(t)]??u(t)edt??e?stdt00??st?x(t) 1 1?1????e?st???s?0s?t

3.单位阶跃输入下典型环节的响应

比例环节：x0(t)?K 积分环节：x0(t)?惯性环节：

1t Tx0(t)?1?e?t/T

e???n1??2振荡环节：x0(t)?1?sin(?t?arctg1??2?)

五、实验数据记录

1.比例环节模拟：

比例调节器 阶跃响应波形

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电阻增大 输入 输出 电阻减小 控制工程基础

2.积分环节模拟： 积分调节器 输入 输出

0.01u 0.1u 1u 10u 3.惯性环节模拟： 时间常数 调节器 输入 输出 0.01s C=0.1；R=100K 0.1s C=1；R=100K 1s 10s C=1；R=1000K C=10；R=1000K 六、实验报告要求

严格按照实验报告格式完成，且必须认真独立完成！ 1.实验目的 2.实验原理 3.实验技术路线图

1）实验仪器 2）接线方法 3）测试原理 4.实验数据记录及分析

1）记录各个典型环节在不同参数下单位阶跃输入的响应曲线状态。 2）实验结果和理论分析结果进行分析比较，找出两者不同之处及其原因。 5.思考题

1）各典型环节在工程中的基本含义是什么。

2）振荡环节的性能指标是什么？怎样才能构成振荡环节？ 3）根据参数的变化说明各典型环节之间的关系。

6.实验总结、体会与建议。

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控制工程基础

实验四 机械系统特性测试的单位脉冲法

一、实验准备知识

1.振动信号测试的一般过程；

2.力锤传感器、振动加速度传感器工作原理； 3.系统的单位脉冲响应。

二、实验目的

1.掌握系统单位脉冲在工程实践中的应用； 2.掌握传递函数实验法求解的一般步骤； 3.学会使用基于Labview平台的测试系统。

三、实验仪器

1.力锤（含力传感器）；2.电荷放大器；3.A/D卡；4.机械系统模型；5.振动加速度传感器；6.恒流源；7.计算机等。

四、实验原理

1.单位脉冲信号

若对实际脉冲的宽度取趋于零的极限，则为理想单位脉冲函数，记为?(t)。

???(t?0) ??(t)?1 ?(t)?????0(t?0)单位脉冲函数的拉氏变换为：X(s)?L[?(t)]?1

2.系统的单位脉冲响应

若对某一系统传递函数G(s)输入一单位脉冲信号，则系统的单位脉冲响应函数w(t)为： w(t)?L[G(s)??(s)]?L[G(s)]

故系统单位脉冲相应的拉普拉斯变换就是系统的传递函数，而系统的单位脉冲响应可以通过振动加速度传感器测试获得，从而可以获取机械系统的传递函数。

?1?1五、实验技术路线图

结合实验目的和《测试技术》课程中所学测试方法和测试原理，制定以下测试路线。

机力锤 械系统 电荷放大A/D转换 信号预处理 恒流源 A/D转换 信号预处理 传递函数 加速度传感器 - 14 -

控制工程基础

六、实验步骤

1.熟悉该实验涉及到的所有仪器，并掌握其工作时注意的问题； 2.根据实验技术路线图连接好线路；

3.打开电源，同时打开电脑中该实验测控软件；

4.选择用户界面（如下图所示）中，单位脉冲法测试系统特性按钮； 5.按下开始采集按钮，然后用力锤快速冲击机械系统模型；

6.调节测控系统界面上相关量程，就可以获得较为满意得传递函数曲线； 7.改变锤击力度和速度，观察传递函数曲线的变化； 8.读出系统各阶固有频率值；

9.测试完成，拆解实验线路，并把设备仪器归于原位。

七、实验报告要求

严格按照实验报告格式完成，且必须认真独立完成！ 1.实验目的 2.实验原理 3.实验技术路线图

1）实验仪器 2）接线方法 3）测试原理 4.实验数据记录及分析

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