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1、控制工程基础实验指导书（机电工程专用书）北方工业大学机械系2008年12月实验一低阶系统的阶跃响应测试2实验二低阶系统的频率特性测试7附录1ELVIS简介14附录2放大器使用说明23实验一低阶系统的阶跃响应测试一、实验目的1.学习利用运算放大器上建立动态模型的方法。2.学习采用NIELVIS进行阶跃响应测试的方法。3.了解一、二阶系统阶跃响应的测试方法。实验设备NIELVIS套件、计算机。实验运算电路R21、比例环节传递函数:G(s)二U°(s)U©图比例环节2、一阶惯性环节传递函数:G(s)=~~Ts+其中k=Ht=r2cR3、二阶振
2、荡坏节传递函数：G（沪务式中：5=R2R4QC2若取“G=0.001RG=0.001,贝IJ：图1-3二阶振荡环节四、实验步骤1.比例环节响应测试1）断电，按图1・1所示比例环节的运算电路接线，取&=10KQ,选取仏=10KQ使K为1；2）放大器输入端接ELVIS信号发生器输出端，输出端接ELVIS数字示波器输入端；3）接线准确无误后，接通面包板电源；4）运行ELVIS,单击示波器并打开双通道，同时观测输入输出信号；单击信号发生器，选择方波,然后单击运行即可在示波器上观察到输入信号（蓝色）和输出信号（绿色）。波形正确后，单击single键将
3、波形锁定，单击保存图标保存波形数据，读取所需的参数；5）改变R?，使K分别为2,5,重复步骤1）、2）、3）、4）。2.一阶惯性环节响应测试建立一阶惯性环节模型，观测不同时间常数T下的阶跃响应曲线，并检验性能指标t,。1）断电，按图1・2所示一阶惯性环节的运算电路接线，在实验板RC插口上连接电阻R】=10K和OO.luF的电容，选配R?，使得T=0.001So2）放大器输入端接ELVIS信号发生器输出端，输岀端接ELVIS数字示波器输入端；3）接线准确无误后，接通而包板电源；4）运行ELVIS,单击示波器并打开双通道，同时观测输入输出信号；
4、单击信号发生器选择方波,并将信号频率设置在10赫兹。单击运行，观察输入输出波形，波形正确后，在示波器面板上单击single键锁定波形，单击保存图标保存波形数据。打开CURSORS可直接读出性能指标（5%误差带），并将其填入表1-1+,并与理论值进行比较；5）改变R?值，使T为0.0033s,重复步骤1）、2）3）、4）。表1-1一阶系统数据表格T(ms)R2(kQ)ts(ms)理论实测13.33.二阶振荡环节响应测试建立二阶振荡环节模型，观察不同阻尼比：吋的阶跃响应，分析二阶系统在单位阶跃信号作用下的动特性及系统结构参数变化对阶跃响应的影响
5、，并检验性能指标t$，（7%o1）断电，按图1・3所示二阶振荡环节的运算电路接线。其中R2=R4=10KQ,C严C2=0.1uF,,选配R3值，使：=0.15；2）放大器输入端接ELVIS信号发生器输出端，输出端接ELVIS数字示波器输入端；3）接线准确无误后，接通血包板电源；4）运行ELVIS,单击示波器并打开双通道，同吋观测输入输出信号；单击信号发生器选择方波,并将信号频率设置在10赫兹。单击运行，观察输入输出波形，波形正确后，在示波器面板上单击single键锁定波形,单击保存图标保存波形数据。打开CURSORS可直接读出性能指标（5%
6、误差带）t$、＜7%,并将其填入表1・2中，并与理论值进行比较；5）改变R?值，使$分别为0.7及2,重复以上操作。表1-2二阶系统数据表格R3(kQ)(7(%)ts(ms)理论实测理论实测0」50.72五、预习要求1.熟悉各类坏节运算电路，并推导传递函数。2.明确各类坏节的性能指标，并选取试验所需参数。六、实验报告要求1.写明班级、姓名、学号、实验名称、实验目的。2.画出各类环节的模拟运算电路。3.实验步骤。4.计算各类环节性能指标及选配的参数值，请列出计算过程。5.以表格形式列出实验结果及相应理论值，并作比较。6.思考题的解答。7.体会
7、。七、思考题1.一、二阶系统改变增益是否会出现不稳定现象？2.二阶系统试验线路中如何确保实现负反馈？实验二低阶系统的频率特性测试一、实验目的学习使用采集和分析软件及计算机测量系统或环节的频率特性的方法。二、实验设备NIELVIS,计算机。三、实验运算电路0.0012R、C取危g=o.ooir4c2=0.001,则:©=1000,"0.5四、实验原理1.系统的幅频特性系统的幅频特性是指输出信号与输入信号的幅值之比随频率变化的情况。因此可根据频率变化吋,幅值比的变化绘制出系统的幅频特性图。实验过程中改变信号频率，使用ELVIS采集输入和输出的
8、波形，从分析软件中读取信号的幅值大小，求出幅值比，绘制对数幅频特性图。1.系统的相频特性系统的相频特性图表示出输出信号和输入信号的相位差随频率变化的情况。由于系统输入输出信号相位
