控制工程实验指导书

控制工程实验指导书（机电工程专用书）

北方工业大学

目录

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1 ELVIS 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NI EL VIS 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。 二、实验设备 NI EL VIS 套件、计算机。 三、实验运算电路 1、比例环节

传递函数：

K R R

s U s U s G i -=-==

1

20)()()(

图1-1 比例环节 2、一阶惯性环节

传递函数：

1)()()(0+-==

Ts K

s U s U s G i

其中C R T R R K 21

2==

图1-2 一阶惯性环节

3、二阶振荡环节

传递函数：2

2

2

02)(n

n n

i s s U U s G ωζωω++-== 式中：2

1422

1C C R R n =

ω

若取001.0001.02413==C R C R ，则：

2

32001

.01000C R n =

=ζω

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Ω=K R 101，选取Ω=K R 102使K 为1；

2）放大器输入端接EL VIS信号发生器输出端，输入接EL VIS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EL VIS，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

2

，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

s

。

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R1C1插口上连接电阻R

1

=10K

和C=0.1uF的电容，选配R

2

，使得T=0.001s。

2）放大器输入端接EL VIS信号发生器输出端，输入端接EL VIS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EL VIS，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，

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中，并与理论值进行比较；

5）改变R

2

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

3．二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ζ时的阶跃响应，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，并检验性能指标t

s ，%σ。

1）断电，按图1-3所示二阶振荡环节的运算电路接线。其中R

2=R

4

=10KΩ，C

1

=C

2

=0.1μF,，

选配R

3

值，使ζ=0.15；

2）放大器输入端接EL VIS信号发生器输出端，输入端接EL VIS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EL VIS，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，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）t

s 、%σ，

并将其填入表1-2中，并与理论值进行比较；

5）改变R3值，使ζ分别为0.7及2，重复以上操作。

表1-2二阶系统数据表格

五、预习要求

1．熟悉各类环节运算电路，并推导传递函数。

2．明确各类环节的性能指标，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，推导传递函数。

3．计算各类环节性能指标及选配的参数值。

4．以表格形式列出实验结果及相应理论值。

5．实验结果分析及理论值的比较。

6．思考题的解答。

7．体会。

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