机械工程控制基础实验指导书(简化版)

《机械工程控制基础》

实验报告

流体传动与控制研究所

编

流体传动与控制实验室

学院：

姓名：

班级：

学号：

指导老师：

机械自动化学院

二0 年月

目录

前言 (2)

实验注意事项 (2)

实验一、典型环节及其时间响应..........................................(3～7) 实验二、典型环节的频率特性测试........................................(8～12) 实验三、线性系统稳定性分析及其校正..................................(11～15)附录一、TKKL－1 型控制理论实验箱 (16)

附录二、TKKL－3 型控制理论实验箱 (17)

附录三、TD4011型频率特性分析仪前面板图 (18)

附录四、TD4652型慢扫描双踪示波器前面板图 (19)

附录五实验操作步骤说明 (22)

前言

《控制原理》是一门相对比较抽象的技术基础课。它的抽象在于控制理论高度概括和深刻揭示了客观世界具有普遍意义的一些本质属性，只有将其与机械、冶金、交通、管理等各种复杂系统联系起来时，人们才能真正体会到控制理论的深刻内涵。然而这些属性在电子电路系统中却表现得十分自然，因此控制原理实验也就成为《控制原理》课程与工程实践之间的一座桥梁。借助电子电路模拟系统可以使我们更好地理解和认识控制理论的一些基本概念和分析、设计方法。因此控制原理实验可以为同学们学习、运用控制理论知识，分析、解决与系统控制有关的工程问题奠定一个良好的基础。

本实验指导书是为机械自动化学院的机械电子工程、机械工程及自动化等专业学生进行《控制原理》课程的实验教学编写。该指导书列写了学习《控制原理》课程必做的3个基本实验，这些实验涉及到传递函数推导、时域响应、频域响应、稳定性分析等基本教学内容。以后将根据教学的情况和课时的调整增加控制器设计、非线性系统分析等更为深入的实验项目。为了使实验收到应有的效果，同学们在实验前务必复习与实验有关的教学内容。

在每个实验前，本实验指导书都简要地介绍了实验中所用到的实验仪器，同学们应预先熟悉这些仪器的使用，以避免损坏仪器，提高实验的效率。

实验注意事项：

1.实验前务必仔细阅读实验指导书，了解实验内容，熟悉实验原理、实验线路及实验方法，并根据实

验要求独立完成必要的分析、计算。

2.实验接线前必须先断开总电源及各分电源开关，严禁带电接线，接线完毕，待实验指导老师检查无

误后方可通电实验。

3.实验自始至终，实验板上要保持整洁，不可随意放置杂物，特别是导电的工具和多余的导线等。

4.实验完毕，应及时关闭各电源开关，并及时清理实验板面，整理好连接导线并放置到规定位置。

5.实验结束后按要求完成实验报告。

实验一典型环节及其时间响应

一、实验目的

1、熟悉TKKL——1型（或3型）控制理论电子模拟实验箱及相关仪器的使用。

2、观察一、二阶系统在阶跃输入信号作用下的瞬态响应。

3、学习用电路构造典型环节的方法。

4、根据阶跃响应曲线，确定系统的过渡过程时间，并与理论计算结果进行比较。

二、实验仪器

1、TKKL——1（或3型）型控制理论电子模拟实验箱一台

2、慢扫描双踪示波器(TD4652A)一台

3、频率特性分析仪（TD4011）一台

4、交直流数字万用表一只

三、实验内容

1、熟悉实验仪器

（1）模拟实验箱

实验中所用的电子模拟箱有两种类型即TKKL——1型和TKKL——3型（见附录1和附录2）。由于实验配套仪器齐全，在实验中只需使用实验箱中的电源和模拟电路（运放、电阻、电容等），因此这两种实验箱的实验功能是相同的，只是面板的布置略有不同，以及电阻、电容元件的配置有一定差异，但不会影响模拟电路的编排。

⏹电源

实验箱正面左下方装有电源总开关一只，控制总电源；在面板下方布置有一路±15V和±5V直流稳压电源，打开总电源后，打开直流电源开关，就会有相应直流电源输出。

⏹信号源

实验箱上信号源分为阶跃信号发生器和函数信号发生器，在实验时可直接使用XD5A型信号发生器产生各种信号，而不需要使用该信号源。

⏹电路布置

面板上的每个运算放大器通过与不同电阻、电容组合可分别构成比例环节、积分环节、惯性环节乃至二阶振荡环节。在实验时可根据具体的实验电路，将相应的电阻、电容用专用连接导线与运算放大器相连。

将导线插头插入相应插座时，略加旋转即可获得极大轴向锁紧力；拔出时，只要沿反方向略加旋转

即可轻松拔出。

⏹使用注意事项

a)先关闭实验箱所有电源开关，然后接通220V交流电源。

b)开启实验箱上的电源总开关，则开关指示灯被点亮。

c)用万用表的直流电压档测量面板上的±15V和±5V，看电压是否正确。

d)实验接线前必须断开总电源与各分电源开关，严禁带电接线。

e)实验完毕，应及时关闭各电源开关，并及时清理实验面板，整理好连接导线并放置到规定位置。（2）双踪示波器

实验中所用的TD4652A型示波器是用来显示被测信号的波形，示波器的前面板见附录4。

⏹输入部分

示波器有两个信号输入端Y1、Y2，可以同时显示两路信号。每路输入的增益可分为10档，即5mv/div~5v/div（5mv/格~5v/格），且每档还可扩展5倍（⨯5）。

⏹显示部分

显示器中信号的显示由“工作方式”的按键决定（见附录4）。可以只显示一路信号Y1或Y2（相应的键“Y1”或“Y2”按下），也可断续显示两路信号（“断续”键按下），或者分时显示每一路信号（“交替”键按下）。需要同时观察两路信号时，对于较低的频率，可以使用“断续”工作方式；而对于较高频率，则应使用“交替”工作方式。

⏹扫描部分

调整扫描频率（“T/ DIV”）可以调整显示器中信号波形的稳定性和清晰度（即调整波形的宽窄）。示波器的扫描频率分为23档（0.5μs/div~10s/div），在观察2s/div，5s/div，10s/div信号时，应将0.2s/div，0.5s/div，1.0s/div三档结合⨯10扩展按键按下。

应根据信号频率选择合适的扫描频率。如对于1Hz的信号，扫描频率可选为100ms/div或.2s/div，并结合微调旋纽来显示最佳波形。

⏹触发方式

一般采用常态、内触发，常态、外触发信号用于观察非周期和单次信号。

⏹同步选择

“Y1”同步用于观察Y1通道信号；“Y2”同步用于观察Y2通道信号；“交替触发”用于交替工作方式。

⏹同步方式选择

“常态”方式用于被测信号频率低于20Hz（结合电平调节）；“自动”方式用于被测信号频率高于