27.一阶系统响应时间测量实验

实验二十七一阶系统响应时间测量实验

1. 简介

对一阶响应实验台，系统的输入x i(t)和输出x0(t)可等效为一阶测试系统。当系统输入为单位阶跃时，相应的微分方程为:

一阶系统的传递函数为:

式中，t为一阶系统的时间常数。

传感器敏感元件的响应输出滞后于物理量的变化，带来误差。这个误差可以用一阶系统的时间响应常数t来表示，t越小，系统响应越快。系统的时间响应常数可以通过测量系统在单位阶跃信号输入下的响应信号来完成。

通过本实验可以了解一阶系统阶跃响应的基本特性，并计算一阶响应的时间常数。

2. 结构组成

一阶响应系统实验台的结构示意如图1所示，结构总体尺寸为(长×宽×高)，主要包括的零件有：

图1 一阶响应实验台结构示意图

3. 操作说明

3.1 实验准备

运用一阶响应实验台进行实验教学所需准备的实验设备为：

1. drvi可重组虚拟实验开发平台1套

2. 一阶响应实验台（lyx-12-a）1套

3. 温度传感器（lwz-5-a）1个

4. 套筒（ltz-a）3个

5. 蓝津数据采集仪（ldaq-epp2）1台

6. 开关电源（ldy-a）1套

备齐所需的设备后，将开关电源的12v电源和恒温器背面的接线柱相连，温度传感器的5芯电缆和数据采集仪1通道连接，数据采集仪通过并口电缆与pc机并口连接。在保证接线无误的情况下，打开恒温器电源开关开始加热。

3.2 实验操作

1. 启动服务器，运行drvi主程序，开启drvi数据采集仪电源，然后点击drvi快捷工具条上的“联机注册”图标，进行主数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，启动drvi内置的“web服务器功能”，开始监听8500端口。

图2 一阶系统响应（服务器端）

2. 启动drvi中的“一阶系统响应（服务器端）”实验脚本。将温度传感器完全旋进套筒内，向容器内加入2/3的清水，打开实验台电源开关，旋动温度调节开关，选择一个温度开始加温。

3. 点击面板中的“测试”按钮，首先测量常温状态下温度传感器的数值，等加温到恒定温度后，将温度传感器投入到容器中，开始测量随着温度的升高趋势曲线的变化过程，当温度上升趋势变化到很缓慢的时候停止采样，然后点击“计算时间常数”按钮，此时在数码框中将显示出时间常数的计算值。

4. 客户端操作。通过网络安装drvi软件在客户端计算机上，在客户端运行drvi软件，首先进行客户端软件的联网注册，注册成功后打开“一阶系统响应（客户端）”实验脚本，修改网络采集芯片的ip地址和服务器ip地址一致，如图3所示。设定完毕后，在服务器端进行操作的同时进行客户端的相应操作，得出测量结果。

图3 一阶系统响应（客户端）

5. 更换不同厚度的套筒，再次测量温度响应并记录实验结果。

4. 实验报告要求

1. 简述实验原理和目的

2. 根据实验原理和要求整理出本实验的设计原理图。

附录：

1. 该实验的实验信号处理框图如图4所示

图4 一阶系统响应时间测量实验的信号处理流程图