自动控制实验原理实验报告
班级：
姓名：
学号：
实验日期：
报告撰写日期：2013.7.8
目录
1.1 实验目的 (4)
1.2 实验原理及内容 (4)
1.3 实验步骤 (6)
1.4 实验结果及其分析 (9)
1.4.1、比例环节 (9)
1.4.2、惯性环节 (10)
1.4.3、积分环节 (11)
1.4.4、比例积分环节 (12)
1.5总结 (13)
自动控制原理实验2 (15)
实验名称：线性系统的时域分析 (15)
2.1 实验目的 (15)
2.2 实验原理及内容 (15)
2.3 实验步骤 (16)
2.4 实验结果及其分析 (19)
2.4.1、比例微分环节 (19)
2.4.2、PID（比例-微分-积分）环节 (20)
2.5总结 (21)
自动控制原理实验3 (23)
实验名称：二阶/三阶系统的瞬态响应和稳定性 (23)
3.1 实验目的 (23)
3.2 实验原理及内容 (23)
3.3 实验步骤 (24)
3.4 实验结果及其分析 (27)
3.4.1、二阶系统 (27)
3.4.2、三阶系统 (34)
3.5总结 (36)
4.1 实验目的 (38)
4.2 实验原理及内容 (38)
4.3 实验步骤 (39)
4.4 实验结果及其分析 (43)
4.4.1、一阶惯性环节 (43)
4.4.2、二阶闭环系统 (44)
4.4.3、二阶开环系统 (45)
4.5总结 (47)
自动控制原理实验1
实验名称：线性系统的时域分析
实验时间：2013.6.13
实验地点：航空楼A612室
实验学生（签名）：付泰2010300384
实验设备验收人员（签名）：
实验成绩：
实验指导教师（签名）：
1.1 实验目的
1、掌握线性系统的时域特性规律，观察比例环节，惯性环节，积分环节，比例积分环节输出时域响应曲线，并测量相应参数。
2、熟悉自动控制原理实验装置，能够熟练运用LabACTn软件解决线性系统的时域输出响应。
1.2 实验原理及内容
1、比例环节
典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。
图3-1-1 典型比例环节模拟电路
传递函数：0
1(S)(S)(S)R R K K
U U G i O =
== ； 单位阶跃响应： K
)t (U =
2、惯性环节
典型惯性环节模拟电路如图3-1-2所示。
图3-1-2 典型惯性环节模拟电路
传递函数：C R T R R K TS K
U U G i O 10
1
1(S)(S)(S)==+== 单位阶跃响应：)1()(0T
t e K t U --=
3、积分环节
典型积分环节模拟电路如图3-1-3所示。 传递函数：C R T TS
U U G i i O 01
(S)(S)(S)===
单位阶跃响应：t Ti
1)(t U 0=
图3-1-3 典型积分环节模拟电路
4、比例积分环节
典型比例积分环节模拟电路如图3-1-4所示.。
图3-1-4 典型比例积分环节模拟电路
传递函数：C R T R R K TiS
K U U G i i O 10
1)
11((S)
(S)(S)==
+== 单位阶跃响应：1
()1O U t K
t Ti =+（）
1.3 实验步骤
1、比例环节
（1） 构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及插孔连线，表如下。
（a ）安置短路套 （b ）插孔连线 （2）
运行、观察、记录：
选择线性系统时域分析／典型环节／比例环节，确认信号参数默认值后，点击《下载》、《开始》键后，实验运行。 2、惯性环节
（1） 构造模拟电路：按图3-1-2安置短路套及插孔连线，表如下。 （a ）安置短路套 （b ）插孔连线
模块号
跨接座号 1 A5
S4，S9，S11
（2） 运行、观察、记录：
选择线性系统时域分析／典型环节／惯性环节，确认信号参数默认值后，点击《下载》、《开始》键后，实验运行。
实验停止后，移动虚拟示波器横游标到输出稳态值×0.632处，得到与输出曲线的交点，再移动虚拟示波器
模块号
跨接座号 1 A5
S4，S8
1 信号输入（Ui ） B1（OUT1）→A5（H1）
2 运放级联 A5（OUT ）→A9（H1）
3 示波器联接
A9（OUT ）→B2（CH2）
1 信号输入（Ui ） B1（OUT1）→A5（H1）
2 运放级联 A5（OUT ）→A9（H1） 3
示波器联接
A9（OUT ）→B2（CH2）
两根纵游标，从阶跃开始到输出曲线的交点，量得惯性环节模拟电路时间常数T 。 3、积分环节
构造模拟电路：按图3-1-3安置短路套及插孔连线，表如下。
（a ）安置短路套 （b ）插孔连线
模块号
跨接座号 1 A5
S5，S11，S12
（1） 运行、观察、记录：
选择线性系统时域分析／典型环节／积分环节，本实验用手控阶跃信号代替矩形波作为信号输入，实验前应把“手控阶跃开关”拨下，确认手控阶跃信号幅度默认值后，点击《下载》、《开始》键后，实验运行，把“手控阶跃开关”多次拨上、拨下，观察相应实验现象。积分环节输入如为0时，输出为平线，输入如不为0时，输出为斜线，斜率等于积分环节时间常数Ti 的倒数。
积分环节模拟电路时间常数Ti 的测量：
移动虚拟示波器两根横游标到ΔV=1V （与输入相等）处，得到与输出曲线的两个交点，再移动虚拟示波器两根纵游标到该两个交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti 为1秒。 4、比例积分环节
（1） 构造模拟电路：按图3-1-4安置短路套及插孔连线，表如下。 （a ）安置短路套 （b ）插孔连线
1 信号输入（Ui ） B1（OUT1）→A5（H1）
2 运放级联 A5（OUT ）→A9（H1） 3
示波器联接 B1（OUT1）→B2（CH1）
4
A9（OUT ）→B2（CH2） 1 信号输入（Ui ） B1（OUT1）→A5（H1） 2 运放级联
A5（OUT ）→A9（H1）
（2） 运行、观察、记录：
选择线性系统时域分析／典型环节／比例积分环节，本实验用手控阶跃信号代替矩形波作为信号输入，实验前应把‘手控阶跃开关’拨下，确认手控阶跃信号幅度默认值后，点击《下载》；点击《开始》键后，实验运行，把“手控阶跃开关”多次拨上、拨下，观察相应实验现象。积分环节输入如为0时，输出为平线，输入如不为0时，输出为斜线，斜率等于积分环节时间常数Ti 的倒数与比例环节比例系数K 的乘积。
积分环节模拟电路时间常数Ti 和比例环节比例系数K 测量：
在实验过程中“手控阶跃开关”拨上或拨下时，输出值将会上跳或下跳一个比例系数K ×输入值。本试验中采用单位阶跃信号作为输入，输出值将会上跳或下跳一个比例系数K 。
移动虚拟示波器的两根横游标，使两根横游标间的间距为ΔV=K V ，此时两根横游标与输出曲线有两个交点。再移动虚拟示波器两根纵游标到这两个交点，两根纵游标间的间距ΔT 即为积分环节模拟电路时间常数Ti 。本试验中采用单位阶跃信号作为输入，故ΔV=1V ，最终测量应Ti 为1秒。
3
示波器联接 B1（OUT1）→B2（CH1） 4
A9（OUT ）→B2（CH2）
模块号 跨接座号 1 A5
S5，S6，S7
1.4 实验结果及其分析
1.4.1、比例环节
由实验图可以看出该比例环节的输入信号为4V的阶跃信号，输出信号为1.994V的阶跃信号，由于取值不准，可近似认为是2V的阶跃信号，从而可以得出，该比例环节的放大倍数为2，即K=2；
由图可得，输入信号为4V 的阶跃信号，输出信号也为4V 的稳定值，故该惯性环节的放大倍数为1，即K=1，由惯性环节公式)1()(0T
t e K t U --=可知，当U=(1-1/e)U(0)时，对应的t 值即为T 值，故取U=4*0.632=2.52V ，由图中取值可以得出模拟电路时间常数T=0.215s
由图可得，输入信号为1V 的阶跃信号，积分环节公式为t Ti
1)(t U 0 ，通过测量输出信号的斜线段的斜率的
倒数，可以得出K 值，由图中数值计算可得模拟电路时间常数Ti =1.062/1.012=1.049s ，理论值为1s ，误差在5%以内，数值可以接受
1.4.4、比例积分环节
由图可得输入信号为1V 的阶跃信号，由公式1()1O U t K t Ti
=+（）
，得出在阶跃信号撤去以后输出信号的变化值为放大倍数K 值，斜线部分的斜率即为K/T 值，由图中截取数据可以得出K=0.982，斜率为0.915，T=0.928/0.915=1.014s ，理论值为1s ，误差在5%之内，该数据可以接受。
1.5总结
1） 对惯性环节的分析：
根据实验电路图及其各参数决定式可知，其开环增益K 的决定式与比例环节、比例积分环节相同，而对于惯性环节的时间常数T=R1·C ，当C 非常小时，T 很小，当满足误差要求时，可以看做比例环节，其开环增益通过调节R0来达到与比例环节相同；可以通过惯性环节的前两个输出图比较得出。而当C 非常大时，惯性环节的T 也非常大，相当于C 使R1断路，其输出图像曲线的曲率逐渐减小，可以近似看做直线，此时便可以看做积分环节，曲线的斜率可以通过 调节输出的稳态电压调节，当稳态电压大时，调节时间常数可以把近似曲线的斜率调节到与积分环节曲线近似。
2）对积分环节与比例积分环节的分析：
积分环节与比例积分环节电路的差别为电容处比例积分环节串联了电阻R1。如此的差别，使得两者的响应输出发生变化。
积分环节中，当接通阶跃信号时，输出为时间的一次函数曲线，而此时断开阶跃信号，则输出曲线驻留在前一时刻达到的最高点，当再次接通阶跃信号时电容继续充电，所以输出曲线又为一次函数，且斜率不变，有时候发现当输出电压满5V后变为斜率为零，我认为是此时运放工作在非线性区的缘故，即电容器充满。
比例积分环节中，根据电路图，输出电压为比例环节与积分环节的组合，看输出图像，从左到右，当第一个阶跃信号产生时输出信号直接跳到一个初始值，这个初始值是由比例部分决定的，大小为K倍（K=R1/R0）输入电压；接着便按积分环节变化，；当阶跃信号为零时，输出信号却是下降一个台阶，与积分环节有区别，我认为是因为电阻R1的存在，使得电容给输出的电流只能是一平均值形式出现，因而与积分环节不同，有一个台阶，也正因为求平均所以下来的台阶高度比初始的阶跃高；积分环节没有台阶是因为没有电阻R1，因而不需要对其求平均而没有下台阶。后面的响应也是如此原因。
3）对比例积分环节的分析：
本组只做了两次实验，修改了R0的数值大小，由输出图像可以得到输出响应的最大值和稳态值均与R0有关，R0增大一倍，最大值与稳态值也增大一倍，说明比例微分环节的输出最值与稳态值是由比例电路部分确定的，而R0值的改变不会影响T，两次输出的T相等。
4）对响应与输入的分析：
对于所有的图，都可以看见响应与输入是有延迟的，而理论上是没有的，有输入即有输出。我认为这是由物理现实决定的，光速也有极限，因此这种延迟是必然的，但是在如此短暂的电路中竟有如此明显的延迟，我认为和运放的晶体管有直接关系，是晶体管的工作原理使得产生了延迟。
5）误差分析：
本实验截图中无明显的稳态误差出现，说明实验仪器是具有较高精度的。较大的误差是读数误差。另外由于游标线的移动有最小标度值，因此这也会带来读书误差。
自动控制原理实验2
实验名称：线性系统的时域分析 实验时间：2013.6.17 实验地点：航空楼A612室
实验学生（签名）：付泰 2010300384 实验设备验收人员（签名）： 实验成绩：
实验指导教师（签名）：
2.1 实验目的
1、掌握线性系统的时域特性规律，观察比例微分环节、比例-积分-微分环节输出时域响应曲线，并测量相应参数。
2、熟悉自动控制原理实验装置，能够熟练运用LabACTn 软件解决线性系统的时域输出响应。
2.2 实验原理及内容
1、比例微分环节
为了便于观察比例微分的阶跃响应曲线，本实验增加了一个小惯性环节，其模拟电路如图3-1-5所示。
图3-1-5 典型比例微分环节模拟电路
实际比例微分环节的传递函数：)11((S)
(S)(S)S
TS K U U G i O τ++==
微分时间常数：C R R R R R T )(
32
12
1++=
惯性时间常数：C R 3=τ 0
2
1R R R K +=
额外定义如下参数：3
321)//(R R R R K D += s K T D 06.0=?=τ
比例微分环节对幅值为A 的阶跃响应为：))(()(K t KT A t U A +=δ 2、PID （比例-积分-微分）环节
PID （比例-积分-微分）环节模拟电路如图3-1-6所示。
图3-1-6 PID （比例-积分-微分）环节模拟电路
典型PID 环节的传递函数： s T K s
T K
K s T s T K s U s U s G d p i p p d i p i O ++=++==)11()()()(
其中 232121)(C R R R R R T d ++=， 121)(C R R T i +=， 0
21R R R K p +=。
惯性时间常数： 23C R =τ， τ?=D d K T ， 3
321)R //(R R R K D +=。
典型PID 环节对幅值为A 的阶跃响应为：])([)(0t T K t T K K A t U i
p d p p +
+?=δ
2.3 实验步骤
1、比例微分环节
（1）构造模拟电路：按图3-1-5安置短路套及插孔连线，表如下。
（a ）安置短路套 （b ）插孔连线
模块号
跨接座号 1 A4
S4，S6，S7
1 信号输入（Ui ） B1（OUT1）→A4（H1）
2 运放级联
A4（OUT ）→A8（H1）
（2）运行、观察、记录：
选择线性系统时域分析／典型环节／比例微分环节，确认信号参数默认值后，点击《下载》、《开始》键后，实验运行。 实验停止后：
①用示波器量得输出端（U o ）的稳态电压U inf ，K A U ?=inf 。
②用示波器量得输出端（U o ）的最大电压U max ，减去稳态输出电压U inf ，然后乘以0.632，得到?U ，即632.0)( inf max ?-=U U ΔU 。
③将虚拟示波器的一根横游标方置在最大电压U max 处，调整另一根的位置，直到两横向游标间的间距为?U 为止。此时，两根横游标与指数曲线产生两个交点，再移动虚拟示波器的两根纵游标，分别与这两个交点重合，则两根纵向游标间的间距Δt 即为τ。
④已知K D =6，图3-1-9的比例微分环节模拟电路微分时间常数：τ?=D D K T 。 注：
建议对相同的参数设置，进行多次实验，选择系统输出最大电压U max 最接近])(1[ττ-+?T K A 的一次，作为最终的结果实验，并在其上测量系统的惯性时间常数τ。
由于本实验机尽管A/D 转换速度很高，但受到串口通讯速度的限制，不能完全地显示比例微分环节的输出，因此建议用具有较高带宽的数字示波器观察。 PID （比例-积分-微分）环节
（1）构造模拟电路：按图3-1-6安置短路套及插孔连线，表如下。
（a ）安置短路套 （b ）插孔连线
3 示波器联接 A8（OUT ）→B2（CH2）
（2）运行、观察、记录：
选择线性系统时域分析／典型环节／比例积分微分环节，确认信号参数默认值后，点击《下载》、《开始》键后，实验运行。
实验停止后：
① 点击《开始》键后，实验运行。
② 待实验运行结束后，在输出电压U o 的积分曲线部分（较为平整的斜坡曲线部分），调整虚拟示波器两根横
向游标的间距，使p K A U ?=? ，得到两根横向游标与响应曲线的两个交点。
③ 再分别移动示波器两根纵向游标，与第②步所获得的两个交点重合。此时，两根纵向游标间的间距Δt 即
为 PID 环节积分时间常数T i 。
④ 将A4单元中标识为S7的短路套套上，则原理图3-1-11中的电容C1被短路，典型PID 环节转化为3.1.1.5
的比例微分环节。点击开始，用示波器观测A8单元的输出端U o ’，其响应曲线如图3-1-10所示。 ⑤ 用示波器量得输出端（U o ’）的稳态电压U inf ’ ，K A U ?='inf 。
⑥ 用示波器量得输出端（U o ’）的最大电压U max ’，减去稳态输出电压U inf ’，然后乘以0.632，得到?U ’，
即632.0)( inf max ?'-'='U U U Δ。
⑦ 将虚拟示波器的一根横游标方置在最大电压U max ’处，调整另一根的位置，直到两横向游标间的间距为
?U ’为止。此时，两根横游标与指数曲线产生两个交点，再移动示波器的两根纵游标，分别与这两个交
点重合，则两根纵向游标间的间距Δt ’即为τ。
⑧ 已知K D =6，图3-1-11的比例微分环节模拟电路微分时间常数：τ?=D D K T 。 注：
模块号 跨接座号 1 A4
S4，S6
1 信号输入（Ui ） B1（OUT1）→A4（H1）
2 运放级联 A4（OUT ）→A8（H1） 3
示波器联接
A8（OUT ）→B2（CH2）
建议对相同的参数设置，进行多次实验，选择系统输出最大电压U max ’最接近])(1[ττ-+?d p T K A 的一次，作为最终的结果实验，并在其上测量系统的惯性时间常数τ。
由于本实验机尽管A/D 转换速度很高，但受到串口通讯速度的限制，不能完全地显示比例微分环节的输出，因此建议用具有较高带宽的数字示波器观察。
2.4 实验结果及其分析
2.4.1、比例微分环节
由图可得，输入为0.5V 的阶跃信号和一个脉冲信号，由比例微分环节公式))(()(K t KT A t U A +=δ可知当时间t 趋于无穷时的输出信号值为放大倍数K 值，由图可得K=1，用示波器量得输出端（U o ）的最大电压和稳态输出电压的差值为2.2V ，然后乘以0.632，得到?U=1.39，即632.0)( inf max ?-=U U ΔU ，该两点之间的横向坐
标Δt 即为τ。s K T D D 06.06010.0=?=?=τ，理论值为0.06s ，该结果可信可靠。
2.4.2、PID （比例-微分-积分）环节
《自动控制原理》 实验报告 姓名： 学号： 专业： 班级： 时段： 成绩： 工学院自动化系
实验一 典型环节的MATLAB 仿真 一、实验目的 1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。 2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。 3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验原理 1．比例环节的传递函数为 K R K R R R Z Z s G 200,1002)(211 212==-=-=- = 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。 三、实验内容 按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK 仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。 ① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ； ② 惯性环节11)(1+= s s G 和1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节s s G =)(1 ⑤ 比例+微分环节（PD ）2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G ⑥ 比例+积分环节（PI ）s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+= 四、实验结果及分析 图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形
① 仿真模型及波形图1)(1=s G 和2)(1=s G ② 仿真模型及波形图11)(1+= s s G 和1 5.01)(2+=s s G 11)(1+= s s G 1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节
第二章 平面机构的结构分析 题2-1 图a 所示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A 连续回转；而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构使冲头4上下运动，以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析是否能实现设计意图，并提出修 改方案。 解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。(图2-1a) 2)要分析是否能 实现设计意图,首先要计算机构的自由度。尽管此 机构有4个活动件，但齿轮1和凸轮2是固装在轴A 上，只能作为一个活动件， 故 3=n 3=l p 1=h p 01423323=-?-?=--=h l p p n F 原动件数不等于自由度数，此简易冲床不能运动，即 不能实现设计意图。 分析：因构件3、4与机架5和运动副B 、C 、D 组成不能运动的刚性桁架。故需增加构件的自由度。 3)提出修改方案：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或用一个高副来代替一个低副。 (1) 在构件3、4之间加一连杆及一个转动副(图2-1b)。 (2) 在构件3、4之间加一滑块及一个移动副(图2-1c)。 (3) 在构件3、4之间加一滚子(局部自由度)及一个平 面高副(图2-1d)。 讨论：增加机构自由度的方法一般是在适当位置上添加一个构件（相当于增加3个自由度）和1个低副（相当于引入2个约束），如图2-1（b ）（c ）所示，这样就相当于给机构增加了一个自由度。用一个高副代替一个低副 也可以增加机构自由度，如图2-1（d ）所示。 题2-2 图a 所示为一小型压力机。图上，齿轮1与偏心轮1’为同一构件，绕固定轴心O 连续转动。在齿轮5上开有凸轮轮凹槽，摆杆4上的滚子6嵌在凹槽中，从而使 摆杆4绕C 轴上下摆动。同时，又通过偏心轮1’、连杆2、滑杆3使C 轴上下移动。最后通过在摆杆4的叉槽中的滑块7和铰链G 使冲头8实现冲压运动。试绘制其机构 运动简图，并计算自由度。 解：分析机构的组成： 此机构由偏心轮1’（与齿轮1固结）、连杆2、滑杆3、摆杆4、齿轮5、滚子6、滑块7、冲头8和机架9组 成。偏心轮1’与机架9、连杆2与滑杆3、滑杆3与摆杆4、摆杆4与滚子6、齿轮5与机架9、滑块7与冲头8均组成转动副， 滑杆3与机架9、摆杆4与滑块7、冲头8与机架9均组成移动副，齿轮1与齿轮5、凸轮(槽)5与滚子6组成高 副。故 解法一：7=n 9=l p 2=h p 12927323=-?-?=--=h l p p n F 解法二：8=n 10=l p 2=h p 局部自由度 1='F 1 1210283)2(3=--?-?='-'-+-=F p p p n F h l 题2-3如图a 所示为一新型偏心轮滑阀式真空泵。其偏心轮1绕固定轴A 转动，与外环2固连在一起 的滑阀3在可绕
第五章 线性系统的频域分析与校正 习题与解答 5-1 试求题5-75图(a)、(b)网络的频率特性。 u r R 1 u c R 2 C C R 2R 1 u r u c (a) (b) 图5-75 R-C 网络 解 （a)依图： ???? ????? +==+=++= + + =21211112 12111111 22 1 )1(11) ()(R R C R R T C R R R R K s T s K sC R sC R R R s U s U r c ττ ω ωτωωωωω11121212121) 1()()()(jT j K C R R j R R C R R j R j U j U j G r c a ++=+++== (b)依图：?? ?+==++=+ ++ =C R R T C R s T s sC R R sC R s U s U r c )(1 1 11) () (212 2222212ττ ω ω τωωωωω2221211)(11)()()(jT j C R R j C R j j U j U j G r c b ++=+++== 5-2 某系统结构图如题5-76图所示，试根据频率特性的物理意义，求下列输入信号作用时，系统的稳态输出)(t c s 和稳态误差)(t e s （1） t t r 2sin )(= （2） )452cos(2)30sin()(?--?+=t t t r 解 系统闭环传递函数为: 2 1 )(+= Φs s 图5-76 系统结构图
频率特性: 2 244221)(ω ω ωωω+-++=+=Φj j j 幅频特性: 2 41 )(ω ω+= Φj 相频特性: )2arctan()(ω ω?-= 系统误差传递函数: ,2 1 )(11)(++=+= Φs s s G s e 则 )2 arctan(arctan )(, 41)(22ω ωω?ωωω-=++= Φj j e e （1）当t t r 2sin )(=时, 2=ω，r m =1 则 ,35.08 1 )(2== Φ=ωωj ο45)22 arctan()2(-=-=j ? ο 4.186 2 arctan )2(, 79.085 )(2====Φ=j j e e ?ωω )452sin(35.0)2sin()2(οο-=-Φ=t t j r c m ss ? )4.182sin(79.0)2sin()2(ο +=-Φ=t t j r e e e m ss ? （2） 当 )452cos(2)30sin()(?--?+=t t t r 时: ???====2 , 21,12211m m r r ωω ο5.26)21arctan()1(45.055)1(-=-=== Φj j ? ο4.18)3 1arctan()1(63.0510)1(====Φj j e e ? )]2(452cos[)2()]1(30sin[)1()(j t j r j t j r t c m m s ??+-?Φ-++?Φ=ο ο )902cos(7.0)4.3sin(4.0ο ο --+=t t )]2(452cos[)2()]1(30sin[)1()(j t j r j t j r t e e e m e e m s ??+-?Φ-++?Φ=ο ο )6.262cos(58.1)4.48sin(63.0ο ο --+=t t 5-3 若系统单位阶跃响应 )0(8.08.11)(94≥+-=--t e e t h t t 试求系统频率特性。
实验报告 课程名称：自动控制原理 实验项目：典型环节的时域相应 实验地点：自动控制实验室 实验日期：2017 年 3 月22 日 指导教师：乔学工 实验一典型环节的时域特性 一、实验目的 1.熟悉并掌握TDN-ACC+设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。
2.熟悉各种典型环节的理想阶跃相应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异，分析原因。 3.了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验设备 PC 机一台，TD-ACC+(或TD-ACS)实验系统一套。 三、实验原理及内容 下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。 1．比例环节 (P) (1)方框图 (2)传递函数： K S Ui S Uo =) () ( (3)阶跃响应：) 0()(≥=t K t U O 其中 01/R R K = (4)模拟电路图： (5) 理想与实际阶跃响应对照曲线： ① 取R0 = 200K ；R1 = 100K 。 ② 取R0 = 200K ；R1 = 200K 。
2．积分环节 (I) (1)方框图 (2)传递函数： TS S Ui S Uo 1 )()(= (3)阶跃响应： ) 0(1)(≥= t t T t Uo 其中 C R T 0= (4)模拟电路图 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取R0 = 200K ；C = 1uF 。 ② 取R0 = 200K ；C = 2uF 。
1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 理想阶跃响应曲线 0.4s 1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 实测阶跃响应曲线 0.4s 10V 无穷 3．比例积分环节 (PI) (1)方框图： (2)传递函数： (3)阶跃响应： (4)模拟电路图： (5)理想与实际阶跃响应曲线对照： ①取 R0 = R1 = 200K；C = 1uF。 理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线 ②取 R0=R1=200K；C=2uF。 K 1 + U i(S)+ U o(S) + Uo 10V U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t Uo 无穷 U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t
奥鹏17春西工大16秋《机械原理》在线作业 一、单选题（共5 道试题，共12.5 分。） 1. 机械原理研究的对象是（）。 A. 机械 B. 机构 C. 机器 D. 构件 正确答案： 2. 一对齿轮的传动比是指该两齿轮的（）之比。 A. 大小 B. 质量 C. 加速度 D. 角速度 正确答案： 3. 两构件以面接触所构成的运动副称为（）。 A. 副 B. 高副 C. 低副 D. 运动副 正确答案： 4. 两构件以点或线接触所构成的运动副称为（）。 A. 高副 B. 低副 C. 运动副 D. 转动副 正确答案： 5. 机械中各执行机构、执行构件完成工艺动作的时序协调，是由（）来解决的。 A. 机构简图 B. 机构运动简图 C. 机械运动简图 D. 机械运动循环图 正确答案： 西工大16秋《机械原理》在线作业
二、多选题（共20 道试题，共50 分。） 1. 根据力对机械运动影响的不同，可分为（）。 A. 驱动力 B. 有效阻抗力 C. 有害阻力 正确答案： 2. 影响重合度的主要参数有（）。 A. 齿数 B. 模数 C. 啮合角 D. 齿顶圆压力角 正确答案： 3. 绘制机构运动简图的主要步骤是（）。 A. 搞清机械的实际构造和运动情况 B. 查明该机构是由多少构件组成的 C. 各构件之间构成了何种运动副 D. 恰当的选择投影面 E. 选择适当的比例尺进行绘制 正确答案： 4. 机械是（）的总称。 A. 机器 B. 机构 C. 自由度 D. 运动副 正确答案： 5. 机构速度分析的图解法可分为（）。 A. 绝对瞬心 B. 相对瞬心 C. 矢量方程图解法 D. 解析法 正确答案： 6. 在行星轮系中，各轮齿数的选配需满足的条件有（）。 A. 尽可能近似地实现给定的传动比 B. 满足同心条件 C. 满足均布条件 D. 满足邻接条件 正确答案： 7. 凸轮式间歇运动机构主要优点有（）。 A. 动载荷小 B. 无刚性和柔性冲击
模 拟 电 路 设 计 实 验 报 告 西北工业大学 赵致远2014302170 裘天成2014302171 2016年1月1日 实验一：电源 1.实验目的： ●学习开关型和线性型直流稳压电源原理。 ●认识电解电容与陶瓷电容的区别。 ●认识电感的作用。 ●学会通过芯片datasheet(数据表)了解其工作特性及参数指标 ●掌握直流稳压电源主要指标的意义与其测试方法。
熟悉开关型与线性型直流稳压电源的优缺点与其区别。 2.实验原理： a.线性稳压原理： 特点： 1.输出电压绝对值必须比输入电压绝对值低 2.输出三极管或者MOS管工作在放大状态，导通压降大，输入输 出电压压差大时效率较低。 3.输出电流能力较小 4.输出电压纹波小 5.无开关动作和EMI b.开关稳压原理： 降压 负压 升压
V SW I L V OUT ΔI L ΔV OUT T ON T 特点： 1.能够实现升压，降压，负压转换 2.采用开关传输能量，效率高。 3.具有大电流输出能力 4.输出纹波较大 5.开关动作产生较大EMI和系统电源噪声 3.实验内容： a.实验1：MC34063开关稳压电路 降压输出5V 负压输出-5V
1. 计算参数。 方法：依据MC34063 数据手册(datasheet)中，降压(step-down)和负压(Voltage-Inverting)部分提供的公式计算。 计算开关频率f和导通时间T ON：首先，依据选定的电容C T的值及其公式计算出T ON大小，之后根据T ON/T OFF比值公式计算出T OFF大小。T ON与T OFF之和为开关周期。计算得出开关频率大小。 通过反馈电阻R1，计算反馈电阻R2值。 已知确定R1，通过datasheet中提供的公式计算设定V OUT所需的电阻R2值。 并且调整好可调电阻大小。 计算最大输出电流I OUT(max) 2. 搭建电路。 3. 测试参数 A: 输出电压V OUT 电压表直接测量输出端的电压，并记录。 B：输出纹波 输入电压V IN=25V，负载电阻100Ω时，通过示波器AC档测试V OUT波形，读取纹波大小。 C: 开关频率f和导通时间T ON 输入电压V IN=25V，负载电阻100Ω时，测量开关节点引脚2的波形频率。 高电平时间为导通时间T ON。 D: 负载调整率 输入电压V IN=25V，在输出负载上串联电流表，接入V OUT端，调节负载电阻100Ω和50Ω变化。记录两个负载下输出电压值，计算负载调整率。 E：线性调整率 输入电压V IN在15V到25V变化，负载电阻100Ω时，记录输出电压变化值，计算线性调整率。 F：效率 输入电压V IN=25V，负载电阻100Ω时效率。 G：短路电流 输出负载0.1ohm，串联电流表，接入V OUT端，记录此时的输出电流值。b.实验2：LM7805线性降压电路
一、 习 题 及 解 答 第1章习题及解答 1-1 根据图1-15所示的电动机速度控制系统工作原理图，完成： (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：，d a ?c b ?； （2）系统方框图如图解1-1 所示。 1-2 图1-16是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开、闭的工作原理，并画出系统方框图。 图1-16 仓库大门自动开闭控制系统 解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，
偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。 1-3 图1-17为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 图1-17 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出所控制偏差电压，经电压放大器、功率放大器放大成后，作为 况下，炉温等于某个期望值e u a u 控制电动机的电枢电压。 在正常情T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0=?=f r e u u u 故01，==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失量正好等于从加热器吸的热取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以
实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析） 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些？ 2、 如何判断系统稳定性？ 3、 系统的动态性能指标有哪些？ 三、实验方法 （一） 四种典型响应 1、 阶跃响应： 阶跃响应常用格式： 1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应： 脉冲函数在数学上的精确定义：0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为：) ()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ② ); ,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = （二） 分析系统稳定性 有以下三种方法： 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图； 2、 利用tf2zp 求出系统零极点； 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.
免费 版 平面机构的结构分析 1、如图a 所示为一简易冲床的初拟设计方案，设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A 连续回转；而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析其是否能实现设计意图？并提出修改方案。 解 1）取比例尺l μ绘制其机构运动简图（图b ）。 2）分析其是否能实现设计意图。 图 a ） 由图b 可知，3=n ，4=l p ，1=h p ，0='p ，0='F 故：00)0142(33)2(3=--+?-?='-'-+-=F p p p n F h l 因此，此简单冲床根本不能运动（即由构件3、4与机架5和运动副B 、C 、D 组成不能运动的刚性桁架），故需要增加机构的自由度。 图 b ） 3）提出修改方案（图c ）。 为了使此机构能运动，应增加机构的自由度（其方法是：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或者用一个高副去代替一个低副，其修改方案很多，图c 给出了其中两种方案）。 图 c1） 图 c2） 2、试画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。 图a ） 解：3=n ，4=l p ，0=h p ，123=--=h l p p n F 图 b ） 解：4=n ，5=l p ，1=h p ，123=--=h l p p n F 3、计算图示平面机构的自由度。将其中的高副化为低副。机构中的原动件用圆弧箭头表示。 3－1 解3－1：7=n ，10=l p ，0=h p ，123=--=h l p p n F ，C 、E 复合铰链。 3－2
解3－2：8=n ，11=l p ，1=h p ，123=--=h l p p n F ，局部自由度 3－3 解3－3：9=n ，12=l p ，2=h p ，123=--=h l p p n F 4、试计算图示精压机的自由度 解：10=n ，15=l p ，0=h p 解：11=n ，17=l p ，0=h p （其中E 、D 及H 均为复合铰链） （其中C 、F 、K 均为复合铰链） 5、图示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度，并分析组成此机构的基本杆组。又如在该机构中改选EG 为原动件，试问组成此机构的基本杆组是否与前者有所不同。 解1）计算此机构的自由度 2）取构件AB 为原动件时 机构的基本杆组图为 此机构为 Ⅱ 级机构 3）取构件EG 为原动件时 此机构的基本杆组图为 此机构为 Ⅲ 级机构 平面机构的运动分析 1、试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置（用符号ij P 直接标注在图上）。 2、在图a 所示的四杆机构中，AB l =60mm ，CD l =90mm ，AD l =BC l =120mm ，2ω=10rad/s ，试用瞬心法求： 1） 当?=ο165时，点C 的速度C v ? ； 2） 当?=ο 165时，构件3的BC 线上速度最小的一点E 的位置及其速度的大小； 3）当C v ? =0 时，?角之值（有两个解）。 解1）以选定的比例尺l μ作机构运动简图（图b ）。 b) 2）求C v ? ，定出瞬心13P 的位置（图b ） 因13p 为构件3的绝对速度瞬心，则有： 3）定出构件3的BC 线上速度最小的点E 的位置 因BC 线上速度最小之点必与13P 点的距离最近，故从13P 引BC 线的垂线交于点E ，由图可得： 4）定出C v ? =0时机构的两个位置（作于 图C 处），量出 ?=6.2262? c)
实验二调幅接收系统实验 一、实验目的和内容： 图2为实验中的调幅接收系统结构图（虚框部分为实验重点，低噪放电路下次实验实现，本振信号由信号源产生。）。通过实验了解和掌握调幅接收系统，了解和掌握三极管混频器电路、中频放大/AGC电路、检波电路。 图2 调幅接收系统结构图 二、实验原理： 1、晶体管混频电路： 给出原理图，并分析其工作原理。 原理：混频电路将高频载波信号或已调波信号经过滤波、放大，将其频率变换为固定频率的信号且该高频滤波信号的频谱内部结构和调制类型保持不变，仅仅改变其频率。 2、中频放大/AGC和检波电路： 给出原理图，并分析其工作原理。 原理：中频输入信号通过中放电路放大中频信号，抑制干扰信号，连接AGC电路实现自动增益控制，接着连接二极管检波电路和低通滤波器，从中取出调制信号。 3、调幅接收系统： 给出系统框图，并简述其工作原理。 检波 低噪放混频 中放 /AGC 本振
工作原理：天线接收信号通过滤波器滤波然后低噪放放大幅度，晶体振荡器振荡出所需的本振信号，让本振信号和其进行混频然后滤波，AGC对其进行放大，输出稳定值，再进行滤波并解调检波，经过功率放大器输出。 三、实验步骤： 1、晶体管混频电路： 1）先调整静态工作点，测量2R4两端电压，调节2W1，使2R4两端电压为0； 2）在V2-5输入10.455MHz，250mV的本振信号,在V2-1输入10MHz、30mV的单载波信号，在V2-3处观测，调节2C3和2B1的大小，改变中频输出，当输出为455KHz的最大不失真稳定正弦波时，完成调试并记录此时的中频输出峰峰值。 3)改变基极偏置电阻2W1，使2R4端电压分别为0.5,1,1.5,2,2.5,3V，重复上述步骤2），记录下不同静态工作点下的中频输出的峰峰值，并计算混频增益，完成表2-1. 2、中频放大/AGC和检波电路： 1）调节直流静态工作点：闭合开关K3，电路仅接入12v直流电压,调节可调电阻3W1、3W2，为使静态电流不超过1mA,应使3R7，3R13两端电压为0.5V，0.033V。 2）调节交流工作：第一，调节函数发生器产生频率455KHZ的标准正弦信号，接入3K1。将示波器接于V3-2。 第二，调节可调电容3C4，使输出波形幅度最大不失真。 第三，将示波器加于V3-4,调节可调电容3C7，使输出波形最大不失真。 3）测试动态范围：开关3K2断开，开关3K3闭合。调节输入信号Vi幅值，使其分别为10,20…100，200mv…1V，示波器分别接到V3-2、V3-4、V3-5，，将分别测得的波形峰峰值记入表2-2，即分别为V01，V02，Vc，同时用示波器接V3-6处记录电压值（即AGC检波输出电压）。 4）检波失真观测：第一，输入信号455KHz、10mVpp,调制1KHz信号，调制度50%调幅信号，将示波器接到V3-6处即可观察到正常无失真的波形输出并记录；第二，增大直流负载电阻3W4，观察示波器直到观测到失真波形，即为对角线失真，记录波形；第三，再次调整3W4使波形正常不失真，减小交流电阻即闭合3K4，观察示波器输出波形产生负峰切割失真，记录波形。 3、调幅接收系统： 1、晶体管混频电路：1）2K1接入调制频率1KHz正弦波，载波频率10MHz，幅度为30mVp-p ，调制度50%的调幅波信号。 2）2K3接入本振信号10.455MHz，250mVp-p的正弦信号，将示波器接在V2-3处观察波形，记录参数、波形。 2、中频放大电路3K1打至中频输入端。 3K2、3K4断开，3K3闭合，，将示波器接到V3-6观察检波输出的波形，调节3W4，使其达到最大不失真波形，记录波形。 3、测试系统性能：1）灵敏度。不断减小输入调幅波信号的幅值，同时观察检波输出波形，使示波器波形出现明显失真的输入幅值为该系统的最小可接收幅值。 四、测试指标和测试波形： 3.1.晶体管混频电路：
自动控制原理实验报告 一、实验名称：一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、实验目的 1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系 2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法 3、学习阶跃响应的测试方法 三、实验内容 1、建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T时的响应曲线，测定过渡过程时间T s 2、建立二阶系统电子模型，观测并记录不同阻尼比的响应曲线，并测定超调量及过渡过程时间T s 四、实验原理及实验数据 一阶系统 系统传递函数： 由电路图可得，取则K=1，T分别取：0.25, 0.5, 1 T 0.25 0.50 1.00 R2 0.25MΩ0.5M Ω1MΩ C 1μ1μ1μ T S 实测0.7930 1.5160 3.1050 T S 理论0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1 图1.2 图1.3 误差计算与分析 （1）当T=0.25时，误差==6.12%； （2）当T=0.5时，误差==1.32%； （3）当T=1时，误差==3.58% 误差分析：由于T决定响应参数，而,在实验中R、C的取值上可能存在一定误差，另外，导线的连接上也存在一些误差以及干扰，使实验结果与理论值之间存在一定误差。但是本实验误差在较小范围内，响应曲线也反映了预期要求，所以本实验基本得到了预期结果。 实验结果说明 由本实验结果可看出，一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线，特征有T确定，T越小，过度过程进行得越快，系统的快速性越好。 二阶系统 图1.1 图1.2 图1.3
系统传递函数： 令 二阶系统模拟线路 0.25 0.50 1.00 R4 210.5 C2 111 实测45.8% 16.9% 0.6% 理论44.5% 16.3% 0% T S实测13.9860 5.4895 4.8480 T S理论14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1 图2.2 图2.3 注：T s理论根据matlab命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出，否则误差较大。 误差计算及分析 1）当ξ=0.25时，超调量的相对误差= 调节时间的相对误差= 2）当ξ=0.5时，超调量的相对误差==3.7% 调节时间的相对误差==3.4% 4）当ξ=1时，超调量的绝对误差= 调节时间的相对误差==3.46% 误差分析：由于本试验中，用的参量比较多，有R1,R2,R3,R4;C1,C2;在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差，误差再累加，导致最终结果出现了比较大的误差，另外，此实验用的导线要多一点，干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。但是在观察响应曲线方面，这些误差并不影响，这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点，通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系，不影响预期的效果。 实验结果说明 由本实验可以看出，当ωn一定时，超调量随着ξ的增加而减小，直到ξ达到某个值时没有了超调；而调节时间随ξ的增大，先减小，直到ξ达到某个值后又增大了。 经理论计算可知，当ξ=0.707时，调节时间最短，而此时的超调量也小于5%，此时的ξ为最佳阻尼比。此实验的ξ分布在0.707两侧，体现了超调量和调节时间随ξ的变化而变化的过程，达到了预期的效果。 图2.2 图2.1 图2.3
1—1填空题： 1．机械是机器和机构的总称。 机械原理课程的研究内容是有关机械的基本理论问题。 2．各种机构都是用来传递与变换运动和力的可动的装置。 如：齿轮机构、连杆机构、凸轮机构等。 3．凡用来完成有用功的机器是工作机。 如：机床、起重机、纺织机等。 凡将其它形式的能量转换为机械能的机器是原动机。 如：电动机、蒸气机、内燃机等。 4．在机器中，零件是制造的单元，构件是运动的单元。 5．机器中的构件可以是单一的零件，也可以是由多个零件装配成的刚性结构。 在机械原理课程中，我们将构件作为研究的基本单元。 6．两个构件直接接触形成的可动联接称为运动副。 7．面接触的运动副称为低副，如移动副、转动副等。 点或面接触的运动副称为高副，如凸轮副、齿轮副等。 8．构件通过运动副的连接而构成的可相对运动的系统是运动链，若组成运动链的各构件构成首尾封闭的系统称为闭链，若未构成首尾封闭的系统称为开链。 9．在运动链中，如果将其中一个构件固定而成为机架，则该运动链便成为机构。10．平面机构是指组成机构的各个构件均在同一个平面上运动。 11．在平面机构中，平面低副提供 2 个约束，平面高副提供 1 个约束。12．机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目称为机构的自由度。13．机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目应等于机构的自由度的数目。1—2试画出图示平面机构的机构示意图，并计算自由度（步骤：1）列出完整公式，2）
带入数据，3）写出结果）。其中： 图a) 唧筒机构――用于水井的半自动汲水机构。图中水管4直通水下，当使用者来回摆动手柄2时，活塞3将上下移动，从而汲出井水。 解：自由度计算：画出机构示意图： n= 3 p L= 4 p H= 0 p'= 0 F'= 0 F=3n－(2p l＋p h－p′)－F′ = 3×3－（2×4＋0－0）－0 = 1 图b) 缝纫机针杆机构原动件1绕铰链A作整周转动，使得滑块2沿滑槽滑动，同时针杆作上下移动，完成缝线动作。 解：自由度计算：画出机构示意图： n= 3 p L= 4 p H= 0 p'= 0 F'= 0 F=3n－(2p l＋p h－p′)－F′ = 3×3－(2×4＋0－0)－0 = 1 1—3试绘出图a)所示偏心回转油泵机构的运动简图(各部分尺寸由图中直接量观察方向 3 2 4 1 4 3 2 1
实验二 调幅接收系统实验 一、实验目的与内容： 图2为实验中的调幅接收系统结构图（虚框部分为实验重点，低噪放电路下次实验实现，本振信号由信号源产生。）。通过实验了解与掌握调幅接收系统，了解与掌握三极管混频器电路、中频放大/AGC 电路、检波电路。 图2 调幅接收系统结构图 二、实验原理： 1、晶体管混频电路： 给出原理图，并分析其工作原理。 原理：混频电路将高频载波信号或已调波信号经过滤波、放大，将其频率变换为固定频率的信号且该高频滤波信号的频谱内部结构和调制类型保持不变，仅仅改变其频率。 2、中频放大/AGC 和检波电路： 给出原理图，并分析其工作原理。 检波 低噪放 混频 中放 /AGC 本振
原理：中频输入信号通过中放电路放大中频信号，抑制干扰信号，连接AGC电路实现自动增益控制，接着连接二极管检波电路和低通滤波器，从中取出调制信号。 3、调幅接收系统： 给出系统框图，并简述其工作原理。 工作原理：天线接收信号通过滤波器滤波然后低噪放放大幅度，晶体振荡器振荡出所需的本振信号，让本振信号与其进行混频然后滤波，AGC对其进行放大，输出稳定值，再进行滤波并解调检波，经过功率放大器输出。 三、实验步骤： 1、晶体管混频电路： 1）先调整静态工作点，测量2R4两端电压，调节2W1，使2R4两端电压为0； 2）在V2-5输入10.455MHz，250mV的本振信号,在V2-1输入10MHz、30mV的单载波信号，在V2-3处观测，调节2C3和2B1的大小，改变中频输出，当输出为455KHz的最大不失真稳定正弦波时，完成调试并记录此时的中频输出峰峰值。 3)改变基极偏置电阻2W1，使2R4端电压分别为0.5,1,1.5,2,2.5,3V，重复上述步骤2），记录下不同静态工作点下的中频输出的峰峰值，并计算混频增益，完成表2-1. 2、中频放大/AGC和检波电路： 1）调节直流静态工作点：闭合开关K3，电路仅接入12v直流电压,调节可调电阻3W1、3W2，为使静态电流不超过1mA,应使3R7，3R13两端电压为0.5V，0.033V。 2）调节交流工作：第一，调节函数发生器产生频率455KHZ的标准正弦信号，接入3K1。将示波器接于V3-2。 第二，调节可调电容3C4，使输出波形幅度最大不失真。 第三，将示波器加于V3-4,调节可调电容3C7，使输出波形最大不失真。 3）测试动态范围：开关3K2断开，开关3K3闭合。调节输入信号Vi幅值，使其分别为10,20…100，200mv…1V，示波器分别接到V3-2、V3-4、V3-5，，将分别测得的波形峰峰值记入表2-2，即分别为V01，V02，Vc，同时用示波器接V3-6处记录电压值（即AGC检波输出电压）。 4）检波失真观测：第一，输入信号455KHz、10mVpp,调制1KHz信号，调制度50%调幅信号，
西工大机械原理试题及答案2015 一、判断题(10分)[对者画√，错者画× ] 1、对心曲柄滑块机构都具有急回特性。( ) 2、渐开线直齿圆柱齿轮的分度圆与节圆相等。( ) 3、当两直齿圆柱齿轮的安装中心距大于标准中心距时，为保证无侧隙啮合，应采用正传动。( ) 4、凸轮机构中当从动件的速度有有限量突变时，存在柔性冲击。( ) 5、用飞轮调节周期性速度波动时，可将机械的速度波动调为零。( ) 6、动平衡的转子一定满足静平衡条件。( ) 7、斜齿圆柱齿轮的法面压力角大于端面压力角。( ) 8、加工负变位齿轮时,齿条刀具的分度线应向远离轮坯的方向移动。( ) 9、在链四杆机构中，固定最短杆的邻边可得曲柄摇杆机构。( ) 10、平底直动从动件盘状凸轮机构的压力角为常数。( ) 二、填空题(10分) 1、机构具有确定运动的条件为-____________-____________。 2、平面八杆机构共有-_________瞬心。 3、渐开线齿廓上最大压力角在-________圆上。 4、当行程速比系数K=1.5时，机构的极位夹角q=-__________。 5、举出两种可实现间歇运动的机构。____________-____________。 6、偏置滚子(尖顶)直动从动件盘状凸轮机构的压力角表达式tga=______。 7、渐开线齿轮的齿廓形状与哪些参数有关?_____________。 8、机械中安装飞轮的目的是_____________。 9、直齿圆锥齿轮的当量齿数Zv=__________。
10、在连杆机构中处于死点位置的g=__________;a=__________。 三、简答题(10分) 1、为了实现定传动比传动，对齿轮轮廓曲线有什么要求? 2、计算机构自由度时有哪些注意事项? 3、计算混合轮系传动比有哪些步骤? 4、链四杆机构中存在双曲柄的条件是什么? 5、机构等效动力学模型中的四个等效量有哪些?分别是根据何种原理求得? 【参考答案】 一、1.×;2.×;3.√;4.×;5.×;6.√;7.×;8.×;9.×;10.√。 二、1、机构的自由度数=机构的原动件数。 2、28。 3、齿顶。 4、。 5、槽轮机构、棘轮机构。 6、tga=。 7、m、Z、a。 8、调节周期性速度波动。 9、。 10、 三、1、齿廓在任意位置接触时，其啮合点的法线与中心线的交点必为一定点。 2、复合链，局部自由度，虚约束。 3、1)正确区分基本轮系;2)列出所区分出来的各基本轮系的传动比计算公式;3) 找相关条件，即找出各基本轮系之间的联系条件;4)联立方程式求解未知量。 4、当“最短杆长度加最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和”时，固定最短 杆，可得双曲柄机构。 5、等效力矩，等效力，等效质量和等效转动惯量。等效力矩和等效力是根据机械中 瞬时功率相等的原则求得的，而等效质量和等效转动惯量是根据机械中瞬时动能相等的原则求得的。
数电实验2 一．实验目的 1.学习并掌握硬件描述语言（VHDL 或 Verilog HDL）；熟悉门电路的逻辑功能，并用硬件描述语言实现门电路的设计。 2.熟悉中规模器件译码器的逻辑功能，用硬件描述语言实现其设计。 3.熟悉时序电路计数器的逻辑功能，用硬件描述语言实现其设计。 4.熟悉分频电路的逻辑功能，并用硬件描述语言实现其设计。 二.实验设备 1.Quartus开发环境 2.ED0开发板 三.实验内容 要求1：编写一个异或门逻辑电路，编译程序如下。 1）用 QuartusII 波形仿真验证； 2）下载到DE0 开发板验证。 要求2：编写一个将二进制码转换成 0-F 的七段码译码器。 1）用 QuartusII 波形仿真验证； 2）下载到 DE0 开发板，利用开发板上的数码管验证。 要求3：编写一个计数器。 1）用QuartusII 波形仿真验证； 2）下载到 DE0 开发板验证。 要求4：编写一个能实现占空比 50%的 5M 和50M 分频器即两个输出，输出信号频率分别为 10Hz 和 1Hz。 1）下载到 DE0 开发板验证。（提示：利用 DE0 板上已有的 50M 晶振作为输入信号，通过开发板上两个的 LED 灯观察输出信号）。 2）电路框图如下： 扩展内容：利用已经实现的 VHDL 模块文件，采用原理图方法，实现 0-F 计数自动循环显示，频率 10Hz。（提示：如何将 VHDL 模块文件在逻辑原理图中应用，参考参考内容 5） 四.实验原理 1.实验1实现异或门逻辑电路，VHDL源代码如下： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
第一章：自动控制理论的一般概念 §1.1引言 §1.2自动控制理论发展概述 发展过程： 19世纪 ???????→?呼应 与西方工业革命发展相 ?? ????????频域复域时域 20世纪60年代初 ??????→?与航天技术发展相呼应 ??? ???????????系统辩识等最佳估计最优控制线性系统 应用：深入到人民生产、生活的各个领域 日常生活：收音机、电视机、冰箱、空调、汽车、飞机… 工程：数控机床、合成塔、核反应堆… 军事:火炮群、导弹、特种炸弹、垂直起降飞机… 科技：航天飞机、卫星姿态控制、机器人… §1.3自动控制和自动控制系统的基本概念 ◇ 自动控制: 在无人直接参与的情况下，使被控对象的一个物理 量（被控量）按预定规律（给定量）运行。 出）（单入古典控制理论/出） （多入现（近）代控制理论/
◇自动控制系统：能对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。 举例：被控对象被控量C给定量R 炉温控制系统烘炉炉温T u r（T希望值）X-Y记录仪笔笔位移L u r（L希望值）液压控制系统水箱水箱水位H u r（H希望值） 1．开环（信号单向流动） 特点：简单、稳定、精度低。 2．闭环（信号有反向作用） 特点：复杂、抗干扰能力强、精度高、有稳定性问题。 3．复合（前向联系、反向作用） 特点：性能要求高时用之。 例如：炉温系统可以采用开环或闭环的。 闭环控制工作原理： 外部作用： ? ? ? r c r c 偏离 干扰量：使 跟踪 给定量：使 控制目的：排除干扰因素、影响、使被控量随给定量变化。 负反馈原理——构成闭环控制系统的核心
把系统的输出信号引回输入端，与输入信号相比较，利用所得的偏差信号进行控制，达到减小偏差、消除偏差的目的。 负反馈控制系统的特点——按偏差控制的具有负反馈的闭环系统1）、有反馈，信号流动构成闭回路。 2）、按偏差进行控制。 §1.4控制系统的组成 组成（以X-Y记录仪为例） 控制器： ①测量元件：测量被控量 ②比较元件：产生偏差信号 ③放大元件：对偏差信号进行幅值、功率放大 ④执行机构：对被控对象施加作用 ⑤校正元件：改善系统性能
-150-100 -50 50 实验一 典型环节的模拟研究及阶跃响应分析 1、比例环节 可知比例环节的传递函数为一个常数： 当Kp 分别为0.5，1，2时，输入幅值为1.84的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为0.92，1.84，3.68的反向阶跃信号。实验中，输出信号依次为幅值为0.94，1.88，3.70的反向阶跃信号， 相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%. 在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。 2、 积分环节 积分环节传递函数为： （1）T=0.1(0.033)时，C=1μf (0.33μf )，利用MATLAB ，模拟阶跃信号输入下的输出信号如图： T=0.1 T=0.033 与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上T=0.033时的波形斜率近似为T=0.1时的三倍，实际上为8/2.6=3.08，在误差允许范围内可认为满足理论条件。 3、 惯性环节 i f i o R R U U -=TS 1 CS R 1Z Z U U i i f i 0-=-=-=15 20
惯性环节传递函数为： K = R f /R 1,T = R f C, （1） 保持K = R f /R 1 = 1不变，观测T = 0.1秒，0.01秒（既R 1 = 100K,C = 1μf ， 0.1μf ）时的输出波形。利用matlab 仿真得到理论波形如下： T=0.1时 t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3%,读数误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28， 相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值 较为接近。 T=0.01时 t s （5%）理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为：（40-30）/30=33.3% 由于ts 较小，所以读数时误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28， 相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值较为接近 （2） 保持T = R f C = 0.1s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。 K=1时波形即为（1）中T0.1时波形 K=2时，利用matlab 仿真得到如下结果： t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3% 读数误差较大 K 理论值为2，实验值4.30/2.28， 1 TS K )s (R )s (C +-=