实验一、二 典型环节的时间特性研究
一、目的要求
1.掌握典型环节的模拟运算电路的组成原理。
2.掌握惯性环节，比例微分环节，比例积分环节，比例，微分，积分环节，振荡环节的时间特性的实验验方法和特点。
二、实验电路及运算观察、记录
1惯性环节：
其中：T=R1C ，K=R1/R0
（1）模拟电路
图 （1） 典型惯性环节模拟电路 （2）注：‘S ST ’不能用“短路套”短接 （3）安置短路套
（4）测孔联线
（5）虚拟示波器（B 3）的联接：示波器输入端CH 1接到A6单元信号输出
端OUT （U0）.
注：CH 1选“X1”档。时间量程选‘X4’档
（6）运行、观察、记录
打开计算机→我的电脑→D 盘→Aedk →LABACT.exe 进入LABACT 程序。
选择自动控制菜单下的线性系统实域分析→典型环节模拟研究分析→开始试验，弹出示波器显示界面，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5v 阶跃），点击开始。测完特征后点“停止”，开始读数。用示波器观测A6输出端（Uo ）的实际响应曲线（t ），且将结果记下。改变电容C 值(即改变时间常数)，加Ui ，测Uo ，并将结果记录下来与第一次的比较。
2.比例微分环节：)1()
()(S Kp s Ui s Uo T
D
+=
其中：
，R3很小
（1）模拟电路
图 典型比例微分环节模拟电路 （2）输入连线
a.为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性方波信号（OUT ），代替信号发生器（B1）中的阶跃输出0/5V 作为环节的信号输入（Ui ）。
b.将函数发生器（B5）中的插针‘S ST ’用短路套短接。
c.将S1拨动开关置于最上档（阶跃信号）。
d.信号周期由拨动开关S2和“调宽”旋钮调节，信号幅度由“调幅”旋钮调节（正输出宽度在70ms 左右，幅度在400mV 左右）。
注：CH1选’X1’档。时间量程选’/2’档。 (6)运行，观察，记录6单元信号输出端OUT(Uo)
操作与惯性环节实验相同，用示波器观察A6输出端(Uo)的实际响应曲线Uo(t)，并将结果记下来，改变参数R1值，重新测试结果，并记录比较。 3.比例积分环节
)1
1()
()(S
Kp s Ui s Uo T
I
+
= 其中，R
R Kp 0
1=
，C
R T I 1
1
=
（1） 模拟电路
图 典型比例积分环节模拟电路
（2） 输入连线
a.为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性方波信号（OUT ），代替信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V 作为系统的信号输入（Ui ）。
b.将函数发生器（B5）中的插针’S ST ’用短路套短接。
c.将拨动开关S1置于最上档（阶跃信号）。
d.信号周期由拨动开关S2和“调宽”旋钮调节，信号幅度由“调幅”旋钮调节（正输出宽度在0.5s 左右，幅度在1V 左右）。
。
注：CH1选’X1’档。时间量程调选’X2’档。 (6)运行，观察，记录
操作与惯性环节实验相同，用示波器观测A6输出端(Uo)的时间特性响应曲线，
且将结果记下。改变时间常数A5的反馈电容C ，再观察记录，并与前面输出结果进行比较。 注：若观察曲线不明显，可用元件库(A7)中的可变电阻跨接到A5的H1与”IN ”测孔上，但要把A5的短路套S4去掉，可变电阻取330K ～430K 来代替固定的Ro=200K 。
4.比例，微分，积分环节
S S
s Ui s Uo T K T K K
d
p
i
p
p
+
+
=
)
()(
（1） 模拟电路
图 PID （比例积分微分）环节模拟电路
（2） 输入连线
同比例积分环节，只是正输出宽度取70ms 左右，幅值取400mV 左右。
OUT(Uo)。 注：CH1选’X1’档。时间量程选’X2’档。 (6)运行，观察，记录
操作与惯性环节实验相同，用示波器观测A6输出端(Uo)的时间特性响应曲线，并将结果记下来。改变比例参数（反馈电阻值）重新观测实验结果，并作记录，再与前面结果进行比较。 5.振荡环节
ωω
ωξ2
2
22)
()(n
n
n S s Ui s Uo S ++=
其中 C
R C R C
R C R R R n 2
4
132
5
1
3
4
5
1
*=
*=ω
R
R C
R C R 5
42
5
132
1*
=
ξ
（1）模拟电路
图 振荡环节模拟电路
（2）输入连接
a.“S ST ”不能用‘短路套’连接。
b.用信号发生器(B1)的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号(Ui)。
c.B1单元中电位器的左边K3开关拨下(GND)，右边K4开关拨下(0/+5V 阶跃)。阶跃信号输出(B1-2的Y 测孔)调整为2V(用电压表测量Y 测孔的值)。
（4一端
CH2接到A1的输出OUT 的测偏差。注：选’X1’档. （6）运行，观察，记录
操作与惯性环节实验相同，按下B1按钮，用示波器挂吧插在三种情况下A6输出时间特性，记录超调δ℅(Mp)，峰值时间Tp 和调整时间Ts （取Δ=0.05），将测量值和理论计算值进行比较。
列表记录，画出时间特性曲线。
表1 二阶系统在三种情况（欠阻尼，临界阻尼，过阻尼）下的参考
注：A.在做该实验时，如果发现有积分饱和现象产生，波形不出来，请人工放电（将B5函数发生器的SBT “放电按钮” 按住三秒钟进行放电，然后重新按下B1按钮）。
B.在欠阻尼阶跃响应实验时，由于虚拟示波器（B3）的频率限制，无法很明显的观察到正确的衰减振荡图形，此时可适当调节参数，将R1=10K,调整到2K 左右。
方法：将运放A3的输入电阻的短路套(S1/S2/S4)去掉，将可变元件库(A7)中可变电阻跨接到A3放大器的(H1)和(IN)测孔上。 三、实验曲线，数据 1．惯性环节 （1）当f C μ1=
（2） 当f C μ2=
/2
2．比例微分环节
（1）R1=10K
(2)R2=20K
3．比例积分环节：(1) f
=
Cμ
1
(2) f
=
Cμ
2
4．比例、微分、积分环节（1）当R1=10K时
（2）当R1=20K时
5．振荡环节
（1）当R=100K时
（2）当R=39K时
（3）R=10K时，
四．实验分析
（1）惯性环节分析：
由图1、图2可知随着电容c的增加调节时间ts变大。
（2）比例微分分析：
由于阶跃型号发生了从零到1突变即出现了大的毛刺现象。也就使说控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。电阻R1越
大积分时间常数T D越大积分就越明显，积分越明显对输入型号的变化就越敏
感即就得出毛刺多的现象。由于存在的较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用， 其变化总是落后于误差的变化，会使得自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。 （3）比例积分分析：
由公式T=RC ，即C 越大T 就越大，所以电容就不同。在同一系统中在相同的参数下电容C 越大积分时间常数Ti 越长。
由)()11()(s Ui TiS
Kp s Uo +
=可得出如下结论：
系统的控制器的输出与输入信号的积分成正比关系。积分项的大小取决于系统输入信号对时间的积分大小，比例积分的引入同时使系统的调节时间Ts 增加，即使系统的响应速度变慢了。 （3） 振荡环节分析：
由上面的时间特性曲线可以得出这样的结论：①振荡过大，其阻尼小；振荡过小，其阻尼却很大，即震荡与阻尼成反比；②超调量越大，系统的瞬态响应振荡越厉害。
五、回答问题
1、一阶闭环传递函数的标准形式是什么？决定系统响应快慢的参数有哪些？
1
)
()(+=
TS K i U s Uo T=R1/C K=R1/R0
影响系统快慢的参数为时间常数T ，时间常数越小越好 2、二阶闭环系统的超调量σ%，ts 由哪些参数决定？
%100*)
()
()(%∞∞-=
h h tp h σ
①h(tp)为h(t)的最大峰值 ②h(∞)为h(t)的稳定值 ③σ%与ξ有关，与外作用形式，大小无关。 ④ts=
n
ξω5
.3⑤ts 与ξ和n ω都有关系
3、比例环节有什么特点？
输出与输入量成正比，不失真不延迟，不影响系统的ν，不改变误差性质，减少静态误差，所以适当加比例KP ，可以改善静态性能。 4、积分环节有什么特点？
当积分环节的输入信号为单位阶跃时，则输出为t/T,它随时间直线增长，直线的增长速度由1/T 决定，即T 越小，上升越快。T 为积分时间常数。 5、比例积分环节有什么特点？
可以改变系统的类型，（即从0→1型，1→2型）可以消除静差或速度误差或加速度误差，加适当的KP,TI可以改善系统的动态性能。
6、比例微分环节有什么特点？
可以增大阻尼比ξ，使σ%减少，调节时间缩短，提高响应速度，但不影响静态误差，具有相位超前作用，可以提高系统的稳定性。
五、收获体会
对于惯性环节，时间常数T是表征响应特性的唯一参数，系统时间常数越小，输出响应上升得越快，同时系统调节时间ts越小。二阶振荡环节其阻尼比大
小是影响系统进入稳态区的重要因素.
通过实验深刻体会了积分环节，震荡环节的各参数的意义，通过实验，加深了我对各环节特点的理解。
实验三惯性环节和振荡环节的频率特性分析
一、目的与要求
1．掌握惯性环节、振荡环节的对数幅频特性，相频特性好幅相特性的画法与特点。
2．掌握用高阶系统开环对数幅频和相频特性分析，闭环系统的稳定性方法。
二、实验线路及步骤
1.惯性环节
（1）模拟电路
图一阶被测系统的模拟电路图
注：‘S ST’不能用短路套短接
（2）将数/模转换器（B2）输出OUT2（信号频率范围为0.5HZ～64HZ）做为被测系统的输入端[r（t）]。
（
（4）测孔联线
（5）观察、运行、记录
打开计算机→我的电脑→C盘→Aedk→LABACT.exe进入LABACT程序。选择自动控制菜单下的线形控制系统的频率响应分析—实验项目，选择一阶/二阶系统/时域分析，就会弹出虚拟示波器显示界面，点击开始即可用本试验机配套
的虚拟示波器（B3）显示波形。记录下频率特性图L（w）, (w),幅相特性。
2振荡环节
（1）模拟电路
注：‘S ST’不能用短路套短接
实验图见下页
图 被测二阶闭环系统模拟电路图
（2）将数/模转换器（B2）输出OUT2（信号频率范围为0.5HZ ～32HZ ）作为
被测系统的输入端【r （t ）】。 （3）安置短路套
(4)测孔联接
(5)运行、观察、记录（同惯性环节实验）
3．三阶系统的L(w)， （w ）及r(wc),kg(wg) (1)三阶系统开环传递函数的模拟电路
图 典型三阶系统模拟电路图
系统的开环传递函数为：s
s s s s G s s ++=
++=
2
3
5.15.01
)
15.0)(1(1
)(
（2）利用MATLAB 软件中的函数绘制频率特性图。其参考程序如下： %开环幅相特性
num=[1]; %系统开环传递函数分子多项式，降幂排序 den=[0.5 1.5 1 0]; %系统开环传递函数分母多项式，降幂排序
g=tf(num,den);
bode(g) %绘制Bode 图 grid on %显示网格
title(‘Bode of G(s)=1/S(S+1)(0.5S+1)’) %显示标题
（3）利用MATABLE 软件绘制系统的频率特性图，打开MATABLE 软件，
File →New →M-File,在打开的窗口中，输入程序，然后保存在当前工作目录中，Debug →Run 运行程序，则出现系统的频率性图。 三、实验数据及曲线 1，惯性环节
（1）幅频特性
（2） 相频特性
（3）幅相特性
分析：
a.惯性环节的对数幅频特性曲线可用两条直线近似，两条直线交于T
1=ω的地方，如图，此频率称为惯性环节的交接频率则：ω
1
=
T ,则4
1=
T ,又
09
.020=LogK ，所以1≈K
故1
25.01)(+=
S S G ，
b.在转折频率处由相频曲线可知，相位角为-450.而且对数相频特性曲线对-450具有奇对称性质。
2，振荡环节
（1） 幅频特性
（2）幅相特性
（3）相频特性
分析：①由图可知：振荡环节传递函数为1
2)(2
2
++=
TS S
T K
S G ξ.K=1,
1220=r
LogM
,
.12=r ω，可以知15.0=ξ，T=1/13=0.076
②在转折频率处由相频曲线可知，相位角为-450.而且对数相频特性曲线对
-450具有奇对称性质。
3，三阶系统开环传递函数的频率特性
分析：
开环传递函数对数幅频特性曲线与0dB 相交处的频率为截止频率c ω ，由图可知：c ω=0.74，由c ω对应的相频对数特性曲线可知：系统的稳定裕量
129
141270=-=γ
，它表征了闭环系统的稳定程度，相裕量越大系统越稳定。
四、回答问题
1．记录惯性环节，振荡环节的L(w),?(w)及G(w)的图形并分析结果。 2．记录三阶系统开环L(w) ,?(w)图形，标出r （w ），Kg （wg ）并分析稳定性。 3．（1）惯性环节L(w)的理论转折频率是多少？高频部分的渐进线斜率是多少？
在转折频率处的相位角是多少？w →∞时相位是多少?
答：① 惯性环节L(w)的理论转折频率为1/T ；
②高频部分的渐近线的斜率为-20dB ；
③在转折频率处的相位角为-450； ④w →∞时的相位趋于-900。
（2）振荡环节L(w)的理论上转折频率是多少？高频部分的渐进线频
率是多少？在转折频率处的相位角是多少？w →∞时相位是多少? 答：① 振荡环节L （w ）的理论上转折频率是1/T ；
②高频部分的渐近线斜率是-40dB ；
③在转折频率处的相位角为-900；
④w →∞时的相位趋近于-1800。
（3）什么叫闭环的谐振频率r ω，它对响应速度有何影响？什么叫闭环的零频幅值，
它的大小对系统的质量有何影响？什么叫系统的复现带宽wm ，它的大小说明了什么问题？什么叫系统的相位裕量γ，如何计算？什么叫系统的幅值裕量h,如何计算？它们对闭环系统稳定性有何影响？
答：①当ξ较小时，幅频的峰值称为谐振幅值，记为Mr,峰值点的频率
称为谐振频率r ω，221ξωω-=n r ，ξ越小(ξ<0.707)，r ω越 大，峰值Mr 越大，响应的起始速度变快。
②当ω为零时所对应的幅值称为零频幅值M （0）。说明了系统或部件对ω为零时的正弦输入信号在稳态情况下的放大特性。当ν=0，
K
K j G j G M +=
+=
1)
0(1)0()0(<1,当ν>=1，M （0）=1.
③当闭环对数幅频特性的分贝值，相对于20Lg|()0j ?|值下降3Db 时的对应频率称为带宽频率Wm ，带宽频率的的范围称带宽。带宽 频率范围越大，表明系统复现快性变化信号的能力越强，失真小， 系统快速性好，阶跃响应上升时间和调节时间短。但另一方面系 统抑制输入端高频噪声的能力相对削弱。
④系统的相位裕量γ，是指在开环幅相频率特性曲线上幅值等于1 的矢量与负实轴的夹角。）（c ω?γ+=00180。对于最小相位系统，当相裕量γ大于0而幅裕量h 大于1（h 的分贝值为大于0）时，表明系统稳定，且γ和h 越大，系统稳定程度越好；当γ<1，h<1（h 分贝值为负）时，则表明系统不稳定。
⑤系统的幅值裕量h 是指开环幅相频率特性曲线与-1800线交点（ωg g
）处幅
值的倒数，即)
(
)(
1
ω
ω
j j g
g
H G h =
，在开环对数频率特性曲线上，相频特
性为-1800时的对数幅值离分贝线的距离。
（4）惯性环节的L(w)的转折频率由哪个参数决定？等于多少？在此频率下的相位角是多少？
答： 转折频率由惯性环节的时间常数决定。
等于1/T,在此频率下的相位角是-450。
五、体会：
通过惯性环节，振荡环节的L(w), (w)及G(w)的图形的分析，
掌握了惯性环节、振荡环节的对数幅频特性，相频特性好幅相特性的画法与特点，以及判断闭环系统的稳定性方法。
实验四三阶系统频率分析(绘制根轨迹并分析)
一、目的要求
1.学会用MATLAB软件绘制频率特性，根轨迹图。
2.学会用根轨迹分析系统质量和选择参数。
3.学会用L(w), (w)分析闭环系统性能。
二、实验内容：
1.三阶系统的频率特性编程绘制。
2.三阶系统根轨迹的绘制。
三、根轨迹方程
负反馈闭环系统根轨迹方程的一般形式为：
式中：K为开环增益Zi为零点，Pj为极点
K为与开环增益成比例的变化增益 0 幅值平衡条件为： 幅角平衡条件为： 四、实验模拟电路 图典型三阶模拟电路 开环传递函数： （1）利用MATLAB软件绘制根轨迹参考程序绘制根轨迹如下： %-------三阶系统根轨迹------- num=[1] %系统开环传递函数分子多项式，降幂排列den=[0.5 1.5 1 0] %系统开环传递函数分母多项式，降幂排rlocus(num,den) %绘制根轨迹 《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 +-=自动控制原理实验报告
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