实验系列二、光敏电阻特性测试实验 光通路组件 图1-2 光敏电阻实验仪光通路组件 功能说明： 分光镜：50%透过50%反射镜，将平行光一半给照度计探头，一半给等测光器件，实验测试方便简单，照度计可实时检测出等测器件所接收的光照度。 1、实验之前，J4通过彩排线缆与光通路组件的光源接口相连，连接之后电路部分方可对光源对行控制。光照度计与照度计探头相连（颜色要相对应） 2、BM2拨向上时，光源发光为脉冲光，脉冲宽度由“脉冲宽度调节电位器”进行调节（用于做光敏电阻时间响应特性实验）。 一、实验目的 1、学习掌握光敏电阻工作原理 2、学习掌握光敏电阻的基本特性 3、掌握光敏电阻特性测试的方法 4、了解光敏电阻的基本应用 二、实验内容 1、光敏电阻的暗电阻、暗电流测试实验 2、光敏电阻的亮电阻、亮电流测试实验 3、光敏电阻光电流测试实验； 4、光敏电阻的伏安特性测试实验 5、光敏电阻的光电特性测试实验 6、光敏电阻的光谱特性测试实验 7、光敏电阻的时间响应特性测试实验 8、精密的暗激发开关电路设计实验 三、实验仪器 1、光敏电阻综合实验仪 1个 2、光通路组件 1套 3、光照度计 1台 4、2#迭插头对（红色，50cm ） 10 根 5、2#迭插头对（黑色，50cm ） 10根 6、三相电源线 1根 7、实验指导书 1本 8、20M 示波器 1台
四、实验原理 1. 光敏电阻的结构与工作原理 它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性。无光照时，光敏电阻值很大，电路中电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值急剧减小，电路中电流迅速增大。 2. 光敏电阻的主要参数 光敏电阻的主要参数有： (1)光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻， 此时流过的电流称为暗电流。 (2)光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。 (3)亮电流与暗电流之差称为光电流。 3. 光敏电阻的基本特性 (1) 伏安特性 在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。图2-2为硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。由图可见，光敏电阻在一定的电压范围内，其I-U 曲线为直线。 （2）光照特性 光敏电阻的光照特性是描述光电流I 和光照强度之间的关系，不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。图2-3为硫化镉光敏电阻的光照特性。 (3) 光谱特性 光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。图2-4 为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。 对应于不同波长，光敏电阻的灵敏度是不同的，而且不同材料的光敏电阻光谱响应曲线也不同。 五、实验步骤 1、光敏电阻的暗电阻、暗电流测试实验 （1）将光敏电阻完全置入黑暗环境中（将光敏电阻装入光通路组件,不通电即为完全黑暗）,使用万用表测试光敏电阻引脚输出端，即可得到光敏电阻的暗电阻R 暗。 (注：由于光敏电阻个性差异，某些暗电阻可能大于200M 欧，属于正常。) （2）组装好光通路组件，将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连（红为正极，黑为负极），将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。 4030 2010 I / m A 10010001 x 500 mW 1001 x 200 101 x 0.05 0.100.150.200.250.300.350.40I / m A S r / (%) 20 40 60 80 100 0 1.53
东南大学自动化学院课程名称：自动控制原理实验 实验名称：系统频率特性的测试 姓名：学号： 专业：实验室： 实验时间：2013年11月22日同组人员： 评定成绩：审阅教师：
一、实验目的： （1）明确测量幅频和相频特性曲线的意义； （2）掌握幅频曲线和相频特性曲线的测量方法； （3）利用幅频曲线求出系统的传递函数； 二、实验原理： 在设计控制系统时，首先要建立系统的数学模型，而建立系统的数学模型是控制系统设计的重点和难点。如果系统的各个部分都可以拆开，每个物理参数能独立得到，并能用物理公式来表达，这属机理建模方式，通常教材中用的是机理建模方式。如果系统的各个部分无法拆开或不能测量具体的物理量，不能用准确完整的物理关系式表达，真实系统往往是这样。比如“黑盒”，那只能用二端口网络纯的实验方法来建立系统的数学模型，实验建模有多种方法。此次实验采用开环频率特性测试方法，确定系统传递函数。准确的系统建模是很困难的，要用反复多次，模型还不一定建准。另外，利用系统的频率特性可用来分析和设计控制系统，用Bode 图设计控制系统就是其中一种。 幅频特性就是输出幅度随频率的变化与输入幅度之比，即)()(ωωi o U U A =。测幅频特性时， 改变正弦信号源的频率，测出输入信号的幅值或峰峰值和输输出信号的幅值或峰峰值。 测相频有两种方法： （1）双踪信号比较法：将正弦信号接系统输入端，同时用双踪示波器的Y1和Y2测量系统的输入端和输出端两个正弦波，示波器触发正确的话，可看到两个不同相位的正弦波，测出波形的周期T 和相位差Δt ，则相位差0360??=ΦT t 。这种方法直观，容易理解。就模拟示波 器而言，这种方法用于高频信号测量比较合适。 （2）李沙育图形法：将系统输入端的正弦信号接示波器的X 轴输入，将系统输出端的正弦信号接示波器的Y 轴输入，两个正弦波将合成一个椭圆。通过椭圆的切、割比值，椭圆所在的象限，椭圆轨迹的旋转方向这三个要素来决定相位差。就模拟示波器而言，这种方法用于低频信号测量比较合适。若用数字示波器或虚拟示波器，建议用双踪信号比较法。 利用幅频和相频的实验数据可以作出系统的波Bode 图和Nyquist 图。 三、预习与回答： （1）实验时，如何确定正弦信号的幅值？幅度太大会出现什么问题，幅度过小又会出现什 么问题？ 答：根据实验参数，计算正弦信号幅值大致的范围，然后进行调节，具体确定调节幅值时，首先要保证输入波形不失真，同时，要保证在频率较大时输出信号衰减后人能够测量出来。如果幅度过大，波形超出线性变化区域，产生失真；如果波形过小，后续测量值过小，无法精确的测量。
雷达散射特性在军事目标伪装中的技术特点与应用 摘要：现代军事作战越来越强调隐身性能，通过对良好的隐身材料以及雷达散射特性技术的运用来提高作战中的隐身性能，不仅能够有效保存己方有生力量，还能够在很大程度上对敌人发起致命一击，应用价值较高。随着科学技术不断向前发展，雷达散射特性研究工作已广泛展开并取得了初步阶段的研究成果，实际运用成果瞩目。因此对其在军事目标伪装中的技术特点与应用进行研究对促进我国相关研究的发展以及提高国防水平具有重要的促进作用以及现实意义。 关键词：雷达散射特性；军事目标；伪装；技术特点；有生力量 前言：战场条件下军事目标伪装以及隐身程度越高，所能够发挥的作用及取得的成果也就越瞩目。因此世界各国纷纷展开了相关领域的研究工作，取得了比较显著的研究成果，在很大程度上推动了世界军事技术发展与变革，提高了国防建设以及抗打击能力。 1 雷达散射特性概述 1.1雷达散射截面 雷达散射截面（Radar Cross section，RCS）是现代军事科技中雷达隐身技术最关键及核心概念之一，体现了军事目标在雷达波照射情况下产生的回波强度，是一种物理变量。具体定义为军事目标在单位立体角内向雷达发射及接收机处散射功率密度与入射波在军事目标上功率密度比值大小的4π倍。 1.2雷达散射特性关联性因素 1.2.1目标材料的电性能 由于军事目标伪装过程中不可避免会受到雷达波束的照射，因此为了能够有效降低雷达反射波面积及强度，采取性能良好的电性能涂刷材料。此种涂料不仅能够减少雷达波束反射强度，还能在很大程度上吸收雷达照射波，隐身伪装能力较强。但其价格较为昂贵，实际应用中经济压力较为沉重。 1.2.2军事目标几何外形 良好的几何外形设计能够将照射己方目标的雷达波束进行散射，降低伪装目标暴露程度。 1.2.3目标被雷达波照射的方位 一般来说，目标的RCS随方位角剧烈变化，同一目标，由于照射方位不同，其RCS可以相差几个数量级。
肇庆学院 工程学院 自动控制原理实验报告 12 年级 电气一班 组员：王园园、李俊杰 实验日期 2014/6/9 姓名:李奕顺 学号：201224122130老师评定 ________________ 实验四：控制系统的频率特性 一、实验原理 1.被测系统的方块图：见图4-1 将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化， 并施加于 被测系统的输人端［r(t)］，然后分别测量相应的反馈信号 ［b(t)］和误差信号［e(t)］的对数幅 值和 相位。频率特性测试仪测试数据经相关运算器后在显示器中显示。 根据式(4 — 3)和式(4 — 4)分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位， 在半对数座标 纸上作出实验曲线：开环对数幅频曲线和相频曲线。 系统(或环节)的频率特性 幅值和相角： G (j 3)是一个复变量，可以表示成以角频率 3为参数的 G(j 3)= G(j 3)|/G(j 3) (4 — 1) 本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特牲。 图4-1所示系统的开环频率特性为： G 1(j 3)G 2(j 3) B(j 3) 」 B(j 3) E(j 3) E(j 3) E(j 3) (4—2) 采用对数幅频特性和相频特性表示，则式( 20lgG1(j 3) G2(j 3)H(j 3)= 2 叫鵲 = 20lgB(j 3) -20lg E(j 3) (4— 3) G 1(j 3)G 2(j 3)H(j 3) 二 B(j 3)- . E(j 3) (4—4) 图4-1 被测系统方块图 4— 2 )表示 为:
根据实验开环对数幅频曲线画出开环对数幅频曲线的渐近线，再根据渐近线的斜率和转 角频确定频率特性（或传递函数）。所确定的频率特性（或传递函数）的正确性可以由测量的相频曲线来检验，对最小相位系统而言，实际测量所得的相频曲线必须与由确定的频率特牲（或传递函数）所画出的理论相频曲线在一定程度上相符，如果测量所得的相位在高频 （相 对于转角频率）时不等于-90 ° （q —p）[式中p和q分别表示传递函数分子和分母的阶次], 那么，频率特性（或传递函数）必定是一个非最小相位系统的频率特性。 2.被测系统的模拟电路图：见图4-2 图4-2被测系统 二、实验内容 （1）将U21 DAC单元的OUT端接到对象的输入端。 ⑵将测量单元的CH1 （必须拨为乘I档）接至对象的输出端。 ⑶将Ul SG单元的ST和S端断开，用排线将ST端接至U26控制信号单元中的PB0。（由于在每次测量前，应对对象进行一次回零操作，ST即为对象锁零控制端，在这里，我们用8255的PB0 口对ST进行程序控制） ⑷在PC机上分别输入角频率为1, 10,100,300，并使用“ +”、“―”键选择合适的幅值，按ENTER键后，输入的角频率开始闪烁，直至测量完毕时停止，屏幕即显示所测对象的输出及信号源，移动游标，可得到相应的幅值和相位，得到的实验波形图如图4-3到图4-10所示： 图4-3输入频率为1的波形图1
低速翼型绕流流动特性实验 （一） 实验目的 掌握测定物体表面压力分布的方法，计算机翼升力系数，压差阻力系数,了解低速翼型绕流的流动特性。 （二） 实验原理 实验在低速风洞中进行。当气流绕过展弦比很大的巨型机翼时，其中间部分的流动可当作二维流动来看待。流体在前驻点处上、下分开，从机翼的上下表面向后流去，当迎角为正时,作用在下表面的压力要比作用在上表面的压力大，当正迎角不是很小时,作用在下表面上的压力要比未受扰动时的压力大,从而在下表面形成受压面,而上表面则主要受到负压作用,这个压力低于来流压力，从而在上表面形成吸力面,上、下表面的压力差就形成了机翼的升力。翼型表面上各点的压强可通过机翼模型各点的测压孔由连通管接到多管测压计上测量,根据液柱差可算出压强: h P i i ?=γ。 一般表示为无因次的压强系数：V P P C i P 2 21∞ ∞ -=ρ 作用在机翼单位展长上的升力Y R 和阻力（压差阻力)x R ，可由翼型表面上作用的压力合力求得。 ??-==b u L dX d P P R R 0 )(γγ ? ?-==max max )(yu yl b f x x dY d P P R R 表示为无量纲的法向力系数N C 和弦向力系数A C : = C N ?-10 )(X C C d PU PL — Y C d Y u Y L C C Pb Pf A _ _ _)(?-= 式中： b X X =_ ,表示无量纲化后的坐标。b Y Y =_ ,为无量纲坐标。 PU C 、 PL C 分别表示翼型上、下表面压强系数。 C Pf 、C Pb 分别表示翼型前、后表面压强系数。Y u 、L Y 分别表示yumax/ｂ、ylma ｘ/b ，为无量纲化后的坐标。 当迎角不为零时,升力L 是合力A R 在垂直于气流方向上的分量,压差阻力D 是合力A R 在平行于 气流方向上的分量。由体轴系到风轴系的坐标转换公式，可得： ααSin Cos L R R X Y -= ααCos Sin D R R X Y += 所以: ααSin Cos C C C A N L -=
纵向控制增稳飞行控制系统实验指导书 1. 实验目的 （1）理解并掌握飞行控制系统纵向控制增稳的工作原理、控制方法、主要控制参数设计等； （2）掌握机械操纵系统、增稳系统、控制增稳系统的相关飞控知识； （3）熟练使用Matlab 仿真软件、FlightGear 仿真环境、网络数据通讯等基本工具进行数值仿真。 2. 实验内容 （1）数值仿真模型搭建 （2）模型认知与参数设置 （3）纵向控制增稳控制仿真 3、实验原理 （1）控制增稳控制律构型的设计 控制增稳控制律构型采用法向过载与经由高通滤波的俯仰角速率综合而实现。控制律如下： ,,e c z z c q s k n n k q s b δ??=-+ ?+? ? （2）放宽静稳定性控制律设计 静稳定性补偿采用经低通滤波器输出的迎角反馈进行纵向静稳定性补偿，以保证系统静稳定性的同时，不影响动态响应性能。控制律如下： ,e c c k s c α δα=-+
（3）中性速度稳定性控制律设计 中性速度稳定性控制律通过在前向支路过载指令与反馈信号综合处的下游加入比例积分控制律来实现。 综上得到最终的纵向控制增稳飞行控制律如下： ,,1e c z z c q a s c k n n k q k s s b s c αδα??? ? =+-+- ???++??? ? （4）基于FlightGear 的飞行仿真环境搭建 本文借鉴飞行模拟器的结构框架，设计的基于FlightGear 的飞行仿真系统的 总体结构如图所示。该系统主要由操纵输入设备、飞行仿真及虚拟仪表系统、通信网络和视景显示系统四部分组成，其硬件均采用常规商业产品，具有成本低廉，结构简单，构建方便，移植性强等优点，最重要的是它突出了飞行控制研究最关心的高效的飞行仿真和逼真的视景显示。 视景 飞行视景 力学仿真 操纵设备 构建的基于FlightGear 的飞行仿真系统实物如图所示。其中，视景显示采用液晶显示器，根据需要可扩展为投影显示系统。
收稿日期：２０１４-０８-１２ 网络出版时间：２０１５-０４-１４ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１２０１０２３）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（K ５０５１３０２０２１） 作者简介：陈文锋（１９８２－），男，西安电子科技大学博士研究生，E -mail ：laker -cwf ＠１６３．com ． 网络出版地址：http ：／／w w w ．cnki ．net ／kcms ／detail ／６１．１０７６．T N ．２０１５０４１４．２０４６．００８．html doi :１０.３９６９/j .issn .１００１-２４００.２０１６.０１.０１１ 雷达目标宽带散射特性的ＧＧＯ快速分析方法 陈文锋１，２，龚书喜１，董海林１，张鹏飞１，赵 博１ （１．西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室，陕西西安 ７１００７１； ２．中国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江嘉兴 ３１４０３３） 摘要：文中将降维技术应用到传统矩量法中，并结合梅利逼近对目标二维雷达散射截面进行快速分析．针 对角域和频域中目标表面电流的二维展开式，Gauss -Green -Ostrogradsky （GGO ）降维技术将问题转化为角 域（或频域）的一元函数及其各阶导数的叠加，有效避免了逼近函数二维展开系数的求解过程，并通过控制 导数的阶数调整计算精度，从而快速有效获得雷达目标二维散射特性．与二维梅利逼近方法相比，该方法 在不失精度下更易于实现编程计算，内存需求和求解时间仅为原始算法的１／６和１／３． 关键词：矩量法；雷达散射截面；梅利逼近；降维技术 中图分类号：T N ８０２．１ 文献标识码：A 文章编号：１００１-２４００（２０１６）０１-００６０-０６ Fast analysis of wide -band scattering from radar targets using the GGO method C H EN W en f eng １, ２,GONG Shuxi １,DONG H ailin １,ZH A NG Pen gf ei １,ZH A O Bo １ (１.Science and Technology on Antenna and Microwave Lab .,Xidian Univ .,Xi 'an ７１００７１,China ;２.No .３６Research Institute of CETC ,Jiaxing ３１４０３３,China)Abstract : The dimensions reducing technique combined with the Maehly approximation is applied to the Method of Moment (MoM )for analysis of the two -dimensional radar cross section (RCS )of the target . The Gauss -Green -Ostrogradsky (GGO )algorithm is utilized to transform the two -dimensional expression for the surface currents in both spatial and frequency domains to one dimension and its derivatives .This p rocedure avoids the solution of expansion coefficients in the two -dimensional expression and makes the accuracy adjustable by the order of derivatives .Compared with the two -dimensional Maehly approximation method ,the proposed scheme can acquire RCS data efficiently with good accuracy and reduce procedural complexity .Finally ,numerical results show that memory requirement and calculation time are about １/６and １/３of what are needed in the original method . Key Words : method of moment ;radar cross section ;M aehly approximation ;reduced dimensions technique 在研究电磁场边值问题的目标散射时，雷达散射截面（Radar Cross Section ，RCS ）和角度与频率密切相关，这使得在进行数值分析时，需要分别或同时在角域和频域上求解感应电流的分布矩阵方程．应用传统的扫角与扫频法计算时，必须用非常小的角度和频率间隔才能获得精确的计算结果，从而在整个角域和频域内增加了矩阵方程求解量，大量占用了计算时间和内存．因此，在分析宽角和宽带响应时，提高数值计算方法的效率就更为重要． 传统的矩量法（M ethod of M oment ，M oM ）［１］是一种有效且高精度的数值方法，但长期受限于计算机的２０１６年２月 第４３卷 第１期 西安电子科技大学学报（自然科学版）ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＸＩＤＩＡＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Feb ．２０１６Vol ．４３ No ．１
实验二液阻特性试验 一、实验目的 1、通过对“U”型管，单向阀，电磁换向阀和节流阀压力损失的测试，了解影响压力损失的因素和产生压力损失的原因。在试验的条件下，对不同形状的管道和不同液压元件的压力损失的大小有一定的概念。 2、过对环形缝隙流动流量的测定，验证环形缝隙的流动公式，得出压力流量特性。 二、试验设备 QCS002型液压实验台，实验原理如图所示。 三、实验内容和步骤 （一）压力损失的测定 1 测量“U”型管的压力流量数值 松开溢流阀4，关闭调速阀5和6，检查油路、元件、线路等均无误，接通电源。 （1）利用溢流阀4将系统压力调至1.5Mpa，慢慢打开调速阀5，将转阀16转至回油位置，转阀17接流量计。 （2）将转阀22、23转至“U”位置，打开压力表24的开关，测出其进出油口压力值P2、P3。 （3）利用调速阀5选择5―6个流量值分别测出其进出油口压力，将以上结果记录在表2--1中 2 测量单向阀、电磁换向阀及节流阀的压力损失 （1）关闭转阀22、23利用转阀依次接通被测对象的进出油口，转阀20
接到相应位置，转阀16、17分别连接回油口、流量计。 （2）利用调速阀5调节4-5个流量值，每调节一个值时用压力表测出其进、出口压力值P2、P3，在表2—2中记录数据。 注意：测试节流阀时选择一个开度，在测试中不要动。 （3）将系统压力调至4MPa，转阀16接背压阀18，在上述（2）中最后选定的流量下调背压阀18记录P。用P与上述结果比较。 （二）、环形缝隙流动的流量测定 将转阀17接流量筒，转阀20、21转至相应位置，用溢流阀4调节压力差（取三个值）每取一个值时用秒表、量筒测出同心和最大偏心时的泄露量。将测试结果记录在表2—3中 注意：测试过程中油温变化不得超过2℃。 四、使用记录与要求 1、填写实验报告的内容和表格 2、按表中的记录数据作出“U”型管的压力流量特性曲线 五、思考题 影响环形缝隙流动的诸因素中有哪些是主要的？ 实验条件：采用液压油；油温：℃ 实验内容：“U”型管的压力损失。
实验四 控制系统频率特性的测试 1、实验目的 认识线性定常系统的频率特性，掌握用频率特性法测试被控过程模型的原理和方法，根据开环系统的对数频率特性，确定系统组成环节的参数。 2、实验装置 （1）PC586微型计算机。 （2）自动控制实验教学系统软件。 3、实验步骤及数据处理 （1）首先确定被测对象模型的传递函数G （S ），根据具体情况，先自拟三阶 系统的传递函数， )12)(1()(22221+++= s T s T s T K s G ξ，设置好参数K T T ,,,21ξ。 要求：1T 和2T 之间相差10倍左右，1T <2T 或2T <1T 均可，数值可在0.01秒 和10秒之间选择，ξ取0.5左右，K ≤10。 设置T1=0.1，T2=1，ξ =0.5，K=5。 （3）设置好各项参数后，开始作仿真分析，首先作幅频特性测试。 ①根据所设置的1T ，2T 的大小，确定出所需频率范围（低端低于转折频率小者10倍左右，高端高于转折频率高者10倍左右）。 所需频率范围是：0.1rad/s 到100rad/s 。 ②参考实验模型窗口图，设置输入信号模块正弦信号的参数，首先设置正弦信号幅度Amplitude,例如设置Amplitude=1，然后设置正弦频率Frequency ，单位为rads/sec 。再设置好X 偏移模块的参数，调节Y 示波器上Y 轴增益，使在所取信号幅度下，使图象达到满刻度。 ③利用Y 示波器上的刻度（最好用XY 示波器上的刻度更清楚地观察），测试输入信号的幅值（用2m X 表示），也可以参考输入模块中设置的幅度，记录于表7--2中。此后，应不再改变输入信号的幅度。 ④依次改变输入信号的频率（按所得频率范围由低到高即ω由小到大慢慢改变，特别是在转折频率处更应多测试几点，注意：每次改变频率后要重新启动Simulation|Start 选项，观察“李沙育图形” 读出数据），利用Y 示波器上的刻度（也可以用XY 示波器上的刻度更清楚地观察，把示波器窗口最大化，此时格数增多更加便于观察），测试输出信号的幅值（用2m Y 表示），并记录于表7--2 （本表格不够，可以增加）。注意：在转折频率，特别是11T 和21T 附近应多测几点。 由题意知传递函数的两个转折频率为1rad/s 和10rad/s,所以选取的频率为0.5rad/s 、0.7rad/s 、0.98rad/s 、0.99rad/s 、1rad/s 、1.2rad/s 、4rad/s 、7rad/s 、9rad/s 、9.8rad/s 、9.9rad/s 、10rad/s 、10.1rad/s 、10.2rad/s 、14rad/s 、20rad/s 、40rad/s 、80rad/s 、100rad/s 以下是在不同频率下李沙育图及幅频特性和相频特性的分析情况
实验名称控制系统的频率特性 实验序号实验时间 学生姓名学号 专业班级年级 指导教师实验成绩 一、实验目的： 研究控制系统的频率特性，及频率的变化对被控系统的影响。 二、实验条件： 1、台式计算机 2、控制理论计算机控制技术实验箱系列 3、仿真软件 三、实验原理和内容： ．被测系统的方块图及原理被测系统的方块图及原理： 图—被测系统方块图 系统(或环节)的频率特性(ω)是一个复变量，可以表示成以角频率ω为参数的幅值和相角。 本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特性。 图—所示系统的开环频率特性为： 采用对数幅频特性和相频特性表示，则式(—)表示为： 将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化，并施
加于被测系统的输入端[()]，然后分别测量相应的反馈信号[()]和误差信号[()]的对数 幅值和相位。频率特性测试仪测试数据经相关器件运算后在显示器中显示。 根据式(—)和式(—)分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位，在半对数坐标纸 上作出实验曲线：开环对数幅频曲线和相频曲线。 根据实验开环对数幅频曲线画出开环对数幅频曲线的渐近线，再根据渐近线的斜率和转角频确定频率特性(或传递函数)。所确定的频率特性(或传递函数)的正确性可以由测量的相频曲线来检验，对最小相位系统而言，实际测量所得的相频曲线必须与由确定的 频率特性(或传递函数)所画出的理论相频曲线在一定程度上相符。如果测量所得的相位 在高频(相对于转角频率)时不等于－°(－)［式中和分别表示传递函数分子和分母 的阶次］，那么，频率特性(或传递函数)必定是一个非最小相位系统的频率特性。 ．被测系统的模拟电路图被测系统的模拟电路图：见图－ 注意：所测点()、()由于反相器的作用，输出均为负值，若要测其正的输出点， 可分别在()、()之后串接一组的比例环节，比例环节的输出即为()、()的 正输出。 四、实验步骤： 在此实验中，利用型系统中的转换单元将提供频率和幅值均可调的基准正弦信 号源，作为被测对象的输入信号，而型系统中测量单元的通道用来观测被测环节的输出（本实验中请使用频率特性分析示波器），选择不同角频率及幅值的正弦信号源作 为对象的输入，可测得相应的环节输出，并在机屏幕上显示，我们可以根据所测得的 数据正确描述对象的幅频和相频特性图。具体实验步骤如下： ()将转换单元的端接到对象的输入端。 ()将测量单元的(必须拨为乘档)接至对象的输出端。 ()将信号发生器单元的和端断开，用号实验导线将端接至单元中的。 (由于在每次测量前，应对对象进行一次回零操作，即为对象锁零控制端，在这里，我们用的口对进行程序控制) ()在机上输入相应的角频率，并输入合适的幅值，按键后，输入的角频率开始闪烁，直至测量完毕时停止，屏幕即显示所测对象的输出及信号源，移动游标，可得 到相应的幅值和相位。 ()如需重新测试，则按“”键，系统会清除当前的测试结果，并等待输入新的角频率，准备开始进行下次测试。 ()根据测量在不同频率和幅值的信号源作用下系统误差()及反馈()的幅值、相 对于信号源的相角差，用户可自行计算并画出闭环系统的开环幅频和相频曲线。 实验数据处理及被测系统的对数幅频曲线和相频曲线 表实验数据(ωπ)
压阻式压力传感器的特性测试实验 一、实验目的 了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和标定方法。 二、实验内容 掌握压力传感器的压力计设计。 三、实验仪器 传感器检测技术综合实验台、压力传感器实验模块、压力传感器、导线。 四、实验原理 扩散硅压阻式压力传感器的工作机理是半导体应变片的压阻效应，在半导体受到力变形时会暂时改变晶体结构的对称性，因而改变了半导体的导电机理，使得它的电阻率发生变化，这种物理现象称之为半导体的压阻效应。一般半导体应变采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀扩散出多个半导体电阻应变薄膜（扩散出敏感栅）组成电桥。在压力（压强）作用下弹性元件产生应力，半导体电阻应变薄膜的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，经电桥转换成电压输出，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。图13-1为压阻式压力传感器压力测量实验原理图。 + - 放大单元主台体上电压表 +4V 压阻式压力传感器Vo+ VS+ Vo- Vs- 图13-1 压阻式压力传感器压力测量实验原理 五、实验注意事项 1、严禁将信号源输出对地短接。 2、实验过程中不要带电拔插导线。 3、严禁电源对地短路。 六、实验步骤 1、将引压胶管连接到压力传感器上，其他接线按图13-2进行连接，确认连线无误且打开主台体电源、压力传感器实验模块电源。
电电电电 电电电电电电 Vin Vin Vout GND 电电电电电电±15V 电电 D5 C4++E2 C5 D4D6R29S1C1 R12 R13 R17R16 C2 R1 IC1 R14 R3 R5R4 R6 D1IC4 R7R20 R19 R9 C3 RW1 -15V GND +15V VCC GND Vout-Vout+R8R10 D2 R21电电电电电 D3E1D5R28IC2 IC3 R2 R18RW2 电电电电电电电电 电电电 电 电电 电电 电电电电电电电 R30 R31R21R21 1234567 810K 20K 51K 100K P1 +5V
实验四控制系统频率特性的测试 一．实验目的 认识线性定常系统的频率特性，掌握用频率特性法测试被控过程模型的原理和方法，根据开环系统的对数频率特性，确定系统组成环节的参数。二．实验装置 （1）微型计算机。 （2）自动控制实验教学系统软件。 三．实验原理及方法 （1）基本概念 一个稳定的线性定常系统，在正弦信号的作用下，输出稳态与输入信号关系如下： 幅频特性相频特性 （2）实验方法 设有两个正弦信号： 若以) (y tω为纵轴，而以tω作为参变量，则随tω的变xω为横轴，以) (t 化，) (y tω?所确定的点的轨迹，将在 x--y平面上描绘出一条封闭的xω和) (t 曲线（通常是一个椭圆）。这就是所谓“李沙育图形”。 由李沙育图形可求出Xm ，Ym，φ， 四．实验步骤 （1）根据前面的实验步骤点击实验七、控制系统频率特性测试菜单。（2）首先确定被测对象模型的传递函数, 预先设置好参数
T1、T2、ξ、K （3）设置好各项参数后，开始仿真分析，首先做幅频测试，按所得的频率范围由低到高，及ω由小到大慢慢改变，特别是在转折频率处更应该多取几个点 五.数据处理 （一）第一种处理方法： （1）得表格如下： （2）作图如下： （二）第二种方法： 由实验模型即，由实验设置模型根据理论计算结果绘制bode图，绘制Bode图。 （三）误差分析 两图形的大体趋势一直，从而验证了理论的正确性。在拐点处有一定的差距，在某些点处也存在较大的误差。 分析： （1）在读取数据上存在较大的误差，而使得理论结果和实验结果之间存在。 （2）在数值应选取上太合适，而使得所画出的bode图形之间存在较大的差距。 （3）在实验计算相角和幅值方面本来就存在着近似，从而使得误差存在，而使得两个图形之间有差异 六.思考讨论 （1）是否可以用“李沙育”图形同时测量幅频特性和想频特性
实验六 线性系统的频域分析 一. 实验目的 （1）熟练掌握使用MA TLAB 命令绘制控制系统Nyquist 图的方法； （2）能够分析控制系统Nyquist 图的基本规律； （3）加深理解控制系统乃奎斯特稳定性判据的实际应用； （4）学会利用奈氏图设计控制系统； （5）熟练掌握运用MA TLAB 命令绘制控制系统伯德图的方法； （6）了解系统伯德图的一般规律及其频域指标的获取方法； （7）熟练掌握运用伯德图分析控制系统稳定性的方法； （8）设计超前校正环节并绘制Bode 图； （9）设计滞后校正环节并绘制Bode 图。 二. 实验原理及内容 1、频率特性函数)(ωj G 。 频率特性函数为： n n n n m m m m a j a j a j a b j b j b j b jw G ++???++++???++= ---)()()()()()()(1101110ωωωωωω 由下面的MATLAB 语句可直接求出G(jw)。 i=sqrt(-1) % 求取-1的平方根 GW=polyval(num ，i*w)./polyval(den ，i*w) 2、用MATLAB 作奈魁斯特图。 控制系统工具箱中提供了一个MATLAB 函数nyquist( )，该函数可以用来直接求解Nyquist 阵列或绘制奈氏图。当命令中不包含左端返回变量时，nyquist （）函数仅在屏幕上产生奈氏图，命令调用格式为： nyquist(num,den) ; 作Nyquist 图， nyquist(num,den,w); 作开环系统的奈氏曲线， 3、奈奎斯特稳定性判据（又称奈氏判据） 反馈控制系统稳定的充分必要条件是当ω从-∞变到∞时，开环系统的奈氏曲线不穿过点（-1，j0）且逆时针包围临界点（-1，j0）点的圈数R 等于开环传递函数的正实部极点数。 4、用MATLAB 作伯德图 控制系统工具箱里提供的bode()函数可以直接求取、绘制给定线性系统的伯德图。 命令的调用格式为： [mag,phase,w]=bode(num,den) [mag,phase,w]=bode(num,den,w) 由于伯德图是半对数坐标图且幅频图和相频图要同时在一个绘图窗口中绘制，因此，要用到半对数坐标绘图函数和子图命令。 （1） 对数坐标绘图函数 利用工作空间中的向量x ，y 绘图，要调用plot 函数，若要绘制对数或半对数坐标图，只需要用相应函数名取代plot 即可，其余参数应用与plot 完全一致。 （2） 子图命令
光敏电阻特性测试实验 一、实验目的 1、学习掌握光敏电阻工作原理 2、学习掌握光敏电阻的基本特性 3、掌握光敏电阻特性测试的方法 4、了解光敏电阻的基本应用 三、实验内容 1、光敏电阻的暗电阻、暗电流测试实验 2、光敏电阻的亮电阻、亮电流测试实验 3、光敏电阻光电流测试实验； 4、光敏电阻的伏安特性测试实验 5、光敏电阻的光电特性测试实验 6、光敏电阻的光谱特性测试实验 7、光敏电阻的时间响应特性测试实验 三、实验仪器 1、光电探测综合实验仪 1个 2、光通路组件 1套 3、光敏电阻及封装组件 1套 4、光照度计 1台 5、2#迭插头对（红色，50cm） 10根 6、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根 7、三相电源线 1根 8、实验指导书 1本 四、实验原理 1. 光敏电阻的结构与工作原理 光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级，亮电阻值在几千欧以下。 光敏电阻的结构很简单，图1-1（a）为金属封装的硫化镉光敏电阻的结构图。在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体物质，称为光导层。半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻就通过引出线端接入电路。为了防止周围介质的影响，在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最
§7车辆的的蛇行运动稳定性 稳定性包括：静态平衡稳定性和动态（运动）稳定性两大类 静态平衡稳定性：可从静力平衡条件来判定 车体在弹簧上的搞倾覆稳定性； 车辆抗倾覆稳定性； 轮对抗脱轨稳定性。 动态稳定性：必须从运动方程或者其解的特征来判定。 一、自由轮对的蛇行运动 （三个问题） ○1 基本假设 ○2 运动方程及其解 ○ 3 解答结果讨论 1．其本假设有四点： （1） 自由轮对沿着轨距不变、刚性路面上的平直钢轨作等速 运动； （2） 轮对为一刚体，其两个车轮连续不断与钢轨接触； （3） 轮对的运动属微幅振动。因此轮轨接触几何关系。蠕滑 率－力规律均为线性，且认为纵向蠕滑与横向蠕滑系数相等即f f f ==2211； （4） 自由轮对带有锥形踏面，在新轮与新轨接角时，踏面斜 率较小，因此不计重力刚度产生的力和重力角刚度产生的力矩。 以上各条中，假设轮对为刚体并不合适。
1． 运动方程及其解 y w ωλ y 受力分析 轮对受到蠕滑力的作用（由轮对横摆和摇头引起） 蠕滑力的计算 fv T -= V V v ?= 设轮对前进速度为V ，角速度为ω。 由轮对横摆引起的蠕滑率 左轮 轮对中心 右轮 纵向 滚动圆半径 y r r l λ-=0 r 0 y r r R λ+=0 理论速度 ω（y r λ-0） ωr 0 ω（y r λ+0）
滑动速度V －ω（y r λ-0） V －ω（y r λ+0） w y ωλ －w y ωλ 纵向蠕滑率)(w x y v r y w λ - r y w λ 横向蠕滑率)(w y y v V w y ? V w y ? 由轮对摇头引起的蠕滑率 纵向滑动速度： b w ψ －b w ψ 蠕滑率)(w x v ψ： V b ? ψ －V b ? ψ 横向 由于的存在，V 的横向分速度： -V w ψ -V w ψ 蠕滑率)(w y v ψ -w ψ -w ψ 合成蠕滑率 1v r y w λ＋ V b ?ψ －0 r y w λ－V b ? ψ 2v V w y ? -w ψ V w y ? -w ψ 纵向蠕滑力： －f ( r y w λ＋ V b ? ψ) f (0 r y w λ＋V b ? ψ ) 横向蠕滑力： -f (V w y ? -w ψ) -f (V w y ? -w ψ) 轮对的左右车轮上作用着纵向蠕滑力大小相等、方向相反，形成一力偶，力偶矩为： M Z ＝2b f ( r y w λ＋ V b ? ψ)=2f (w y r b λ+V b ? ψ2 ) 横向力大小相等方向相同，
控制系统频率特性实验
实验名称控制系统的频率特性 实验序号 3 实验时间 学生姓名学号 专业班级年级 指导教师实验成绩 一、实验目的： 研究控制系统的频率特性，及频率的变化对被控系统的影响。 二、实验条件： 1、台式计算机 2、控制理论&计算机控制技术实验箱 THKKL-4系列 3、THKKL仿真软件 三、实验原理和内容： 1．被测系统的方块图及原理被测系统的方块图及原理：
图3—1 被测系统方块图 系统(或环节)的频率特性G(jω)是一个复变量，可以表示成以角频率ω为参数的幅值和相角。 本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特性。 图4—1 所示系统的开环频率特性为： 采用对数幅频特性和相频特性表示，则式(3—2)表示为： 将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化，并施加于被测系统的输入端[r(t)]，然后分别测量相应的反馈信号[b(t)]和误差信号[e(t)]的对数 幅值和相位。频率特性测试仪测试数据经相关器件运算后在显示器中显示。
根据式(3—3)和式(3—4)分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位，在半对数坐标纸上作出实验曲线：开环对数幅频曲线和相频曲线。 根据实验开环对数幅频曲线画出开环对数幅频曲线的渐近线，再根据渐近线的斜率和转角频确定频率特性(或传递函数)。所确定的频率特性(或传递函数)的正确性可以由测量的相频曲线来检验，对最小相位系统而言，实际测量所得的相频曲线必须与由确定的频率特性(或传递函数)所画出的理论相频曲线在一定程度上相符。如果测量所得的相位在高频(相对于转角频率)时不等于－90°(q－p)［式中p 和q 分别表示传递函数分子和分母的阶次］，那么，频率特性(或传递函数)必定是一个非最小相位系统的频率特性。 2．被测系统的模拟电路图被测系统的模拟电路图：见图3－2
实验一光敏电阻特性实验 实验目的： 1. 了解光敏电阻的工作原理及相关的特性。 2. 了解非电量转化为电量进行动态测量的方法。 3. 了解简单光路的调整原则和方法。 4. 在一定照度下，测量光敏电阻的电压与光电流的关系。 5. 在一定电压下，测量光敏电阻的照度与光电流的关系。 实验原理: 1.光敏电阻的结构与工作原理 利用具有光电导效应的半导体材料制成的光敏传感器叫光敏电阻，又称为光导管。是一种均质的半导体光电器件,其结构如图1-1所示。光敏电阻没 有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也 可以加交流电压。光敏电阻采用梳状结构是由于在间距很近 的电阻之间有可能采用大的灵敏面积,提高灵敏度。无光照时， 光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。 当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻） 急剧减小，电路中电流迅速增大。一般希望暗电阻越大越 好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际光 敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级，亮电阻值在几千欧以 下。 2. 光敏电阻的主要参数 (1) 暗电阻：光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。 (2) 亮电阻：光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。 (3) 光电流：亮电流与暗电流之差称为光电流。 3. 光敏电阻的基本特性 (1) 伏安特性 光敏电阻的伏安特性如图1-2所示，不同的光照度可以得到不同的伏安特性，表明电阻值随光照度发生变化。光照度不变的情况下，电压越高，光电流也越大，光敏电阻的工作电压和电流都不能超过规定的最高额定值。 图1-2光敏电阻的伏安特性曲线