機(jī)械控制工程基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)

1、機(jī)械控制工程基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn) acct-iv自動(dòng)控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱 11實(shí)驗(yàn)一：直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：綜合型實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)對(duì)小型直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，加深對(duì)負(fù)反饋概念的理解。2了解pid校正元件在閉環(huán)控制系統(tǒng)中的作用。3加深對(duì)階躍輸入信號(hào)、系統(tǒng)階躍響應(yīng)、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差的理解。二、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1acct-iv自動(dòng)控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱2數(shù)字萬(wàn)用表三、實(shí)驗(yàn)原理及主要知識(shí)點(diǎn)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示：階躍輸入信號(hào)，對(duì)應(yīng)期望轉(zhuǎn)速。pid：校正元件。驅(qū)動(dòng)單元：起功率放大作用。直流電機(jī)：被控對(duì)象，其轉(zhuǎn)速為被控量。轉(zhuǎn)速測(cè)量電路：起反饋

2、元件（檢測(cè)元件）的作用，將直流電機(jī)轉(zhuǎn)速（非電量）轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)進(jìn)行反饋，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。四、實(shí)驗(yàn)步驟直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制實(shí)驗(yàn)電路如圖所示：1將實(shí)驗(yàn)箱上u1單元電源開(kāi)關(guān)扳到off位置。2利用實(shí)驗(yàn)箱上的u9、u15、u11單元搭接上述電路，u9、u15、u11運(yùn)放單元的信號(hào)g接-15v（必須接），接u1單元的+5v，1兆歐電阻、10k電阻和1微法電容在u4單元?？烧{(diào)電阻順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)阻值增大，u9單元的rp1、rp2可調(diào)電阻逆時(shí)針旋至電阻最小，u11單元的可調(diào)電阻rp1逆時(shí)針旋至電阻最小。3經(jīng)指導(dǎo)教師檢查接線(xiàn)無(wú)誤后，將實(shí)驗(yàn)箱上u1單元電源開(kāi)關(guān)扳到on位置，觀(guān)察小型直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。4用數(shù)字萬(wàn)用表長(zhǎng)

3、時(shí)間測(cè)量u9單元運(yùn)放的輸出電壓，該電壓對(duì)應(yīng)負(fù)反饋控制系統(tǒng)中的誤差信號(hào)。當(dāng)數(shù)字萬(wàn)用表顯示正值時(shí)，表示實(shí)際轉(zhuǎn)速低于期望轉(zhuǎn)速。用手指輕輕撥動(dòng)直流電機(jī)風(fēng)扇，對(duì)直流電機(jī)施加干擾，注意觀(guān)察直流電機(jī)轉(zhuǎn)速和上述誤差信號(hào)的變化情況。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1注意觀(guān)察直流電機(jī)轉(zhuǎn)速和相應(yīng)誤差信號(hào)的變化情況。六、實(shí)驗(yàn)思考題及實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的“實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)要原理”部分畫(huà)出直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的方框圖。2在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”部分繪制實(shí)驗(yàn)電路圖，并對(duì)所觀(guān)察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行描述。實(shí)驗(yàn)二：溫度控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：綜合型實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)對(duì)加溫室的溫度進(jìn)行控制，加深對(duì)負(fù)反饋概念的理解。2了解pid校正元件在

4、閉環(huán)控制系統(tǒng)中所起的作用。3加深對(duì)階躍輸入信號(hào)、系統(tǒng)階躍響應(yīng)、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差的理解。二、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1acct-iv自動(dòng)控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱2數(shù)字萬(wàn)用表三、實(shí)驗(yàn)原理及主要知識(shí)點(diǎn)加溫室溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示：階躍輸入信號(hào)，對(duì)應(yīng)期望溫度。pid：校正元件。脈寬調(diào)制：起功率放大作用。加溫室：作為被控對(duì)象，其溫度為被控量。溫度變送器：起反饋元件（檢測(cè)元件）的作用，將加溫室溫度（非電量）轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)進(jìn)行反饋，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。四、實(shí)驗(yàn)步驟加溫室溫度控制實(shí)驗(yàn)電路如圖所示：1將實(shí)驗(yàn)箱上u1單元的電源開(kāi)關(guān)扳到off狀態(tài)。2利用實(shí)驗(yàn)箱上的u9、u15、u11單元搭接上述電路，u9

5、、u15、u11運(yùn)放單元的信號(hào)g接-15v（必須接），接u1單元的+5v，1兆歐電阻、10k電阻和1微法電容在u4單元。可調(diào)電阻順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)阻值增大，u9單元的rp1、rp2可調(diào)電阻逆時(shí)針旋至電阻最小，u11單元的可調(diào)電阻rp1逆時(shí)針旋至電阻最小。3經(jīng)指導(dǎo)教師檢查接線(xiàn)無(wú)誤后，將實(shí)驗(yàn)箱上u1單元的電源開(kāi)關(guān)扳到on狀態(tài)，用手感覺(jué)加溫室的加熱情況。4用數(shù)字萬(wàn)用表長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量u9單元運(yùn)放的輸出電壓，該電壓對(duì)應(yīng)負(fù)反饋控制系統(tǒng)中的誤差信號(hào)。當(dāng)數(shù)字萬(wàn)用表顯示正值時(shí)，表示實(shí)際溫度低于期望溫度。輕輕對(duì)加溫室扇風(fēng)，對(duì)加溫室施加干擾，觀(guān)察上述誤差信號(hào)的變化情況。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1觀(guān)察加溫室的溫度變化情況。六、實(shí)驗(yàn)思考

6、題及實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的“實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)要原理”部分畫(huà)出加溫室溫度控制系統(tǒng)方框圖。2在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”部分畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路，并對(duì)所觀(guān)察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行描述。實(shí)驗(yàn)三：典型環(huán)節(jié)（或系統(tǒng)）的頻率特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)要求：必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?加深對(duì)頻率特性定義、幅頻特性、相頻特性基本概念的理解。2學(xué)習(xí)和掌握測(cè)量典型環(huán)節(jié)（或系統(tǒng)）頻率特性的方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1acct-iv自動(dòng)控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱2計(jì)算機(jī)三、實(shí)驗(yàn)原理及主要知識(shí)點(diǎn)慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為其頻率響應(yīng)、幅相頻率特性曲線(xiàn)、波特圖如下圖所示：頻率響應(yīng)幅相頻率特性曲線(xiàn)波特圖四、實(shí)驗(yàn)步驟慣性環(huán)節(jié)（一階系統(tǒng)）實(shí)驗(yàn)電路如圖所

7、示：1將實(shí)驗(yàn)箱上u1單元的電源開(kāi)關(guān)扳到off狀態(tài)。2利用實(shí)驗(yàn)箱上的u9、u15單元搭接上述電路，u9、u15單元的信號(hào)g接-15v（必須接）。u9單元的輸入信號(hào)接u3單元的，u15單元的輸出信號(hào)接u3單元的i1，此外需要將u3單元的連接到u3單元的i2?？烧{(diào)電阻順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)阻值增大，u9單元的rp1、u15單元的rp1可調(diào)電阻逆時(shí)針旋至電阻最小。3經(jīng)指導(dǎo)教師檢查接線(xiàn)無(wú)誤后，將usb信號(hào)電纜插到實(shí)驗(yàn)箱上，然后將實(shí)驗(yàn)箱上u1單元的電源開(kāi)關(guān)扳到on狀態(tài)。4啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面“我的文檔”文件夾中尋找“自動(dòng)控制理論和計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)箱”文件夾并打開(kāi)，尋找“自控”文件夾并打開(kāi)，雙擊“時(shí)域（頻域）示波器”圖標(biāo)，

8、顯示如下實(shí)驗(yàn)界面：左上角所顯示波形為頻率響應(yīng)，“v/div1”和“v/div2”分別用于設(shè)置白色波形和紅色波形顯示時(shí)1整格的幅值大小，“t/div”用于設(shè)置橫軸（時(shí)間軸）1整格的幅值大小?！皽y(cè)試信號(hào)設(shè)置”部分的“測(cè)試信號(hào)1”用于設(shè)置實(shí)驗(yàn)箱上u3單元o1插孔輸出的信號(hào)種類(lèi)，“測(cè)試信號(hào)2”本實(shí)驗(yàn)不用，“頻率/周期”部分用于設(shè)置測(cè)試信號(hào)1的頻率，“四組a/d通道選擇”用于選擇數(shù)據(jù)采集卡的輸入通道，“通道1放大”用于設(shè)置i1通道的放大倍數(shù)，“通道2放大”用于設(shè)置i2通道的放大倍數(shù)。在做實(shí)驗(yàn)之前，首先需要按照上圖進(jìn)行設(shè)置。首先用鼠標(biāo)點(diǎn)擊工具條欄最左端的“”，在“頻率/周期”部分選擇測(cè)試信號(hào)1的頻率（建議最低從2hz開(kāi)始測(cè)量），點(diǎn)擊“啟動(dòng)/暫?！卑粹o，左上角會(huì)顯示相應(yīng)波形，白色代表實(shí)驗(yàn)電路的輸出信號(hào)，紅色代表實(shí)驗(yàn)電路的輸入信號(hào)。觀(guān)察到波形后，點(diǎn)擊“啟動(dòng)/暫?！卑粹o，觀(guān)測(cè)白色波形振幅和紅色波形振幅以及白色波形和紅色波形的相位差。如果波形太小不便于觀(guān)測(cè)，可以修改“v/div1”、“v/div2”和“t/div”的設(shè)置再重新測(cè)量。將“頻率/周期”處的頻率值設(shè)為其它值，重復(fù)上面測(cè)量，要求測(cè)量結(jié)果不少于10次。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1觀(guān)察顯示器上的波形顯示，記錄相應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制慣