机械系统控制实验指导书-实验室管理处网站.doc

机机械械系系统统控控制制实实验验指指导导书书哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学机电控制实验室2012 年年 8 月月 30 日日目目 录录实验的基本要求.......................................................................................................2关于实验箱的说明和注意事项...............................................................................2软件使用说明...........................................................................................................5实验一 典型环节及其阶跃响应...........................................................................1实验二 二阶系统阶跃响应...................................................................................3实验三 控制系统的稳定性分析...........................................................................5实实验验的的基基本本要要求求1、实验前必须做好准备，预习实验指导书，复习有关原理，并写好预习报告（即实验报告的“实验目的” 、 “实验线路及简要原理” 、 “实验数据及现象记录”三项）2、实验中发生事故，应立即切断电源，保持现场，并向指导教师报告事故情况。

3、实验完毕应先将实验数据与现象记录交指导教师审阅签字后，方可拆线，并整理设备清理现场才可离开4、及时完成实验报告，在预习报告的基础上再加上“数据分析与现象讨论” （包括心得体会）关于实验箱的说明和注意事项关于实验箱的说明和注意事项自动控制理论实验所使用的设备由计算机、串行数据通道接口板、实验平台及运放电路板组成其中计算机在实验中起控制信号产生、输出、测量、人机界面、显示实验波形、打印图形图像的作用实验平台配以运放电路板接插阻容元件，可以用来模拟多种特性的被控对象串行数据通道接口板插于实验平台上，它起模拟信号与数字信号的转换作用，可以用计算机控制产生不同的信号（阶跃、三角、正弦等） CCT3S 系统连接方法见下图随机配备的 SAC-ACT 软件包设计了自控理论的十个实验，所有的自动控制理论实验都是在这套装置上进行的一一、、关关于于串串行行数数据据通通道道接接口口卡卡接口板上扩充了计算机内不具备的一些典型芯片的接口电路，主要包括 1 组 A/D 转换接口ADC0809、2 组 D/A 转换接口 DAC0832，串行接口芯片 MAX232，接口时钟 74LS163，译码器 74LS138等。

安装时，将实验平台断电后，将接口卡固定于实验平台上D/A 转换信号 DA0 和 DA1 由接口板上的两个插孔引出，其余信号如 A/D 转换信号 IN0~IN3 由实验平台的信号引出孔引出串行数据通道接口卡上有两个短路子 J1、J2，如果做自控实验，则插上两个短路子 J1、J2，如果做 86 实验，则拔掉两个短路子 J1、J2D/A 操作（DAC0832）：在自控理论实验中 DA0 和 DA1 通常与模拟系统输入端相连接，其输出信号作为模拟系统的信号源D/A 输出时，进行 I/0 口写操作即可D/A 输出的电压范围为 0~5V（86 实验）或-2.5v~2.5v（自控实验） ，对应数据为 00H~FFHA/D 操作（ADC0809）：启动某一 A/D 通道只需对相应口地址进行写操作即可，启动后，查询 EOC状态或延时等待A/D 转换结束后，计算机即可通过串行口读取单片机寄存器数据得到转换数据二二、、关关于于自自动动控控制制实实验验平平台台CCT3S 实验平台由以下各个单元电路构成：1.电源实验平台内置开关电源开关电源提供 +5V/2.5A、+12V/1A、-5V/0.3A、-12V/0.3A。

当 220V 的50Hz 交流电接通后，实验平台上电源和传感器等检测电路中 +5V、-5V、+12V、-12V 的引线插孔处均带电，供实验与开发使用串行数据通道接口卡的电源是通过实验平台上 POWER 附近的跨线引入的2.十六位二进制输入装置实验平台上有 16 只自锁式按钮开关 K0—K15，配有与之相应的 16 个发光二极管指示灯和 16 个引线插孔开关按下时，相应发光二极管亮，插孔输出高电平；开关抬起时，相应插孔输出为低电平，指示灯灭3.十六位二进制指示器实验平台上有 16 只发光二极管及相应驱动电路，与之对应的 D0—D15 共 16 条引线插孔为正逻辑信号输入端，该输入端为高电平时，发光二极管亮4.交流信号源实验平台上提供一个频率和幅度可调的正弦波交流信号源，FSA 为频率调整旋钮，DGA 为幅度调整旋钮频率调节范围：1KHz — 10KHz ；幅度调节范围：0 — 5V (有效值)计算机外置串口接口卡A/D D/A 转换信号引出区运放电路板5.模拟功率驱动器实验平台上有一个 NPN 型和一个 PNP 型的典型晶体管放大电路，Vs+和 Vs-为正、负地电源电压的引线插孔，可进行信号放大，功率放大和信号跟随。

出厂时，NPN 管为 9013，PNP 为 90126.运算模拟单元电路实验平台上有 10 个检测、放大、运算电路芯片采用 LM324工作电源已接±12V，当R1、R2、R3、R4 电阻的引线插孔插入不同电阻或电容时，可进行单、双端检测信号的放大和处理及运算7.阻容器件部分此单元包括所有实验中所用不同阻值的电阻、电容、稳压管8.电位计部分实验平台上提供了 1K、10K、500K、1M 共 4 个电位器9.集成电路插座实验平台上提供了一个 DIP14 插座和一个 DIP16 插座三三、、安安全全使使用用注注意意事事项项为有效、安全地使用实验箱，请遵守以下规定1.您在将实验箱盖打开后，请用箱体两边的支撑脚将箱盖撑住，避免在进行试验过程中箱盖突然下落将您的手砸伤或损坏仪器设备2.禁止将平台上开关电源输出长时间短接3.禁止将交流源（~15v）短接，这样将会烧毁实验箱内的交流变压器，并引起火灾4.禁止将-5V、-12V 连接到指示灯引线插孔输入端5.实验中尽量用短线连接，尤其两极放大器、功放电路更要注意6.在将导线从引线插孔中拔出时，应捏住导线根部，左右旋转松动后再拔出7.在进行炉温控制实验时，应避免炉温超过 70℃长时间运等，政治路线则将降低炉体使用寿命；而且还要小心以免将手烫伤。

8.电机调速实验中应避免直流电机长时间高速旋转9.实验中大部分实验设备如数据通道接口板、数据通讯线、实验平台、直流电机扩展板、温控炉扩展板等设备都是精密装置，实验中务必注意正确使用和妥加爱护软软件件使使用用说说明明SAC—ACT 软件包是为自动控制原理实验开发的，共包含了十一个实验窗口，提供了良好的人机界 面，在实验过程中操作者可通过选择菜单命令而完成一系列的功能，下面详细介绍其使用方法：1.运行“自动控制原理” ，即弹出对话窗口2.单击“系统设置”选择串口及打印机3.单击“实验选择” ，弹出一实验题目清单，单击要做的实验题目，弹出此实验对话框4.参数设置：在命令菜单中，选择“参数设置”命令，则进入参数显示窗口1) 采样周期设置：选中周期项，在参数显示窗口中， “周期”的参数显示处将改变颜色，此时可输入采样周期，按 ENTER 键确认输入完成，单位为 ms2) 设定电压设置：选中“电压”项，在参数显示窗口中， “电压”的参数显示处将改变颜色，此时可输入设定电压，按 ENTER 键确认输入完成，输入范围为 0~2.5v3) 采样点数设置：选中点数项，在参数显示窗口中， “点数”的参数显示处将改变颜色，此时可输入采样点数，按 ENTER 键确认输入完成。

4) 曲线放大倍数设置：在“曲线放大”的下拉框内的数字为原曲线放大倍数如：选择“1”则与原曲线的比例是 1:1 的关系 （顺便提一下，再“打印图象”时，应是在曲线放大设置为“1”时打印此外，某些实验中还有一些与实验相关的参数，设置方法相同5、运行观测在命令菜单中选择“运行观测”命令，计算机给出控制信号，并对系统输出进行采样，在波形显示窗口显示系统输出的波形，按 ESC 键则中止运行6、打印图象在命令菜单中选择“打印图象”命令，则将波形显示窗口的图象输出到打印机上7、帮助在命令菜单中选择“帮助主题”命令，屏幕将显示出本实验的接线图，实验者可按图接线，若实验有多个接线图，可接 Page 和 Page down 键翻页8、退出实验选择“退出实验”命令或直接单击关闭窗口，即可退出该实验，返回到主界面菜单，若要退回到WINDOWS 系统，再单击“退出实验”或“关闭窗口” 9、 “运行观测”曲线说明：运行过程中， “红色”曲线代表从 D/A 口输出给模拟电路的信号状态，其它颜色曲线代表从模拟电路输入到 A/D 的信号状态实实验验一一 典典型型环环节节及及其其阶阶跃跃响响应应一一、、实实验验目目的的1、 学习构成典型环节的模拟电路。

2、 熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线3、 了解参数变化对典型环节动态特性的影响，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数二二、、实实验验内内容容各典型环节的模拟电路及结构图如下：图 1-1-1 比例环节电路图图 1-2-1 惯性环节电路图- K-K/(TS+1)图 1-1-2 比例环节结构图2--2 惯性环节结构图图 1-3-1 积分环节电路图图 1-4-1 微分环节电路图-1／TS-TS图 1-3-2 积分环节结构图图 1-4-2 微分环节结构图减小漂移电阻比例环节的结构图中： K = R2 / R1惯性环节的结构图中： K = R2 / R1 ， T = R2×C积分环节的结构图中： T = R1×C微分环节的结构图中： T = R2×C比例微分环节的结构图中： K = R3 / R2 ， T = (R1 + R2) C三三、、实实验验步步聚聚1、 将输入端 ui 与数据通道接口板上的 DAO 连接、输出端 uo 与实验平台信号引出区的 INO 孔连接若无特别声明，其它实验中涉及运放电路板及 ui 及 uo 均按此连线，不再赘述） 2、 启动计算机，运行“系统设置”菜单，选择串口。

（若无特别声明，其它实验中均同此，不再赘述如不选择，则设为默认值，选择 COM1 通讯端口）3、 打开“自动控制原理实验系统” ，打开“实验选择”菜单，选择“典型环节及其阶跃响应”实验4、 选择“参数设置”命令，设置采样周期，采样点数和设定电压5、 选择“运行观测”命令，观察阶跃响应曲线，改变模拟电路参数后，再重新观察阶跃响应曲线的变化6、 为了更好的观察曲线，再“参数设置”命令中，设置“曲线放大”倍数， “运行观测” 7、 记录波形及数据（保存结果、打印图象） 8、 连接其它模拟电路，重复步骤 3、4、5、6注：打印图像只有在曲线放大为“1”时打印（其它实验相同）四四、、实实验验报报告告1、 画出惯性环节、积分环节、比例微分环节的电路图和所记录的响应曲线2、 由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与值比较图 1-5-1 比例微分环节电路图-K(TS+1)图 1-5-2 比例微分环节结构图实实验验二二 二二阶阶系系统统阶阶跃跃响响应应一一、、实实验验目目的的1、 研究二阶系统的阻尼比 ξ 和无阻尼自然频率 ω 对系统动态性能的影响2、 学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。