机械工程控制基础实验

机械控制工程基础 实验指导书 机械工程实践教学中心 机电控制技术实验室 2004 1 目 录 页数 实验一：时域特性测试实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2 实验二：频率特性测试实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 实验三：闭环控制系统设计与仿真实验„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 实验四：闭环控制系统性能测试实验„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1 本实验指导书由陈永亮老师编写 2 实验一 时域特性测试实验 一、实验目的 1）熟悉典型输入信号； 2）了解典型系统的时间响应。 3）掌握典型机电系统时域特性的测试方法。 二、实验原理 一个动态系统的性能常用典型输入作用下的响应来描述。响应是指零初始值条件下某种典型的输入函数作用下对象的响应，控制系统常用的输入函数为单位阶跃函数和脉冲激励函数（即冲激函数）。 本试验利用阶跃输入信号来测定电机的时间常数和稳态增益，进而求得系统的传递函数。试验装置的构成如图1-1 所示，主要包括变频器（0～5V 输入）、电机和测速电机（10V/1500RPM）。 阶跃信号由信号发生器输出的方波信号来实现，其幅值和周期可通过该仪器的有关旋钮来调节。方波信号的周期一定要大于系统调节时间的两倍，即stT2. 阶跃响应曲线由数字示波器测量。 电机调速系统可近似为一阶系统，其传递函数的一般形式为 1sK)s(G，其中 K为稳态增益， 为时间常数。 0～5V 0～10V CH.1 5 2 变频器 三相异步电机 测速发电机 信号发生器 示波器 图1-1 试验装置的构成 3 （1）电机稳态增益的测定 已知，测速发电机增益：rpmVrpmVKc/150/11500/10，则 `电机稳态转速cossKV＝[rpm]，电机增益isssVK[rpm/V] （2）电机时间常数的测定，如图1-2 所示，电机的时间常数是输入阶跃信号时，电机达到稳态值的63％所需要的时间。 三、实验仪器 1) 机电控制综合试验台：变频器（型号为FR-E540）+ 测速电机（型号为55ZYT63） 2) 信号发生器：型号为TD1018 3) 数字存储示波器：型号为DS-5000M 四、实验内容 1）按图1-1 连接电机调速控制实验装置，给变频器输入1V 的阶跃信号。 2）用示波器探头将测速发电机的输出连接到示波器的通道1（CH1），并将探头开关设定为X10。按下[CH1]功能键显示通道1 的操作菜单，用1 号菜单操作键选择“直流”耦合。用3 号菜单操作键选择探头衰减系数为“10X”。按下[AUTO]按钮，即可...