机械控制工程基础实验资料.docx
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机械控制工程基础实验资料
《机械控制工程基础》课程实验
ACCT-IV自动控制理论及计算机控制技术实验箱
实验一：
直流电机转速控制实验
实验学时：
2
实验类型：
综合型
实验要求：
必修
一、实验目的
1．通过对小型直流电机转速进行控制，加深对负反馈概念的理解。
2．了解PID校正元件在闭环控制系统中的作用。
3．加深对阶跃输入信号、系统阶跃响应、超调量、调节时间、稳态误差的理解。
二、实验仪器与设备
1．ACCT-IV自动控制理论及计算机控制技术实验箱
2．数字万用表
三、实验原理及主要知识点
直流电机调速系统结构框图如图所示：
：
阶跃输入信号，对应期望转速。
PID：
校正元件。
驱动单元：
起功率放大作用。
直流电机：
被控对象，其转速为被控量。
转速测量电路：
起反馈元件（检测元件）的作用，将直流电机转速（非电量）转换成电压信号进行反馈，从而构成闭环控制系统。
四、实验步骤
直流电机转速控制实验电路如图所示：
1．将实验箱上U1单元电源开关扳到OFF位置。
2．利用实验箱上的U9、U15、U11单元搭接上述电路，U9、U15、U11运放单元的信号G接-15V（必须接），
接U1单元的+5V，1兆欧电阻、10K电阻和1微法电容在U4单元。
可调电阻顺时针转动阻值增大，U9单元的RP1、RP2可调电阻逆时针旋至电阻最小，U11单元的可调电阻RP1逆时针旋至电阻最小。
3．经指导教师检查接线无误后，将实验箱上U1单元电源开关扳到ON位置，观察小型直流电机的运转情况。
4．用数字万用表长时间测量U9单元运放的输出电压，该电压对应负反馈控制系统中的误差信号。
当数字万用表显示正值时，表示实际转速低于期望转速。
用手指轻轻拨动直流电机风扇，对直流电机施加干扰，注意观察直流电机转速和上述误差信号的变化情况。
五、实验结果与分析
1．注意观察直流电机转速和相应误差信号的变化情况。
六、实验思考题及实验报告要求
1．在实验报告的“实验简要原理”部分画出直流电机调速系统的方框图。
2．在实验报告的“实验结果”部分绘制实验电路图，并对所观察到的实验现象进行描述。
实验二：
温度控制实验
实验学时：
2
实验类型：
综合型
实验要求：
必修
一、实验目的
1．通过对加温室的温度进行控制，加深对负反馈概念的理解。
2．了解PID校正元件在闭环控制系统中所起的作用。
3．加深对阶跃输入信号、系统阶跃响应、超调量、调节时间、稳态误差的理解。
二、实验仪器与设备
1．ACCT-IV自动控制理论及计算机控制技术实验箱
2．数字万用表
三、实验原理及主要知识点
加温室温控系统结构框图如图所示：
：
阶跃输入信号，对应期望温度。
PID：
校正元件。
脉宽调制：
起功率放大作用。
加温室：
作为被控对象，其温度为被控量。
温度变送器：
起反馈元件（检测元件）的作用，将加温室温度（非电量）转换成电压信号进行反馈，从而构成闭环控制系统。
四、实验步骤
加温室温度控制实验电路如图所示：
1．将实验箱上U1单元的电源开关扳到OFF状态。
2．利用实验箱上的U9、U15、U11单元搭接上述电路，U9、U15、U11运放单元的信号G接-15V（必须接），
接U1单元的+5V，1兆欧电阻、10K电阻和1微法电容在U4单元。
可调电阻顺时针转动阻值增大，U9单元的RP1、RP2可调电阻逆时针旋至电阻最小，U11单元的可调电阻RP1逆时针旋至电阻最小。
3．经指导教师检查接线无误后，将实验箱上U1单元的电源开关扳到ON状态，用手感觉加温室的加热情况。
4．用数字万用表长时间测量U9单元运放的输出电压，该电压对应负反馈控制系统中的误差信号。
当数字万用表显示正值时，表示实际温度低于期望温度。
轻轻对加温室扇风，对加温室施加干扰，观察上述误差信号的变化情况。
五、实验结果与分析
1．观察加温室的温度变化情况。
六、实验思考题及实验报告要求
1．在实验报告的“实验简要原理”部分画出加温室温度控制系统方框图。
2．在实验报告的“实验结果”部分画出实验电路，并对所观察到的实验现象进行描述。
实验三：
典型环节（或系统）的频率特性测量
实验学时：
2
实验类型：
验证型
实验要求：
必修
一、实验目的
1．加深对频率特性定义、幅频特性、相频特性基本概念的理解。
2．学习和掌握测量典型环节（或系统）频率特性的方法。
二、实验仪器与设备
1．ACCT-IV自动控制理论及计算机控制技术实验箱
2．计算机
三、实验原理及主要知识点
惯性环节的传递函数为
其频率响应、幅相频率特性曲线、波特图如下图所示：
频率响应
幅相频率特性曲线
波特图
四、实验步骤
惯性环节（一阶系统）实验电路如图所示：
1．将实验箱上U1单元的电源开关扳到OFF状态。
2．利用实验箱上的U9、U15单元搭接上述电路，U9、U15单元的信号G接-15V（必须接）。
U9单元的输入信号
接U3单元的
，U15单元的输出信号
接U3单元的I1，此外需要将U3单元的
连接到U3单元的I2。
可调电阻顺时针转动阻值增大，U9单元的RP1、U15单元的RP1可调电阻逆时针旋至电阻最小。
3．经指导教师检查接线无误后，将USB信号电缆插到实验箱上，然后将实验箱上U1单元的电源开关扳到ON状态。
4．启动计算机，在桌面“我的文档”文件夹中寻找“自动控制理论和计算机控制实验箱”文件夹并打开，寻找“自控”文件夹并打开，双击“时域（频域）示波器”图标，显示如下实验界面：
左上角所显示波形为频率响应，“V/DIV1”和“V/DIV2”分别用于设置白色波形和红色波形显示时1整格的幅值大小，“T/DIV”用于设置横轴（时间轴）1整格的幅值大小。
“测试信号设置”部分的“测试信号1”用于设置实验箱上U3单元O1插孔输出的信号种类，“测试信号2”本实验不用，“频率/周期”部分用于设置测试信号1的频率，“四组A/D通道选择”用于选择数据采集卡的输入通道，“通道1放大”用于设置I1通道的放大倍数，“通道2放大”用于设置I2通道的放大倍数。
在做实验之前，首先需要按照上图进行设置。
首先用鼠标点击工具条栏最左端的“→”，在“频率/周期”部分选择测试信号1的频率（建议最低从2Hz开始测量），点击“启动/暂停”按钮，左上角会显示相应波形，白色代表实验电路的输出信号，红色代表实验电路的输入信号。
观察到波形后，点击“启动/暂停”按钮，观测白色波形振幅和红色波形振幅以及白色波形和红色波形的相位差。
如果波形太小不便于观测，可以修改“V/DIV1”、“V/DIV2”和“T/DIV”的设置再重新测量。
将“频率/周期”处的频率值设为其它值，重复上面测量，要求测量结果不少于10次。
五、实验结果与分析
1．观察显示器上的波形显示，记录相应实验数据，根据实验数据绘制惯性环节的幅相频率特性曲线和波特图。
六、实验思考题及实验报告要求
1．在实验报告的“实验简要原理”部分画出实验所用电路图。
2．在实验报告的“实验结果”部分记录所观测到的白色波形振幅、红色波形振幅、白色波形和红色波形的相位差、频率值，根据实验结果绘制出惯性环节的幅相频率特性曲线和波特图。
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