實驗一傳遞函式的測定
一、實驗準備知識
1.一階系統傳遞函式及其特徵引數對其效能的影響；
2.一階系統的階躍響應；
3.直流電動機工作原理；
4.直流發電機的工作原理。
二、實驗目的
1.掌握直流電動機系統工作框圖，並推導其傳遞函式；
2.掌握一階系統（以直流電動機為例）傳遞函式的測試方法；
3.學會相關實驗儀器的使用方法，包括：低頻示波器、光電測速儀、穩壓電源等。
三、實驗儀器
1.直流電動機-測速發電機組一套；2.低頻示波器一台；3.光電測速儀一套；4.三路穩壓電源一台；5.連線導線若干。
四、實驗原理
1.直流電機工作原理
2.電樞控制式直流電機傳遞函式的建立
(1) 電網路平衡方程
式中，為電動機的電樞電流；
——電動機的電阻；
——電動機的電感；
——電樞繞組的感應電動勢。
工作原理圖：
系統方框圖：
(2) 電動勢平衡方程
式中，為電動勢常數，由電動機的結構引數確定。
(3) 機械平衡方程
式中，——電動機轉子的轉動慣量；
——電動機的電磁轉矩；
——折合阻力矩。
(4) 轉矩平衡方程
式中，表示電磁力矩常數，由電動機的結構引數確定。
將上述四個方程聯立，因為空載下的阻力矩很小，略去，並消去中間變數、、，得到關於輸入輸出的微分方程序：
這是乙個二階線性微分方程，因為電樞繞組的電感一般很小，若略去，則可以得到簡化的一階線性微分方程為：
則轉速n與輸入電壓之間的一階線性微分方程為：
令初始條件為零，兩邊拉氏變換，求得傳遞函式為：
五、實驗測試方法
1.測試原理
直流電動機當輸入給定電樞電壓訊號而輸出為轉速時,其其傳遞函式為：
2.測試方法
實驗測定出t和k值，則系統的傳遞函式即可取定。通過乙個開關s把一直流電壓加入到直流電動機的電樞上,則直流電機的速度變化如圖所示。
（1）t的測定：圖中最大幅值的63.2%對應的橫座標即為時間常數t。
注：記錄5測量值，求其平均。
（2）k值的測定：
由於直流電動機轉速變化情況無法記錄，採用了測速發電機裝置進行測試。發電機的輸出電壓正比於軸的轉速，將其軸與直流電動機軸機械地連線在一起，這樣直流電動機的轉速變化，可由測速發電機輸出電壓間接地反映出來。此電壓送入示波器，記錄下電壓變化的波形。
由於，所以輸出曲線如圖所示。
用測速儀測出直流電動機的轉速，及穩壓電源加於直流電動機電樞的電壓，兩者的比值，即為所求的k值。
注：改變輸入電壓大小，記錄5次測量值，求其平均。
六、實驗路線圖
七、實驗步驟
1.實驗前注意事項，認真檢查實驗檯面的儀器裝置狀態及其放置位置，實驗後要回歸原處。
2.按實驗路線圖連線好線路，並確定220v電源供電。
3.調整示波器使之顯示狀態最利於觀察測試曲線，時間檔為0.1s，電壓檔為1v；開啟示波器，稍後按開關s，觀察從啟動到穩態時63.2%處t值。
4.利用測速儀正確測定電動機穩定轉速，並記下此時輸入電壓值，以獲取增益k的值。
5.重複以上步驟，獲取t和k的平均值。
6.實驗完畢，拆除實驗線路，整理好實驗裝置。
八、實驗報告
實驗名稱：
實驗日期： 年月日指導教師：
同組人：
1.實驗目的
2.實驗原理
3.實驗所用儀器名稱及其型號：
4.實驗線路：
5.實驗資料：
直流電動機及測速發電機所加激磁電壓伏；
直流電動機電樞所加電壓伏；
速度顯示儀測量時間選擇開關秒；
低頻示波器時間檔為s/div(秒/格)；
低頻示波器電壓檔為v/div(伏/格)；
記錄曲線：
t秒6.理論計算：
傳遞函式為
7.思考題
（1）k值計算中，轉速的單位是什麼，為什麼？
（2）實驗中測試目的為電動機的傳遞函式，而測試的卻是發電機的輸出，為什麼？
8.實驗總結、體會及建議：
實驗二無源網路頻率特性的測試
一、實驗準備知識
1.頻率特性的相關知識；
2.二階系統（電學）及其傳遞函式；
3.系統的頻率特性圖（伯德圖）。
二、實驗目的
1.深入理解無源網路系統頻率特性。
2.掌握實驗法獲取系統頻率特性的方法和步驟，並畫出其頻率特性圖。
3.學會td4010型低頻頻率測試儀的使用方法及其注意的問題
三、實驗儀器
型低頻頻率測試儀一台；2.無源網路二階系統一套；3.印表機一台；4.導線若干。
四、實驗原理
1.無源網路傳遞函式的建立
微分方程：
1）2）
拉氏變換：
傳遞函式：
2.頻率特性的求解
由個典型環節組成：乙個導前環節、乙個慣性環節，由頻率特性知其轉角頻率為：
導前環節：
慣性環節：
五、實驗步驟
1.按右圖聯好實驗線路
2.開啟頻率測試儀開關，首先進行面板設定：
輸出波形
輸入量程
延遲時間積分週期顯示方式
3.無源網路的輸入電壓調至5v
4.輸入所要求的頻率，然後測量，從顯示視窗處直接讀出幅值比、相角差。測量方法如下：
（1）單次測量：對應乙個輸入頻率，測乙個輸出值，以為例，
（2）步進測量，可測一組，若連印表機直接列印出結果，以，，步長為10hz為例，
5.分別輸入三組資料，按輸入頻率f為：，每隔0.1hz測一次；，
每隔1hz測一次；，每隔10hz測一次。然後分別記錄結果。
6.實驗完畢後，切斷電源，拆除線路。並整理好實驗裝置。
六、實驗報告要求
實驗名稱：
實驗日期： 年月日指導教師：
同組人：
1.實驗所用儀器名稱及型號：
2.實驗線路：
3.無源網路的傳遞函式：
4.理論計算與實測波德圖比較：
理論計算求出，的值，用座標紙繪出理論計算波德圖及實驗測得波德圖。
波德圖：
5.實測資料：
6.思考題
(1)系統頻率特性的含義及其求解方法（最少講述3種）。
(2)頻率特性伯德圖的畫法及其優點。
(3)無源網路引數r2變化對系統特性的影響。
7.實驗總結、體會與建議。
實驗三機械系統特性測試的單位脈衝法
一、實驗準備知識
1.振動訊號測試的一般過程；
2.力錘感測器、振動加速度感測器工作原理；
3.系統的單位脈衝響應。
二、實驗目的
1.掌握系統單位脈衝在工程實踐中的應用；
2.掌握傳遞函式實驗法求解的一般步驟；
3.學會使用基於labview平台的測試系統。
三、實驗儀器
1.力錘（含力感測器）；2.電荷放大器；卡；4.機械系統模型；5.振動加速度感測器；6.恆流源；7.計算機等。
四、實驗原理
1.單位脈衝訊號
若對實際脈衝的寬度取趨於零的極限，則為理想單位脈衝函式，記為。
單位脈衝函式的拉氏變換為：
2.系統的單位脈衝響應
若對某一系統傳遞函式輸入一單位脈衝訊號，則系統的單位脈衝響應函式為
故系統單位脈衝相應的拉普拉斯變換就是系統的傳遞函式，而系統的單位脈衝響應可以通過振動加速度感測器測試獲得，從而可以獲取機械系統的傳遞函式。
五、實驗技術路線圖
結合實驗目的和《測試技術》課程中所學測試方法和測試原理，制定以下測試路線。
六、實驗步驟
1.熟悉該實驗涉及到的所有儀器，並掌握其工作時注意的問題；
2.根據實驗技術路線圖連線好線路；
3.開啟電源，同時開啟電腦中該實驗測控軟體；
4.選擇使用者介面（如下圖所示）中，單位脈衝法測試系統特性按鈕；
5.按下開始採集按鈕，然後用力錘快速衝擊機械系統模型；
6.調節測控系統介面上相關量程，就可以獲得較為滿意得傳遞函式曲線；
7.改變鎚擊力度和速度，觀察傳遞函式曲線的變化；
8.讀出系統各階固有頻率值；
9.測試完成，拆解實驗線路，並把裝置儀器歸於原位。
七、實驗報告要求
嚴格按照實驗報告格式完成，且必須認真獨立完成！
1.實驗目的
2.實驗原理
3.實驗技術路線圖
1）實驗儀器
2）接線方法
3）測試原理
4.實驗資料記錄及分析
1）觀察不同鎚擊力度對系統傳遞函式曲線的影響；
2）記錄不同鎚擊測頭（主要影響鎚擊時間）對系統傳遞函式曲線的影響。
5.思考題
1）為什麼可以用鎚擊訊號代替單位脈衝訊號來實現系統傳遞函式的測定？
2）該方法適用於什麼樣的系統，線性系統，還是非線性系統？
3）試舉三個單位脈衝法在工程實踐中的應用例項。
6.實驗總結、體會與建議
實驗四機械系統特性測試的諧波掃瞄法
一、實驗準備知識
1.振動訊號測試的一般過程；
2.激振器、振動加速度感測器工作原理；
3.系統頻率特性及頻率響應。
二、實驗目的
1.掌握諧波掃瞄法測量系統頻率特性的一般步驟；
2.掌握系統傳遞函式和頻率特性的區別和關係；
3.學會使用基於labview平台的測試系統。
三、實驗儀器
1.訊號發生器（能產生諧波訊號）；2.功率放大器；3.激振器卡；5.機械系統模型；6.振動加速度感測器；7.恆流源；8.計算機等。
四、實驗原理
1.系統的頻率響應
以一階系統為例，對系統在諧波輸入下的響應進行分析，其傳遞函式為的系統，設輸入訊號，則系統的頻率特性為：
將右側展開成部分分式：
所以：取拉氏反變換得，由輸入引起的響應：
所以，系統的頻率響應——穩態響應為：
是與輸入同頻率的諧波訊號，幅值，
相位：。
2.系統的頻率特性
（1）幅頻特性∶輸出訊號與輸入訊號的幅值之比隨變化的特性
（2）相頻特性：輸出訊號與輸入訊號的相位差(或相移)隨變化的特性。
規定：①按逆時針方向旋轉為正值， >0，表超前；
按順時針方向旋轉為負值， <0，表滯後。
五、實驗技術路線圖
結合實驗目的和《測試技術》課程中所學測試方法和測試原理，制定以下測試路線。
六、實驗步驟
1.熟悉該實驗涉及到的所有儀器，並掌握其工作時注意的問題；
控制工程基礎實驗指導書
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