航空發(fā)動機控制實驗指導書

1、航空發(fā)動機控制實驗指導書（能源與動力學院用） 47目 錄引 言1實驗一、柱塞泵特性實驗2實驗二、離心泵特性實驗6實驗三、分油活門的壓力位移特性實驗9實驗四、數(shù)字控制的實現(xiàn)（設計性實驗）12附 DOS下定時的信號采集與輸出程序exp.c17實驗五、被控對象的參數(shù)識別22實驗六、單回路控制系統(tǒng)參數(shù)整定（設計性實驗）25附錄：自動控制綜合教學實驗系統(tǒng)使用說明291 實驗系統(tǒng)的工作原理292 硬件使用說明313 軟件使用說明0引 言1實驗總體要求實驗是本課程重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，是考核本課程學習成績的一個組成部分。通過實驗，要求學生達到：（1）基本掌握典型控制元件及電子控制系統(tǒng)的實驗方法；（2）了解實

2、驗設備和儀器的基本工作原理，并掌握使用方法；（3）正確進行實驗數(shù)據(jù)的整理，對實驗結(jié)果進行分析，并獨立寫出實驗報告。2航空發(fā)動機控制實驗安排分控制元件實驗和控制系統(tǒng)實驗兩部分：（1）控制元件實驗Ø 柱塞泵特性實驗（可作為容積式泵試驗方法的參考材料）Ø 離心泵特性實驗Ø 分油活門的壓力位移特性實驗Ø 數(shù)字控制器的實現(xiàn)（設計性實驗）（2）控制系統(tǒng)實驗Ø 被控對象參數(shù)的參數(shù)識別Ø 單回路控制系統(tǒng)參數(shù)整定（設計性實驗） 實驗一、柱塞泵特性實驗（一） 實驗目的1 熟悉柱塞泵（容積泵）特性的實驗方法及實驗設備和測試儀器；2 通過實驗繪制柱塞泵特性曲

3、線，掌握容積式泵特性的一般變化規(guī)律；3 通過實驗觀察柱塞泵供油脈動所引起的壓力脈動規(guī)律。（二） 實驗內(nèi)容1 測定近似理論供油量特性曲線Q T = f（n）；2 測定實際供油量特性曲線Q=f（n）；3 測定供油量調(diào)節(jié)特性曲線Q=f（）；4 觀察供油脈動引起的壓力脈動規(guī)律。（三） 實驗設備實驗設備為10千瓦燃油泵調(diào)節(jié)器聯(lián)合實驗臺，其液壓主油路系統(tǒng)原理如圖1所示。圖1-1 柱塞泵試驗設備原理圖主油路系統(tǒng)由油箱、增壓泵（葉片泵）、安全閥（溢流閥）、試驗泵和調(diào)壓閥等組成。試驗泵由直流發(fā)電機電動機組經(jīng)增速齒輪箱驅(qū)動。改變電機的激磁電流即可進行無級調(diào)速。試驗泵進口壓力可通過調(diào)節(jié)增壓泵旁路回油量確定。其出口壓

4、力由調(diào)壓閥調(diào)節(jié)。（四） 試驗泵試驗泵為渦噴5發(fā)動機燃油泵ZB2C。它是點接觸斜柱塞式柱塞泵。經(jīng)改裝后可用手動調(diào)節(jié)斜盤傾角，斜盤調(diào)節(jié)桿每移動1mm相當于斜盤傾角=1°8。 試驗泵的主要性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)如下： nmax=3200rpm； a =130.5mm; pin =1.2bar； dz =14mm; pout=99bar； Z =7； Qmax=2940L/h； =15°；（五） 測試儀器測試儀器有轉(zhuǎn)速表、壓力表、浮子流量計（兩只并聯(lián)，本實驗作為觀察流量用）、量筒（或稱油葫蘆，本實驗用它計量流量）、秒表和示波器。試驗泵的流量用容積法測定，即計量流人量筒（油葫蘆）一定容積V的

5、油液所需要的時間t，則流量為 Q=v/t在測量泵的供油量時，應關(guān)閉排葫閥門，使換向轉(zhuǎn)閥接通油葫蘆。計量完畢后將換向轉(zhuǎn)閥撥向油箱位置，并打開排葫閥門，使油葫蘆中的油液排向油箱，以便于進行下一次的流量測定。（六） 實驗步驟和方法及數(shù)據(jù)記錄1 開車步驟（1） 打開防火閥門、關(guān)浮閥門、增壓泵旁路調(diào)壓閥門；調(diào)壓閥門打開到最大位置；換向轉(zhuǎn)閥置于接通油箱位置；關(guān)閉排葫閥門；旋動圓盤電阻器調(diào)至零位。（2） 啟動增壓閥。（3） 啟動直流電機組。待啟動完成后（信號燈亮），旋動圓盤電阻器，把試驗泵的轉(zhuǎn)速調(diào)至試驗最低轉(zhuǎn)速。2 作近似理論供油量特性QT=f(n)試驗 （1） 把斜盤傾角置于某一固定值（建議取調(diào)節(jié)桿位置為

6、m=6mm）。調(diào)整增壓泵旁路調(diào)壓閥門和試驗泵出口調(diào)壓閥門，使pin=pout(建議取pin=pout=2.5bar) 。（2） 分別測量在某幾個轉(zhuǎn)速（取n=750,1000,1500,2000,2500rpm）下的供油總量V和相應的時間t。測量數(shù)據(jù)記錄于下表。 n (rpm)V（L）t（s） m= mm; Pin bar； Pout bar 。 3 作實際供油量特性Q=f（n）試驗（1） 仍把試驗泵斜盤置于與第一個試驗相同的固定值（m=6mm處）。調(diào)整調(diào)壓閥門。使試驗泵進出口壓力差保持恒定不變(建議取Pin2.5bar；Pout10bar)。（2） 分別測量某幾個給定轉(zhuǎn)速（取n=750,150

7、0,2000,2500rpm）下的供油總量V和相應的時間t。測量數(shù)據(jù)記錄于下表。n (rpm)V（L）t（s） m= mm; Pin bar； Pout bar 。 4 作供油調(diào)節(jié)特性Q=f()試驗（1） 仍取Pin2.5bar；Pout10bar；并保持轉(zhuǎn)速n2000rpm不變。（2） 調(diào)節(jié)斜盤傾角（可取m2，4，6，8，10mm），分別測量每一傾角下的供油總量V和相應的時間t，測量數(shù)據(jù)記錄于下表。m (mm)V（L）t（s） n= rpm ; Pin bar； Pout bar 。 5.觀察供油脈動（1） 在試驗泵出口接上壓力傳感器，連接好二次指示儀器（示波器）。（2） 在n2000rpm

8、，m6mm，Pin2.5bar；Pout15bar下觀察供油脈動引起的壓力脈動波形。（七） 思考題1 當Pin 和不變，當n增大（或減小）時，如何調(diào)節(jié)試驗泵出口測壓閥門使PPout Pin保持不變？2 當Pin，及n不變時，要使P增大(或減小)，如何調(diào)節(jié)泵出口調(diào)壓閥門？3 若Pin和n不變，當角增大（或減?。r，怎樣使P保持不變？4 對于本實驗設備系統(tǒng)（圖21），在泵前和泵后測量供油量Q值有無區(qū)別？為什么？5 Q=f()特性曲線是否通過坐標原點（Q=0,=0）? 實驗二、離心泵特性實驗（一）實驗目的1 掌握離心泵（動力式泵）的試驗方法。了解實驗設備和所用儀器。2 通過實驗繪制離心泵的特性曲線并

9、驗證比例定律。（二）實驗內(nèi)容測定n4000rpm和n5000rpm下離心泵的壓頭特性。（三）實驗設備實驗設備的系統(tǒng)原理如2所示。圖2-1 離心泵試驗設備原理圖1 主油路系統(tǒng)：由油箱、增壓泵（雙聯(lián)葉片泵）、溢流閥、試驗泵（VP-4）等組成。試驗泵由直流電機經(jīng)增速齒輪箱傳動，電機轉(zhuǎn)速采用可控硅進行無級調(diào)節(jié)。在齒輪箱和試驗泵之間安裝有轉(zhuǎn)速/扭矩傳感器，可測量扭矩和轉(zhuǎn)速。油液從油箱經(jīng)閥門（1）和油濾進入葉片泵，增壓后輸給試驗泵VP-4。從試驗泵流出的油液經(jīng)渦輪流量計（二只并聯(lián)）回油箱。葉片泵進出口間還按裝了一個低壓旁路溢流閥，用來調(diào)整試驗泵進口壓力。2 滑油系統(tǒng)：用來潤滑試驗泵和齒輪箱的齒輪。主要由滑

10、油箱、滑油泵和回油泵組成?；捅煤突赜捅醚b于齒輪箱中，由齒輪箱直接驅(qū)動。 （四）試驗泵自行設計的氣心泵VP-4,葉輪為封閉式，葉片為徑向式。試驗時使其在離心泵工況下工作。試驗泵的主要技術(shù)性能： 額定轉(zhuǎn)速n21000rpm； 額定流量Q=20000L/h； 出口壓力Pout60bar； 比轉(zhuǎn)速ns46rpm； 工作介質(zhì)為煤油，=780Kg/m3 。（五）測量儀器壓力表，轉(zhuǎn)速傳感器及二次儀表（頻率計），渦輪流量計及二次儀表（頻率計）。實測轉(zhuǎn)速直接從轉(zhuǎn)速表讀出，實測流量Q需按流量儀表的讀數(shù)fv進行換算。對于LW-15渦輪流量計，平均儀表常數(shù)K6.8（L/h）/HZ,故 Q=Kfv6.8fv（六）實驗

11、步驟及數(shù)據(jù)記錄1 打開實驗泵出口調(diào)節(jié)閥及開關(guān)（1）、（3）、（4），并接通電源。2 按電控柜上“油泵啟動”按鈕啟動增壓泵，并調(diào)節(jié)溢流閥使試驗泵進口壓力（壓力表1示值）在 0.51bar范圍內(nèi)。3 按電控柜上“主回路啟動”按鈕啟動直流電機。4 按電控柜上“調(diào)速器啟動”按鈕開啟電機調(diào)速功能。旋轉(zhuǎn)電控柜上“轉(zhuǎn)速給定旋鈕”，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。5 保持n不變，調(diào)整調(diào)壓閥開度，記錄不同Q下試驗泵的進出口壓力Pin（數(shù)顯壓力表1示值）和Pout。（數(shù)顯壓力表2示值），并把試驗數(shù)據(jù)記錄于下表。n（rpm）n1=4000n2=5000fv （Hz）70050030020010007005003002001000Pout

12、Pin注：Pin（bar）0.1×Pin（數(shù)顯壓力表1示值）, Pout(bar)=0.25×Pout （數(shù)顯壓力表2示值）6 記錄實驗數(shù)據(jù)完畢后旋轉(zhuǎn)電控柜上“轉(zhuǎn)速給定”旋鈕，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為0。7 按電控柜上“調(diào)速器停止”按鈕關(guān)閉電機調(diào)速功能。8 按電控柜上“主回路停止”按鈕關(guān)閉直流電機。9 按電控柜上“油泵停止”按鈕關(guān)閉增壓泵。10 關(guān)閉電源。（七）實驗報告要求學生完成該項實驗后，應撰寫一份實驗報告，報告內(nèi)容包括：1實驗目的和實驗手段。2離心泵特性實驗的記錄結(jié)果。3根據(jù)記錄結(jié)果畫出離心泵的壓力-流量特性曲線。4離心泵實驗裝置的工作原理，重點說明直流電機調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原理

13、。 實驗三、分油活門的壓力位移特性實驗（一）實驗目的1熟悉液壓放大元件的實驗方法及實驗設備和儀器；2通過實驗測定分油活門式液壓放大元件的壓力特性。（二）實驗內(nèi)容 測定帶旁通節(jié)流器的正開口分油活門的壓力特性曲線，即x曲線。（三）實驗裝置實驗裝置由試驗件、夾具及恒壓油源等組成，如圖3所示。圖3-1 分油活門試驗裝置原理圖1試驗件：渦噴六發(fā)動機ZB-10A調(diào)節(jié)器中的分油活門，其結(jié)構(gòu)型式為帶旁通節(jié)流器的非對稱正開口四邊分油活門。主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：圓形窗口半徑 r=1.75mm;窗口數(shù) N2；開口量 U1=U1=0.27mm，U2=U2=0.09mm；旁通節(jié)流器孔徑 dsds0.78mm2試驗件的安裝及

14、活門閥芯的位移調(diào)整被試分活門安裝在試驗夾具中?；铋T芯由絲桿和頂桿定位，通過旋轉(zhuǎn)絲桿即可調(diào)整活門芯的位移量。3參數(shù)測量及儀器（1）用壓力表測量P1、P2、 P3；（2）用百分表測量活門芯位移XV(百分表每小格0.01mm)。4恒壓油源恒壓油源由油箱、電機、油泵、油濾、溢流閥和調(diào)壓閥等組成。該油源用定量葉片泵和溢流閥實現(xiàn)恒壓供油。葉片泵的主要技術(shù)參數(shù)為：Np960rpm；Q=100L/min ；Pout63bar。（四）實驗方法、步驟及數(shù)據(jù)記錄1起動油源電機，將供油壓力調(diào)整至PS=10bar。2調(diào)整絲桿使活門芯對中，觀察壓力表，當P1=P2=5bar時，活門芯即處于中位。此時應把百分表指針調(diào)整至零

15、位。3旋轉(zhuǎn)絲桿使活門芯左移，分別測量XV為0.04mm、0.12mm、0.16mm、0.20mm時對應的P1和P2的值。測試完畢后，反向旋轉(zhuǎn)絲桿使活門芯重新對中。4旋轉(zhuǎn)絲桿使活門芯右移，測量活門芯位置與左移時相同值對的P1和 P2值。試驗數(shù)據(jù)記錄于下表?；铋T芯位移（mm）左移中位左移P1(bar)P2(bar)_（五）實驗報告要求學生完成該項實驗后，應撰寫一份實驗報告，報告內(nèi)容包括：1 實驗目的，實驗手段。2 實驗結(jié)果及X曲線。3 根據(jù)實驗體會，說明分油活門的放大能力。4 定性分析節(jié)流器孔徑ds和ds對活門壓力特性的影響。實驗四、數(shù)字控制的實現(xiàn)（設計性實驗）（一）實驗目的1了解數(shù)字控制系統(tǒng)的實

16、現(xiàn)過程；2掌握數(shù)字控制算法的編程方法；3理解數(shù)字控制的時序分配原理。（二）實驗儀器設備1AC1自動控制綜合實驗儀 一臺2數(shù)字計算機（配有AD/DA卡） 一臺3數(shù)字萬用表一塊（三）數(shù)字控制系統(tǒng)和原理被控對象的數(shù)學模型如圖4-1所示。 圖4-1 被控對象的數(shù)學模型被控對象是由AC-1自動控制原理模擬學習機實現(xiàn)的，其電路原理如圖4-2所示。數(shù)字控制系統(tǒng)通過計算機A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器完成與指令信號和被控對象的信號接口，由數(shù)字計算機實現(xiàn)實時數(shù)字控制規(guī)律，提高控制系統(tǒng)的性能品質(zhì)，實驗用的數(shù)字控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖如圖4-3所示。（四）實驗內(nèi)容及方法實驗應用軟件名為Control。單擊桌面上如圖所示的“

17、Control”圖標，就可以進入實驗科目選擇界面，單擊“發(fā)動機控制”按鈕，即可進入實驗項目選擇界面，單擊“實驗四 數(shù)字控制的實現(xiàn)”按鈕，即可進入本實驗的應用程序界面?？蛇x擇如下實驗內(nèi)容：1“模擬通道”進入“模擬通道”選項后，可進行A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器的特性測試，用直接鍵入數(shù)值的方式可設定D/A轉(zhuǎn)換器0通道或1通道的輸出電壓值；用數(shù)字萬用表測量其輸出電壓值是否正確；同時將某通道輸出的電壓送入某A/D轉(zhuǎn)換器的輸入通道口，即可從屏幕上看到該通道的A/D轉(zhuǎn)換的電壓值。一般需對D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器的零點、滿度、線性度進行檢查和調(diào)整。用鼠標點擊“執(zhí)行”按鈕或“暫停”按鈕，可使A/D轉(zhuǎn)換器執(zhí)行或

18、停止采樣。用鼠標單擊“程序”按鈕，可查看D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器的應用程序（不能改寫或保存此文件，僅作學習和參考）。2“定時中斷” 進入“定時中斷”選項后，可對定時間隔進行設定和測量?？芍苯虞斎霐?shù)值或用鼠標點擊、按鈕來設定時間間隔，按下“執(zhí)行”按鈕，可用頻率計或示波器測定D/A轉(zhuǎn)換器輸出波形的周期或頻率，檢查與設定值是否一致。 用鼠標點中“程序”按鈕，可查看定時器的程序（不能改寫或保存此文件，僅作學習和參考）。3“閉環(huán)控制”在進入“閉環(huán)控制”前，應按照數(shù)字控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖（圖43）和被控對象電路原理圖（圖42）連接并檢查線路，使其連成數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)。進入“閉環(huán)控制”選項后，按要求輸入相關(guān)

19、參數(shù)，也可以通過手動調(diào)節(jié)電位器改變其輸入電壓，點擊“執(zhí)行”按鈕，即可在“閉環(huán)控制”界面中的“實時曲線”窗口，觀看系統(tǒng)響應曲線。點擊“數(shù)據(jù)保存”按鈕即可保存剛顯示的曲線，。點擊“比例尺”按鈕，即可改變實時曲線的坐標。用鼠標單擊“程序”按鈕，可查看閉環(huán)控制算法程序（不能改寫或保存此文件，僅作學習和參考）。4.信號采集與輸出搭建圖4-4所示的運放電路，設計電路的增益，如增益為0.5。根據(jù)附錄中程序exp.c，設計并完成其中模擬量的輸入和數(shù)字量輸出功能。計算機12位數(shù)據(jù)采集卡的AD輸入范圍是-1010v，DA輸出范圍是-10v+10v。實驗要求將首先通過數(shù)據(jù)采集卡的DA功能輸出一模擬電壓ur作為圖4-

20、4所示電路的輸入，然后定時采集該電路輸出電壓u給計算機。其次，通過鍵盤的鍵“”和“”改變ur的大小。如每按一次“”鍵表示ur增加1伏，每按一次“”鍵表示ur減小1伏。最后，上述DA輸出量ur和AD輸入量u的變化過程通過DOS圖形界面顯示。（五）實驗報告要求學生完成該項實驗后，應撰寫一份實驗報告，報告內(nèi)容包括：1實驗目的和實驗手段。2“模擬通道”實驗，含線路原理和實驗結(jié)果，實驗結(jié)果要分別給出DA的數(shù)字量、輸出的電壓值、AD采集的數(shù)字量、變換后的電壓值。 3“定時中斷”實驗，含原理和結(jié)果。4“閉環(huán)控制”實驗，含原理和結(jié)果，并根據(jù)閉環(huán)控制程序畫出閉環(huán)控制流程圖。5.“信號采集與輸出”實驗，畫出主程序

21、的流程圖，并給出所補充的按鍵處理、DA和AD的C語言源代碼。6實驗總結(jié)，指出實現(xiàn)數(shù)字控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。圖4-2 被控對象電模擬圖圖4-3 數(shù)字控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖附 DOS下定時的信號采集與輸出程序exp.c#include"Stdio.h"#include<stdlib.h>#include<math.h>#include<dos.h>#include<conio.h>#include<string.h>#include<graphics.h>#include<io.h>#include&l

22、t;bios.h>#define base 0x230void initdraw();void draw();void initialize (void);void interrupt timeint(void);void interrupt (*p)(void);void init8112pg();void adc();void dac(float da);int time50;float u,uk;float t;FILE *fp;float x,y,xs,ys,xk,yk;float ur;int i,j;void main()int ch,i,j;unsigned int key

23、;fp=fopen("OUT.dat","w"); /*打開文件*/ur=6.0;x=45.0;ys=y=yk=380;xs=45.0;xk=45.0;clrscr(); /* 清屏*/initialize();initdraw();dac(0);dac(ur); while(1) if(kbhit() ch=getch(); /實現(xiàn)按ESC退出程序；/實現(xiàn)按“”鍵（“”鍵）增加（減改）ur的大小。/實現(xiàn)DA輸出。 if(time50)/*每100ms刷新各個數(shù)據(jù)*/ gotoxy(2,3); printf("ur=%6.2f u=%6.2f&

24、quot;,ur,u); if(t>=20.0) continue; /*8s后不再執(zhí)行畫圖程序*/ draw(); time50=0; for(i=0;i<10000;i+); adc(); fclose(fp); /*關(guān)閉文件*/ setvect (0x08,p); /*中斷結(jié)束*/void interrupt timeint() /*中斷處理子程序*/ static int a; a+; t+=0.05; if(a>=50); time50=1;a=0; outportb(0x20,0x20); /*寫中斷結(jié)束控制字*/ void initialize(void) /*

25、對8253的設置*/ int T,k,nl,nh; T=1193280*0.05; /*確定采樣周期0.02s*/ nh=T/256; nl=T%256; outportb(0x43,0x54); /*計時器選擇工作方式3*/ outportb(0x40,nl); outportb(0x40,nh); p=getvect(0x08); /*保存原來中斷向量，IR0中斷方式08H*/ setvect(0x08,timeint); /*寫入中斷處理子程序地址*/ outportb(0x21,inportb(0x21)&0xfe); /*開中斷屏蔽*/ void initdraw() /*畫

26、圖程序初始化*/ int i,gdriver,gmode; gdriver=VGA; gmode=VGAHI; i=1; initgraph(&gdriver,&gmode,"e:panad_expbgi"); gotoxy(10,12); /*設置畫圖坐標*/ printf("ur=green u=yellow"); setcolor(RED); line(50,380,550,380); /*畫x坐標*/ gotoxy(70,25); printf("t(s)"); line(50,380,50,200); /*畫

27、y坐標*/ gotoxy(4,12); printf("u"); gotoxy(55,25); printf("8"); gotoxy(5,40); printf("500"); line(545,375,550,380); line(545,385,550,380); line(45,205,50,200); line(55,205,50,200); line(45,320,50,320); while(1) /*對橫坐標進行等分*/ i+; line(50*i,375,50*i,385); if(i>=9) break; m

28、oveto(50.0,380);void draw() /*畫圖程序*/ xs=xs+5.0; /*畫給定位置的曲線*/ x=x+5.0; xk=xk+5.0; setcolor(GREEN); moveto(xk,yk); yk=380-ur/10*120; lineto(xk+5.0,yk); setcolor(YELLOW); /*畫實際位置的曲線*/ moveto(x,y); y=380-u/10*120; lineto(x+5.0,y);void init8112pg()outportb(base+11,0x01); /*選擇軟件觸發(fā)*/outportb(base+9,0x08);

29、/*電壓范圍-10V到+10V*/outportb(base+10,0x10); /*選擇A/D通道1*/void dac(float da)int data;unsigned char high,low; /*high和low分別為DA輸出的高低字節(jié)*/if(da>10.0)da=10.0;/*設定輸出范圍為-10v+10v*/if(da<-10.0)da=10.0;/將要輸出的-10v+10v的電壓量ur轉(zhuǎn)換為滿足DA輸出范圍0+10v的量/將上述模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進行DA輸出。outportb(base+4,low); /*通道1D/A輸出低字節(jié)*/outportb(base

30、+5,high); /*通道1D/A輸出高字節(jié)*/ void adc() unsigned char high,low; int ad; outportb(base+10,0x10); /*選擇通道0*/ outportb(base+12,0); /*開始ad轉(zhuǎn)換*/ low=inportb(base+4); /*A/D輸出低字節(jié)*/ high=inportb(base+5); /*A/D輸出高字節(jié)*/ /將AD采集到的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為-10v+10v電壓量，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果賦值給u。實驗五、被控對象的參數(shù)識別（一）實驗目的1了解被控對象參數(shù)識別的基本過程；2理解參數(shù)識別的基本原理；3掌握參數(shù)識別的基

31、本方法。（二）實驗設備1電動位置/速度伺服機構(gòu)（轉(zhuǎn)動臺體） 一套2AC-1自動控制綜合實驗儀 一臺3數(shù)字計算機（配有AD/DA卡） 一臺4數(shù)字萬用表一塊（三）實驗回路和原理1實驗回路一圖5-1 實驗回路一實驗回路一如圖5-1所示，其中被控對象的數(shù)學模型為 式中， ，秒。2實驗回路二圖5-2 實驗回路二實驗回路二如圖5-2所示。在該實驗回路中，被控對象是電動速度控制系統(tǒng)，計算機產(chǎn)生的激勵信號通過計算機的D/A轉(zhuǎn)換器輸出，在激勵信號的作用下，被控對象產(chǎn)生相應的輸出響應信號，經(jīng)由計算機A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)采集并進行數(shù)據(jù)處理，獲得被控對象的參數(shù)模型和非參數(shù)模型。（四）實驗內(nèi)容及方法1測定電動速度控制系統(tǒng)或

32、給定模型的方波特性。2用“M序列”激勵信號輸入被控對象，選擇合適的激勵信號參數(shù)進行系統(tǒng)識別。3實驗應用軟件名為Control。單擊桌面上如圖所示的“Control”圖標，就可以進入實驗科目選擇界面，單擊“發(fā)動機控制”按鈕，即可進入實驗項目選擇界面，單擊“實驗五 被控對象參數(shù)識別”按鈕，即可進入本實驗的應用程序界面。詳見自動控制綜合教學實驗系統(tǒng)使用說明的第三部分的“軟件使用方法舉例”。根據(jù)所選擇的信號類型和信號參數(shù)，在單擊“開始測試”按鈕后，被控對象將在選取信號的激勵下運轉(zhuǎn)。在點擊“開始測試”按鈕前，可點擊“比例尺”按鈕，改變顯示圖形的坐標。當運行時間結(jié)束時，程序可自動停止；也可在程序運行過程中

33、點擊“停止測試”按鈕，即可停止測試過程。點擊“數(shù)據(jù)保存”按鈕，即可保存剛顯示的曲線。點擊“打印預覽”按鈕，可對實驗過程的數(shù)據(jù)進行回放，并可選擇要打印的曲線。由M序列激勵的過程，單擊“互相關(guān)函數(shù)計算”按鈕，可獲得被控對象的脈沖響應和階躍響應曲線，單擊“階躍函數(shù)計算”按鈕，可以獲得近似的被控對象參數(shù)模型及其“階躍響應仿真曲線”。（五）實驗報告要求學生完成該項實驗后，應撰寫一份實驗報告，報告內(nèi)容包括：1實驗目的和實驗手段。2實驗原理，包括實驗回路和相關(guān)電路。 3實驗內(nèi)容，分別給出各種辨識實驗中使用的的激勵信號及參數(shù)、對象的輸出響應、數(shù)值處理的方法及辨識結(jié)果。4實驗總結(jié)，對實驗法建立對象數(shù)學模型的方法

34、進行總結(jié)。 實驗六、單回路控制系統(tǒng)參數(shù)整定（設計性實驗）（一）實驗目的1掌握單回路控制系統(tǒng)參數(shù)整定的基本原理；2了解單回路控制系統(tǒng)參數(shù)整定的基本過程；3掌握單回路控制系統(tǒng)參數(shù)整定的基本方法。（二）實驗儀器設備1電動位置/速度伺服機構(gòu)（轉(zhuǎn)動臺體） 一套2AC-1自動控制綜合實驗儀 一臺3數(shù)字計算機（配有AD/DA卡） 一臺4數(shù)字萬用表一塊（三）實驗回路和原理1實驗回路一圖6-1 實驗回路一2實驗回路二圖6-2 實驗回路二單回路閉環(huán)控制規(guī)律為：（1）比例：，（2）比例微分：， （3）比例積分：, （4）比例積分微分： , （5）超前滯后環(huán)節(jié)： 在上面的實驗回路中，由計算機完成控制規(guī)律的實現(xiàn)，與AC

35、-1自動控制原理模擬學習機或?qū)嶋H物理對象構(gòu)成單回路控制系統(tǒng)。（四）實驗要求及方法1要求：根據(jù)實驗給定系統(tǒng)，通過參數(shù)整定，系統(tǒng)指標應達到如下要求： 調(diào)節(jié)時間（）：0.40.6秒 超調(diào)量（）：15 無靜差2方法：（1） 首先選擇比例調(diào)節(jié)，取放大倍數(shù)K1，了解轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本特征。（2）選擇控制規(guī)律，調(diào)整參數(shù)達到給定的系統(tǒng)指標要求。該實驗由微機程序控制，應用軟件名為“Control”。單擊桌面上如圖所示的“Control”圖標，就可以進入實驗科目選擇界面，單擊“發(fā)動機控制”按鈕，即可進入實驗項目選擇界面，單擊“實驗六 單回路控制系統(tǒng)參數(shù)整定”按鈕，即可進入軟件的使用環(huán)境。在應用程序界面中選擇“

36、參數(shù)整定”項，進入“參數(shù)整定”菜單后，可選擇：1）選擇控制規(guī)律（參數(shù)整定）：可選項為：比例、比例微分、比例積分、比例積分微分、超前滯后2）參數(shù)設置：: 比例控制增益: 積分放大系數(shù): 微分放大系數(shù): 超前滯后補償增益: 超前時間常數(shù) : 滯后時間常數(shù)給定電機轉(zhuǎn)速控制運行時間(以上參數(shù)用鼠標點中后直接輸入數(shù)據(jù))根據(jù)所選擇的控制規(guī)律和控制參數(shù)，在點擊“開始測試”按鈕后，被控對象將在選取的控制規(guī)律和控制參數(shù)作用下閉環(huán)運行，微機屏幕上實時顯示控制過程曲線。在點擊“開始測試”按鈕前，可點擊“比例尺”按鈕，改變顯示圖形的坐標。當運行時間結(jié)束時，程序可自動停止；也可在程序運行過程中點擊“停止測試”按鈕，即可

37、停止測試過程。點擊“數(shù)據(jù)保存”按鈕，即可保存剛顯示的曲線。點擊“打印預覽”按鈕，可對實驗過程的數(shù)據(jù)進行回放，并可選擇要打印的曲線。（五）實驗報告要求學生完成該項實驗后，應撰寫一份實驗報告，報告內(nèi)容包括：1實驗目的和實驗手段。2實驗原理，包括實驗回路和相關(guān)電路。 3實驗內(nèi)容，分別給出各種控制規(guī)律的及響應的程序算法，并給出選定的控制參數(shù)及相應的控制結(jié)果。4實驗總結(jié)，對幾種控制規(guī)律的控制效果進行分析比較。附錄：自動控制綜合教學實驗系統(tǒng)使用說明1 實驗系統(tǒng)的工作原理1.1 系統(tǒng)組成自動控制綜合教學實驗系統(tǒng)由主控計算機（PC機）、AC-1自動控制綜合實驗儀和轉(zhuǎn)動臺體三個部分組成，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖F

38、1-1所示。AC-1自動控制綜合實驗儀轉(zhuǎn)動臺體主控計算機（PC機）RS232AD/DADI/DOCTR伺服電機驅(qū)動測速電機光電編碼器光電開關(guān)的信號圖F1-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)自動控制綜合教學實驗系統(tǒng)的照片如圖F1-2所示。AC-1自動控制綜合實驗儀主控計算機轉(zhuǎn)動臺體圖F1-2 自動控制綜合教學實驗系統(tǒng)主控計算機是一臺普通的PC機（如圖F1-2所示），負責整個實驗系統(tǒng)的管理，并且與AC-1自動控制綜合實驗儀構(gòu)成上、下位機分級控制系統(tǒng)。上位機和實驗儀之間通過數(shù)據(jù)采集卡或RS232串行通信接口進行信息的傳遞。主控計算機配置了一塊多功能數(shù)據(jù)采集卡，主要用于位置和速度信號的采集以及轉(zhuǎn)臺控制信號的傳遞，能夠?qū)?/p>

39、現(xiàn)多通道高速信號采集和信號輸出功能。同時主控計算機中的上位機軟件負責對整個實驗系統(tǒng)進行控制，在各種控制功能的基礎上完成所有的教學實驗。AC-1自動控制綜合實驗儀（如圖F1-3所示）又可稱為控制裝置或信號接口箱，它是一種基于高級單片機的嵌入式控制器，可以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動臺體的直接控制，并提供主控計算機和轉(zhuǎn)動臺機之間的接口，具有電機驅(qū)動、轉(zhuǎn)速和位置信號的調(diào)理、模擬校正和控制、工作模式設定、轉(zhuǎn)速和位置的指示等功能。整個AC-1自動控制綜合實驗儀由變壓器 、主板 、數(shù)碼顯示板 、功率放大板 、電源板 、模擬機及其頂面板 、后端接線板 、前面板及控制箱體等組成。實驗儀上的模擬計算機實驗儀的面板圖F1-3 AC

40、-1自動控制綜合實驗儀為了提高系統(tǒng)的集成度，在AC-1自動控制綜合實驗儀的上面板上設計了模擬機面板。模擬機由10個運放和一系列的電阻、電容、二極管等元件組成，可以構(gòu)建線性電路、典型的非線性環(huán)節(jié)和各種動態(tài)環(huán)節(jié)。這樣可以通過模擬機實現(xiàn)各種動力學模擬系統(tǒng)或?qū)崿F(xiàn)基于模擬電路的控制器，以擴展該實驗系統(tǒng)的功能。轉(zhuǎn)動臺體部分是AC-1自動控制綜合試驗儀的實驗對象，由伺服電機驅(qū)動慣性負載運動。轉(zhuǎn)動臺體提供電機驅(qū)動和狀態(tài)反饋的電路接口。1.2 電動伺服系統(tǒng)的原理電動伺服系統(tǒng)是由單片機或主控計算機實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動臺體進行速度或位置閉環(huán)控制的系統(tǒng)。轉(zhuǎn)動臺體部分是電動伺服系統(tǒng)的實驗對象，由伺服電機驅(qū)動慣性負載運動。在轉(zhuǎn)動臺

41、體上依次安裝了直流伺服電機、慣性負載轉(zhuǎn)盤、光電探頭、直流測速電機、光電編碼器等部件，如圖F1-4所示。轉(zhuǎn)動臺體提供電機驅(qū)動和狀態(tài)反饋的電路接口。其中直流伺服電機是我們的操縱對象，其余為傳感器?？紤]到轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中有時采用光電或磁電轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)盤采用鐵磁性材料，在負載轉(zhuǎn)盤的外周加工了等間距的齒牙，在臺體上安裝了光電探頭和磁感探頭用于轉(zhuǎn)速的測量。直流伺服電機的額定轉(zhuǎn)速為1500 r/min，額定工作電壓為28V。測速電機具有0.025V/r/min的靈敏度。光電編碼器具有1200線的分辨率。直流測速電機提供轉(zhuǎn)盤的速度信號，該信號一方面可以提供位置控制時的模擬校正，或模擬速度的閉環(huán)控制，另一方面通

42、過單片機的A/D轉(zhuǎn)換或PC機上數(shù)據(jù)采集卡的A/D轉(zhuǎn)換，用于速度的數(shù)字閉環(huán)控制。光電編碼器用于提供位置信號和高頻轉(zhuǎn)速脈沖信號。轉(zhuǎn)速脈沖信號供單片機或數(shù)據(jù)采集卡的計數(shù)器進行轉(zhuǎn)速的測量；光電編碼器的增量式編碼信號經(jīng)過4倍頻電路和增量計數(shù)器電路處理后得到位置信號的數(shù)字量，可供單片機或數(shù)據(jù)采集卡的開關(guān)量輸入接口讀取。編碼器測速電機伺服電機慣性負載轉(zhuǎn)盤光電探頭圖F1-4 轉(zhuǎn)動臺體2 硬件使用說明2.1 實驗儀上的模擬計算機VIIVIIIIII一區(qū)V圖F2-1 模擬計算機面板模擬機計算機面板如圖F2-1所示。在模擬計算機面板上，最下面的兩個銀色金屬圓柱是兩個螺母，旋開這兩個螺母，就可以打開模擬機的面板了。非

43、專業(yè)人員不要打開模擬機的機箱；如確實要打開，請在專業(yè)人員的指導下進行，否則可能損壞模擬機的重要部件。下面分區(qū)介紹模擬機面板（序號與圖F2-1上的標號一致）。2.1.1 I區(qū)（多功能數(shù)據(jù)采集卡信號接口區(qū)）I區(qū)為多功能數(shù)據(jù)采集卡信號接口區(qū)，如圖F2-2所示，該區(qū)的各信號說明見表F2-1。圖F2-2 I區(qū)（多功能數(shù)據(jù)采集卡信號接口區(qū)）表F2-1 I區(qū)（多功能數(shù)據(jù)采集卡信號接口區(qū)）信號說明序號代碼信號名稱輸入/出1CLK數(shù)據(jù)采集卡上的8254芯片的時鐘輸入輸入2GATE數(shù)據(jù)采集卡上的8254的門控信號輸入輸入3DO0 DO1 DO2 DO3DO4 DO5 DO6 DO7 數(shù)字信號輸出通道07輸出4DI

44、0 DI1 DI2 DI3DI4 DI5 DI6 DI7 數(shù)字信號輸入通道07輸入5TOUT數(shù)據(jù)采集卡上的8254輸出輸出6DA0DA1數(shù)/模轉(zhuǎn)換輸出通道0數(shù)/模轉(zhuǎn)換輸出通道1輸出7AD0 AD1 AD2 AD3AD4 AD5 AD6 AD7模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入通道07輸入8GND數(shù)字地輸入/輸出9AGND模擬地輸入/輸出10+15+15V電源輸出11-15-15V電源輸出12VCC+5V電源輸出13-5-5V電源輸出2.1.2 II區(qū)（電動伺服系統(tǒng)的傳感器/驅(qū)動信號接口區(qū)）表F2-2 II區(qū)（電動伺服系統(tǒng)的傳感器/驅(qū)動信號接口區(qū)）信號說明FU:編碼盤四倍頻正轉(zhuǎn)信號(輸出)SET:給定信號(輸出)F

45、N:編碼盤四倍頻轉(zhuǎn)速信號(輸出)OSET:外部給定信號(輸入)SPDF:速度反饋信號（輸入）-POS:位置輸出（經(jīng)過電路調(diào)理，輸出)FD:編碼盤四倍頻反轉(zhuǎn)信號，(輸出)-SPD:速度輸出（經(jīng)過電路調(diào)理）(輸出)DXC:光電開關(guān)，(輸出)VC:驅(qū)動電路控制信號，(輸出)II區(qū)為電動伺服系統(tǒng)的傳感器/驅(qū)動信號接口區(qū)，如圖F2-3所示，該區(qū)的各信號說明見表F2-2。 圖F2-3 II區(qū)（電動伺服系統(tǒng)的傳感器/驅(qū)動信號接口區(qū)）2.1.3 III區(qū)（電阻電容區(qū)）III區(qū)為電阻電容區(qū)，如圖F2-4所示。這是一組自由的電阻和電容，還提供了一個接地點，另外兩個是10kW的可變電阻，并且一端接地，例如在自動控制

46、原理試驗指導書實驗一的圖1-6中的二階系統(tǒng)模擬電路中就需要用到這樣的可變電阻。2.1.4 IV區(qū)（運算放大器區(qū)）IV區(qū)為運算放大器區(qū)，如圖F2-5所示。這是一組運算放大器，從A1到A6，它們的結(jié)構(gòu)非常類似，只有A1與其他五個有一點差別。在運算放大器A1中，左上角有一個上下?lián)軇娱_關(guān)（如圖F2-6所示），向下?lián)鼙硎疽胍粋€為-5V+5V的電壓信號，一般用于階躍給定。如果你需要精確的電壓值，請斷開與之相連的電路后，用數(shù)字電壓表（或其他電壓表）量取。具體可以參考自動控制原理試驗指導書實驗5中圖5-1的有關(guān)部分，需要指出的是：在測量電壓時請你一定要斷開電路，否則測不準。在圖F2-4 F2-8中，元件之間

47、凡是有線直接連接的表示它們是連通的，插點不影響連通性；若想要讓連通的元件不在所需的電路中，只需將其短接即可；圖F2-4 電阻電容區(qū)在每組運算放大器中，左邊并列3個100kW歐的電阻，用于多個信號的疊加。如果只需用一個，建議選用最上面的一個。2.1.5 V區(qū)（非線性和采樣區(qū)）V區(qū)為非線性區(qū)，如圖F2-7所示，用于非線性特性和采樣系統(tǒng)實驗，具體可以參考實驗四和實驗五。2.1.6 VI區(qū)（運算放大器區(qū)）VI區(qū)為運算放大器區(qū)，如圖F2-8所示。這是兩個運算放大器，它們的結(jié)構(gòu)與IV區(qū)的六個運算放大器的功能類似，以A7來說明這個運算放大器的使用，K7是一個雙擲開關(guān)，向上表示K7接通。圖F2-5 IV區(qū)（運

48、算放大器區(qū)）圖F2-6 可調(diào)電壓輸出圖2-7 VI區(qū)（非線性和采樣區(qū)）圖F2-8 VI區(qū)（運算放大器區(qū)）2.2 實驗儀的工作方式2.2.1 前面板圖F2-9 實驗儀前面板圖實驗儀前面板主要用于工作狀態(tài)的設定，電流、電壓的顯示，位置清零等，如圖F2-9所示。注意：計算機D/ A輸出口嚴禁短路 在打開電源前，一定先要檢查DA0和DA1（見圖F2-5），確定這兩個接口一定沒有直接與電源端或地端相連！否則可能將2000多元的增強型多功能數(shù)據(jù)采集卡（ACL-8112PG）損壞！其原因是：DA口是多功能數(shù)據(jù)采集卡的輸出端，如果直接與地或電源短接，會產(chǎn)生很強的電流，而ACL-8112PG卡的DA只能承受5m

49、A以內(nèi)的電流，所以在打開電源前，一定先要檢查DA0和DA1，以確定這兩個接口沒有直接與電源端或地端相連！2.2.2 工作狀態(tài)的設定系統(tǒng)工作的原理框圖如圖F2-10所示。圖中，開關(guān)JP1，JP2和JP3與前面板上的按鈕對應（見圖F2-9），信號POS、SPD、SET、OSET、VC、SPDF與模擬機面板上II區(qū)的信號對應（見圖F2-3）。允許設定的選項包括：開環(huán)/閉環(huán)控制方式（JP1）、位置/速度工作方式（JP2）、手動/自動給定方式（JP3）、串口/外部輸入方式（JP4），其中，JP1、JP2和JP3是通過面板按鈕的操作由單片機控制繼電器的觸點來實現(xiàn)電路切換。JP4由單片機自動控制繼電器的觸點來實現(xiàn)切換：當后面板上的串口（見圖F2-11）有相應的指令信號輸入時，JP4接通到ISET，其它情況接通到OSET。圖F2-10中的“外部給定信號”可以來自PC機上數(shù)據(jù)采集卡的D/A輸出信號，也可以來自模擬計算機或信號發(fā)生器等其他設備?！笆謩咏o定信號