控制工程基础实验指导书机电工程学院2013.02实验一常用信号的观察一实验目的1．了解常用信号的波形和特点；2．了解相应信号的参数；3．学习示波器的使用。二、实验内容1.观察常用信号：(1)正弦波；(2)方波；(3)三角波；(4)锯齿波；(5)y=sin(nx)·sin(mx)。2.用THBCC-1实验平台产生波形信号，利用示波器测量信号，读取信号的幅值与频率，绘制信号波形。三、实验设备和工具1．THBCC-1型信号与系统、控制理论及计算机控制技术实验平台，如图3所示；2．双踪示波器，或者用已安装的相关软件、串口通信线1根。图1-1THBCC-1型实验平台四、实验原理波形发生器可以给出希望的标准波形信号，是信号分析与处理实验中不可或缺的实验仪器。信号的描述可以是数学表达式也可以是函数图形，即信号波形。示波器是显示信号波形的一种实用仪器，利用示波器可以方便地显示波形的幅值与频率(周期)，也可以方便地进行不同波形的比较。五、实验要求1.正确认识实验仪器设备的功能与使用方法。2.正确观察、记录实验数据与曲线。3.正确进行相关理论分析。4.实验报告完整无误。主要包括：实验仪器设备的使用、实验数据与曲线、理论分析、回答思考题、总结收获。六.实验步骤1.观察实验台信号发生器和低频信号发生器，了解其功能，学会调节各种信号的振幅和频率。2.联接实验仪器设备3.分别输出正弦波、方波、三角波、锯齿波，用示波器观察各种波形。4.将信号发生器和低频信号发生器都选择正弦波输出，分别用示波器观察并记录波形，将信号分别接如实验台的调制解调模块的调制信号输入口1和载波信号输入口1。5.用示波器观察调制信号输出口1的输出信号并记下图形。6.调整两路输入信号的频率和振幅，观察调制信号输出口1的输出信号。七、思考题为什么要对信号的波形进行观察？信号波形的变化主要对其观察哪几个参数？各参数的含义是什么？信号反应被测量的变化信息和规律，信号波形的变化主要观察的参数有频率、峰值、周期，非周期信号主要是频谱。峰值反应信号的极值，频率和周期主要反应信号间隔时间，频谱是信号波形中各种不同频率的比例函数。实验二一阶系统的阶跃响应一、实验目的1．熟悉一阶系统的无源和有源模拟电路。2．研究一阶系统时间常数T的变化对系统性能的影响。3．研究一阶系统的零点对系统的响应及频率特性的影响。二、实验设备THBCC-1信号与系统·控制理论及计算机技术实验平台、示波器。三、实验内容1．无零点时的单位阶跃响应（无源、有源）。2．有零点时的单位阶跃响应。四、实验原理1．无零点的一阶系统无零点一阶系统的无源和有源模拟电路图如图3-1(a)和(b)所示。它们的传递函数均为(a)(b)图2-1无零点一阶系统无源、有源电路图2．有零点的一阶系统（│Z│<│P│）图3-2(a)和(b)分别为有零点一阶系统无源和有源模拟电路图，它们的传递函数均为：(a)(b)图2-2有零点(│Z│<│P│)一阶系统无源、有源电路图3．有零点的一阶系统（│Z│>│P│）图3-3(a)和(b)分别为有零点一阶系统的无源和有源模拟电路图，它们的传递函数为：（a）（b）图2-3有零点(│Z│>│P│)一阶系统无源、有源电路图五、实验步骤1．利用THBCC-1装置中相关的单元组成图2－1(a)（或(b)）所示的一阶系统模拟电路。“阶跃信号发生器”的输出调到“正输出”，按下“阶跃信号发生器”的按钮，调节“阶跃信号发生器”的可调电位器，使之输出电压幅值为1V，打开示波器窗口。2．将“阶跃信号发生器”的输出端与电路的输入端相连，电路的输出端接虚拟示波器。按下“阶跃信号发生器”的按钮不松开，用虚拟示波器观测系统的阶跃响应，并由实验曲线确定一阶系统的时间常数T。3．将“功率函数信号发生器”选在“方波”，频率为“2Hz”档，调节幅度电位器和频率电位器使幅度为1V、频率为0.4Hz。4．将“功率函数信号发生器”的输出端接到单元电路的输入端，将示波器接到电路的输出端，观察波形。六、实验报告根据测得的一阶系统阶跃响应曲线，测出其时间常数。七、实验思考题试述根据一阶系统阶跃响应曲线确定系统的时间常数T的两种常用的方法。八、附录1．无零点的一阶系统根据，令则对上式取拉氏反变换得当时，则上式表明，当单位阶跃响应曲线上升到稳态值的63.2%时所对应的时间，就是系统的时间常数T=0.2S。图2-4为系统实测的单位阶跃响应曲线。图2-4无零点一阶系统的单位阶跃响应曲线2．有零点的一阶系统(