指导老师：蒋艳老师
实验一红外光谱分析实验
一、实验目的：
1.了解傅立叶变换红外光谱仪的基本构造及工作原理
2.学习红外光谱测定的制样方法
3.学会用傅立叶变换红外光谱仪进行样品测试
二、实验原理
红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在0.78～300μm。通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在0.78～2.5μm （波数在12820～4000cm-1），又称泛频区；中红外区：波长在2.5～25μm（波数在4000～400cm-1），又称基频区；远红外区：波长在25～300μm（波数在400～33cm-1），又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。
红外及拉曼光谱都是分子振动光谱。通过谱图解析可以获取分子结构的信息。作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为"分子指纹"。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸气压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具-红外光
谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜。因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。
一、Fourier变换红外光谱仪（FTIR）
Fourier变换红外光谱仪没有色散元件，主要由光源（硅碳棒、高压汞灯）、Michelson干涉仪、检测器、计算机和记录仪组成。核心部分为Michelson干涉仪，它将光源来的信号以干涉图的形式送往计算机进行Fourier变换的数学处理，最后将干涉图还原成光谱图。它与色散型红外光度计的主要区别在于干涉仪和电子计算机两部分。这种新技术具有很高的分辨率、波数精度高、扫描速度极快（1秒内可完成）、光谱范围宽、灵敏度高等优点。
Fourier变换红外光谱仪工作原理：
工作原理：光源发出的红外辐射，经干涉仪转变成干涉图，通过试样后得到含试样信息的干涉图，由电子计算机采集，并经过快速傅立叶变换，得到吸收强度或透光度随频率或波数变化的红外光谱图。
干涉图从数学观点讲，就是傅立叶变换，计算机的任务是进行傅立叶逆变
换。
Michelson干涉仪工作原理：
仪器的核心部分是Michelson干涉仪，如图：M1和M2为两块平面镜，它们直互垂直直放置，固定不动，则可沿图示方向作微小的移动，称为动镜。在和之间放置一呈45度角的半透膜光束分裂器BS（beam-splitters），可使50%的入射光透过，其余部分被反射。当光源发出的入射光进入干涉仪后就被光束分裂器分成两束光——透射光1和反射光2，其中透射光1穿过BS被动镜反射，沿原路回到BS 并被反射到达探测器D，反射光2则由固定镜沿原路反射回来通过BS到达D。这样，在探测器D上所得到的1光和2光是相干光。1光和2光的光程差为波长的整数倍时，为相长干涉；分数倍时为相消干涉，动镜连继转动获得干涉图。
(1)由于分子吸收了红外线的能量，导致分子内振动能级的跃迁，从而产生相应
的吸收信号——红外光谱（Infrared SPectroscoPy，简记IR）。根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振动的形式。因此，特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度取决于
分子中各基团（化学键）的振动形式和所处的化学环境。只要掌握了各种基团的振动频率（基团频率）及其位移规律，即可利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收谱带的归属，确定分子中所含的基团或键，并进而由其特征振动频率的位移、谱带强度和形状的改变，来推定分子结构。
三、实验装置及实验材料：
试剂：正丁醇、溴化钾、苯甲酸、乙醇(Nicolet IS10傅立叶红外光谱仪1台
压片机等实验工具。
四、实验步骤及注意事项
1.、制样的方法
1.液膜法
样品的沸点高于100℃可采用液膜法测定。这种方法较简单，只要在两个盐片之间滴加1～2滴正丁醇，使之形成一层薄的液膜。样品制好后，用夹具轻轻夹住进行测定。沸点较高的试样，直接滴在两片盐片之间，形成液膜。
2.压片法
将少许试样与适量纯KBr研细均匀，置于研钵中，在压片机上压成透明薄片，即可用于测定。试样和KBr都应经干燥处理，研磨到粒度小于2微米，以免散射光影响。此法非常简便，样品片也可长期保存。
2.样品测试
a) 将制好的样品用夹具夹好，放入仪器内的固定支架上进行测定，样品测
定前要先行测定本底；
b) 测试操作和谱图处理按工作站操作说明书进行，主要包括输入样品编号、测量、基线校正、谱峰标定、谱图打印等几个命令。
c) 测量结束后，用无水乙醇将研钵，压片器具洗干净，烘干后，存放于干燥器中。
3. 谱图解析
（l）待测样品及盐片均需充分干燥处理。。
（2）为了防潮，宜在红外干燥灯下操作。
（3）测试完毕，应及时用丙酮擦洗样。干燥后，置入干燥器中备用。
注意事项:
(1)在实验研磨过程中,速度要快,防止样品吸收空气中的水分
(2) 在红外灯下操作时，用乙醇清洗盐片，不要离灯太近，否则，移开红外灯时温差太大，盐片会碎裂；
(3)在做液膜法时,不能加太多正丁醇,否则会造成液膜过厚,检测时出现圆头峰;
(4)在将盐片放在样品架上时,不能用力拧螺丝,否则会造成盐片破裂;
(3) 谱图处理时，平滑参数不要选择太高，否则会影响谱图的分辨率。
五、数据处理
(谱图见附表)
从图1上可以看出：在1683.06 cm-1左右有一强(s)吸收峰，可以判断羰基（伸缩）；在1583 cm-1m左右较强吸收，1602 cm-1左右的稍强，且在1454 cm-1和
1424cm-1左右有两峰，可以判断，是苯环；在与取代苯在2000~1650cm-1区的吸收面貌，可以判断出是单取代；最后，由标准图与实验图在3200~3400 cm-1的吸收（上方为标准红外吸收线）可以判断是有机酸。
与标准苯甲酸图谱对比，确认是苯甲酸，各峰归属正确。
在图谱2中，可以看到在3333.19（3200~340 cm-1区域有强吸收，—OH的伸缩振动（正丁醇的-OH为比较宽的峰）；在2870~2970 cm-1区有s吸收，可以判断可能有—CH3，—CH2 ，同时在1380~1370 cm-1区可以清楚的看到s吸收，这是—CH3 的特征吸收；在1450 cm-1左右有m吸收，在大部分有机物中都会存在的。与标准正丁醇图谱对比，确认是正丁醇，各峰归属正确。
六．思考题或作业
(1) 用压片法制样时，为什么要求研磨到颗粒度在2μm左右？大于或小于2um 有无影响？为什么？
因为颗粒度不高的话，压出来的片透光性差。对于KBr，如果研磨不细致，打空白样的时候容易出问题。如果是KBr和样品混合，研磨不细致的话，KBr和被测物混合时混合不均匀，所以检测的时候容易产生偏差。小于2um无影响，大于会有比较大的偏差。
（2）根据朗伯-比尔定律，液膜厚度影响样品的光谱吸收强度，如何调节液膜厚度，以使红外光谱不失真？
1.将两边的螺丝调平衡，以免造成液膜厚度不均匀的情况。
2.在滴液体时，不能太多，防止液体量太多，液膜过厚，出现圆头或平头峰，在
此试验中去20uL就已足够。
（3）傅立叶变化红外光谱仪和普通色散型红外分光光度计的主要区别是什么？前者具有哪些优点？
傅里叶红外光谱仪一般来说构造比较复杂，价格也稍微昂贵一些。傅里叶近红外光谱仪的单色器结构主要是迈克尔逊干涉仪，这类型的单色器结构比较复杂，精度也比较高，同时在进行光谱数据处理的时候也充分运用傅里叶变换和反傅里叶变换。因此，这类型的仪器相对于分光光度计类的近红外精度高。
普通的色散型红外分光光度计的单色器一般都是用光栅进行扫描分光，这部分的结构就比迈克尔逊干涉仪简单一些了，因此单色器结构也简单一些。在光谱数据处理方面主要运用求导、平滑、中心化、小波变换、最小二乘法、偏最小二乘法等方法进行处理。
傅里叶红外光谱仪的优点有：
1、扫描速度更快，色散型红外一般需要20分钟左右，而傅里叶几十秒就可以了。
2、傅里叶红外较色散红外，信噪比和分辨率都高，傅里叶红外能达到15000以上的信噪比和0.5波数的分辨率。而色散红外就差很多了。
3、另外，傅里叶红外能扩展更多的附件，而色散红外的局限性就较大。
实验报告 ( 2016-2017年度第二学期) 名称：《现代控制理论基础》 题目：状态空间模型分析 院系：控制科学与工程学院 班级： ___ 学号： __ 学生姓名： ______ 指导教师： _______ 成绩： 日期： 2017年 4月 15日
线控实验报告 一、实验目的： l.加强对现代控制理论相关知识的理解； 2.掌握用 matlab 进行系统李雅普诺夫稳定性分析、能控能观性分析； 二、实验内容 1 第一题：已知某系统的传递函数为G (s) S23S2 求解下列问题： （1）用 matlab 表示系统传递函数 num=[1]; den=[1 3 2]; sys=tf(num,den); sys1=zpk([],[-1 -2],1); 结果： sys = 1 ------------- s^2 + 3 s + 2 sys1 = 1 ----------- (s+1) (s+2) （2）求该系统状态空间表达式： [A1,B1,C1,D1]=tf2ss(num,den); A = -3-2 10 B = 1 C = 0 1
第二题：已知某系统的状态空间表达式为： 321 A ,B,C 01：10 求解下列问题： （1）求该系统的传递函数矩阵： （2）该系统的能观性和能空性： （3）求该系统的对角标准型： （4）求该系统能控标准型： （5）求该系统能观标准型： （6）求该系统的单位阶跃状态响应以及零输入响应：解题过程： 程序： A=[-3 -2;1 0];B=[1 0]';C=[0 1];D=0; [num,den]=ss2tf(A,B,C,D); co=ctrb(A,B); t1=rank(co); ob=obsv(A,C); t2=rank(ob); [At,Bt,Ct,Dt,T]=canon(A,B,C,D, 'modal' ); [Ac,Bc,Cc,Dc,Tc]=canon(A,B,C,D, 'companion' ); Ao=Ac'; Bo=Cc'; Co=Bc'; 结果： （1） num = 0 01 den = 1 32 （2）能控判别矩阵为： co = 1-3 0 1 能控判别矩阵的秩为： t1 = 2 故系统能控。 （3）能观判别矩阵为： ob = 0 1
三墩职业技术学院实验报告 课程名称：电子电路设计实验 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： 一阶RC 电路的瞬态响应过程实验研究 实验类型：探究类同组学生姓名：__ 一、实验目的 二、实验任务与要求 三、实验方案设计与实验参数计算（3.1 总体设计、3.2 各功能电路设计与计算、3.3完整的实验电路……） 四、主要仪器设备 五、实验步骤与过程 六、实验调试、实验数据记录 七、实验结果和分析处理 八、讨论、心得 一、实验目的 1、熟悉一阶RC 电路的零状态响应、零输入响应过程。 2、研究一阶RC 电路在零输入、阶跃激励情况下，响应的基本规律和特点。 3、学习用示波器观察分析RC 电路的响应。 4、从响应曲线中求RC 电路的时间常数。 二、实验理论基础 1、一阶RC 电路的零输入响应（放电过程） 零输入响应： 电路在无激励情况下，由储能元件的初始状态引起的响应，即电路初始状态不为零，输入为零所引起的电路响应。 （实际上是电容器C 的初始电压经电阻R 放电过程。） 在图1中，先让开关K 合于位置a ，使电容C 的初始电压值0)0(U u c =-，再将开关K 转到位置b 。 电容器开始放电，放电方程是 图1 ) 0(0≥=+t dt du RC u C C
可以得出电容器上的电压和电流随时间变化的规律： 式中τ=RC 为时间常数，其物理意义 是衰减到1/e （36.8%）)0(u c 所需要的时间，反映了电路过渡过程的快慢程度。τ图2 图2 2电路的零状态响应（充电过程） 所谓零状态响应是指初始状态为零，而输入不为零所产生的电路响应。RC 关K 可以得出电压和电流随时间变化的规律： 式中τ=RC 为时间常数，其物理意义是由初始值上升至稳态值与初始值差值的63.2%处所需要的时间。同样可以从响应曲线中求出τ，如图3。 ) 0()0()(0≥-=-=- - - t e R U R e u t i t RC t C C τ ) (u t C ) 0()0()(0≥==- --t e U e u t u t RC t C C τ ()(0) t t S S RC C U U i t e e t R R τ--==≥()11(0) t t RC C S S u t U e U e t τ --????=-=-≥ ? ? ????
实验报告 课程名称：控制理论（乙） 指导老师：林峰 成绩：__________________ 实验名称：MATLAB 仿真实验 实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 实验九 控制系统的时域分析 一、 实验目的： 1．用计算机辅助分析的办法，掌握系统的时域分析方法。 2．熟悉Simulink 仿真环境。 二、实验原理及方法： 系统仿真实质上就是对系统模型的求解，对控制系统来说，一般模型可转化成某个微分方程或差分方程表示，因此在仿真过程中，一般以某种数值算法从初态出发，逐步计算系统的响应，最后绘制出系统的响应曲线，进而可分析系统的性能。控制系统最常用的时域分析方法是，当输入信号为单位阶跃和单位冲激函数时，求出系统的输出响应，分别称为单位阶跃响应和单位冲激响应。在MATLAB 中，提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step ，单位冲激响应函数impulse ，零输入响应函数initial 等等。 二、实验内容： 二阶系统，其状态方程模型为 ? 1x -0.5572 -0.7814 1x 1 = + u ? 2x 0.7814 0 2x 0 1x y = [1.9691 6.4493] +[0] u 2x 四、实验要求： 1．编制MATLAB 程序，画出单位阶跃响应曲线、冲击响应曲线、系统的零输入响应、斜坡输入响应； （1）画出系统的单位阶跃响应曲线； A=[-0.5572 -0.7814;0.7814 0 ]; B=[1;0];
华北电力大学 实验报告| | 实验名称状态空间模型分析 课程名称现代控制理论 | | 专业班级：自动化1201 学生姓名：马铭远 学号：2 成绩： 指导教师：刘鑫屏实验日期：4月25日
状态空间模型分析 一、实验目的 1.加强对现代控制理论相关知识的理解； 2.掌握用 matlab 进行系统李雅普诺夫稳定性分析、能控能观性分析； 二、实验仪器与软件 1. MATLAB7.6 环境 三、实验内容 1 、模型转换 图 1、模型转换示意图及所用命令 传递函数一般形式： MATLAB 表示为： G=tf(num,den)，，其中 num,den 分别是上式中分子，分母系数矩阵。 零极点形式： MATLAB 表示为：G=zpk(Z,P,K) ，其中 Z，P ，K 分别表示上式中的零点矩阵，极点矩阵和增益。 传递函数向状态空间转换：[A,B,C,D] = TF2SS(NUM,DEN)； 状态空间转换向传递函数：[NUM,DEN] = SS2TF(A,B,C,D,iu)---iu 表示对系统的第 iu 个输入量求传递函数；对单输入 iu 为 1。
例1：已知系统的传递函数为G（S）= 2 2 3 24 11611 s s s s s ++ +++ ,利用matlab将传递函数 和状态空间相互转换。 解：1.传递函数转换为状态空间模型： NUM=[1 2 4];DEN=[1 11 6 11]; [A,B,C,D] = tf2ss(NUM,DEN) 2.状态空间模型转换为传递函数： A=[-11 -6 -11;1 0 0;0 1 0];B=[1;0;0];C=[1 2 4];D=[0];iu=1; [NUM,DEN] = ss2tf(A,B,C,D,iu); G=tf(NUM,DEN) 2 、状态方程状态解和输出解 单位阶跃输入作用下的状态响应： G=ss(A,B,C,D);[y,t,x]=step(G);plot(t,x). 零输入响应 [y,t,x]=initial(G,x0)其中，x0 为状态初值。
浙江大学材料力学实验报告 （实验项目：扭转） 1. 验证扭转变形公式，测定低碳钢的切变模量G 。； 2. 测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限b τ。 3. 比较低碳钢和铸铁试样受扭时的变形规律及其破坏特性。 二、设备及试样： 1. 扭转试验机,如不进行破坏性试验,验证变形公式合测定G 的实验也可在小型扭转试验 机装置上完成； 2. 扭角仪； 3. 游标卡尺； 4. 试样，扭装试样一般为圆截面。 三、实验原理和方法： 1、测定切变模量G A 、机测法：0p T l G I φ= ，其中b δ φ=，δ为百分表读数，p I 为圆截面的极惯性矩； 选取初扭矩To 和比例极限内最大试验扭矩Tn,从To 到Tn 分成n 级加载，每级扭矩增量为 T ?，每一个扭矩Ti 都可测出相应的扭角φi ，与扭矩增量T ?对应的扭角增量是 1i i i φφφ-?=-，则有0 i p i T l G I φ?= ?，i=1,2,3,…n,取Gi 的平均值作为材料的切变模量即： 1 i G G n = ∑，i=1,2,3,…n ； B 、电测法：t r t T T G W W γε= =，应变仪读数为r ε，t W 为抗扭截面系数； 选取初扭矩To 和比例极限内最大试验扭矩Tn,从To 到Tn 分成n 级加载，每级扭矩增量为T ?，每一个扭矩Ti 都可测出相应的读数εi ，与扭矩增量T ?对应的读数增量是1i i i εεε-?=-，则有i t i T G W ε?= ?，i=1,2,3,…n,取Gi 的平均值作为材料的切变模量即： 1 i G G n =∑， i=1,2,3,…n 2、测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限b τ
现代控制理论实验报告
实验一系统能控性与能观性分析 一、实验目的 1.理解系统的能控和可观性。 二、实验设备 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； 三、实验内容 二阶系统能控性和能观性的分析 四、实验原理 系统的能控性是指输入信号u对各状态变量x的控制能力，如果对于系统任意的初始状态，可以找到一个容许的输入量，在有限的时间内把系统所有的状态引向状态空间的坐标原点，则称系统是能控的。 对于图21-1所示的电路系统，设iL和uc分别为系统的两个状态变量，如果电桥中 则输入电压ur能控制iL和uc状态变量的变化，此时，状态是能控的。反之，当 时，电桥中的A点和B点的电位始终相等，因而uc不受输入ur的控制，ur只能改变iL的大小，故系统不能控。 系统的能观性是指由系统的输出量确定所有初始状态的能力，如果在有限的时间内根据系统的输出能唯一地确定系统的初始状态，则称系统能观。为了说明图21-1所示电路的能观性，分别列出电桥不平衡和平衡时的状态空间表达式： 平衡时：
由式（2）可知，状态变量iL和uc没有耦合关系，外施信号u只能控制iL的变化，不会改变uc的大小，所以uc不能控。基于输出是uc，而uc与iL无关连，即输出uc中不含有iL的信息，因此对uc的检测不能确定iL。反之式（1）中iL与uc有耦合关系，即ur的改变将同时控制iL和uc的大小。由于iL与uc的耦合关系，因而输出uc的检测，能得到iL的信息，即根据uc的观测能确定iL（ω） 五、实验步骤 1．用2号导线将该单元中的一端接到阶跃信号发生器中输出2上，另一端接到地上。将阶跃信号发生器选择负输出。 2．将短路帽接到2K处，调节RP2，将Uab和Ucd的数据填在下面的表格中。然后将阶跃信号发生器选择正输出使调节RP1，记录Uab和Ucd。此时为非能控系统，Uab和Ucd没有关系（Ucd始终为0）。 3．将短路帽分别接到1K、3K处，重复上面的实验。 六、实验结果 表20－1Uab与Ucd的关系
关于印发《浙江大学本科实验报告规范（暂行）》的通知 各学院： 现将《浙江大学本科实验报告规范（暂行）》印发给你们，请遵照执行。 教务处 二OO六年十一月十 六日 浙江大学本科实验报告规范（暂行） 实验报告是学生实验研究结果的文字记录和总结，是培养学生动手能力、写作能力、分析能力等综合能力的重要手段。为进一步提高本科实验教学质量，规范我校本科实验报告的格式、评阅、收集及保管等方面的工作，特制定本规范。 一、实验报告的管理规范 （一）对学生的基本要求 1．按照实验课程教学计划的要求，原则上每个实验项目提 交一份实验报告。 2．按照规定的时间和要求，完成实验报告并交实验教师批改。 3．实验报告第一页用学校统一的实验报告纸书写（可用A4纸下载打印学校统一规定的实验报告格式），附页可用A4纸书写，要求字迹工整，实验数据必须真实、有效，曲线要画在座标纸上，线路图要整齐、清楚（不得徒手画）。电子版的实验报告也要统一
采用学校规定的实验报告格式。 （二）对实验教师的要求 1．实验报告批改要有签名，打分，原则上要求有评语。 2．对学生完成的实验报告数量和质量要作书面记录，每个实验项目的实验报告成绩登记在实验报告成绩登记表（见附件1）中，并按一定比例（独立设课的实验报告一般为10-15%），作为平时成绩的一部分计入实验课总评成绩内。每学期装订成册时附在封面后第一页。 3．对迟交实验报告的学生要酌情扣分，对缺交和抄袭实验报告的学生应及时批评教育，并对该次实验报告的分数以零分处理。对单独设课的实验课程，如学生抄袭或缺交实验报告达该课程全学期实验报告总次数三分之一以上，不得同意其参加本课程的考核。 4．实验教师每学期负责对拟存档的学生实验报告按课程、学生收齐并装订成册（装订顺序由实验教师自行决定）。装订线在左侧，第一页加订实验报告封皮（封皮按学生装订见附件2，按课程装订见附件3）。实验报告可根据课程性质提交电子版，但需要有教师的批改记录，并将电子版汇总后刻录在一张光盘上，加上封面。 （三）对管理部门的要求 1．课程结束后，由各学院负责本科教学管理的科室负责督促收齐各门实验课程的实验报告。 2．由各学院确定具体实验室负责保管相应实验课程的实验报告。 3．教务处负责组织人员对实验报告进行不定期抽
篇一：材料力学实验报告答案 材料力学实验报告 评分标准拉伸实验报告 一、实验目的（1分） 1. 测定低碳钢的强度指标（σs、σb）和塑性指标（δ、ψ）。 2. 测定铸铁的强度极限σb。 3. 观察拉伸实验过程中的各种现象，绘制拉伸曲线（p－δl曲线）。 4. 比较低碳钢与铸铁的力学特性。 二、实验设备（1分） 机器型号名称电子万能试验机 测量尺寸的量具名称游标卡尺精度 0.02 mm 三、实验数据（2分） 四、实验结果处理（4分） ?s??b? psa0pba0 ＝300mpa 左右＝420mpa 左右 ＝20～30％左右＝60～75％左右 ?? l1?l0 ?100％ l0a0?a1 ?100％ a0 ?＝ 五、回答下列问题（2分，每题0.5分） 1、画出（两种材料）试件破坏后的简图。略 2、画出拉伸曲线图。 3、试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性质。 低碳钢在拉伸时有明显的弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段，而铸铁没有明显的这四个阶段。 4、材料和直径相同而长短不同的试件，其延伸率是否相同？为什么？相同 延伸率是衡量材料塑性的指标，与构件的尺寸无关。压缩实验报告 一、实验目的（1分） 1. 测定压缩时铸铁的强度极限σb。 2. 观察铸铁在压缩时的变形和破坏现象，并分析原因。 二、实验设备（1分） 机器型号名称电子万能试验机（0.5分） 测量尺寸的量具名称游标卡尺精度 0.02 mm （0.5分） 三、实验数据（1分）四、实验结果处理（2分） ?b? pb =740mpaa0 左右 五、回答下列思考题（3分） 1.画出（两种材料）实验前后的试件形状。略 2. 绘出两种材料的压缩曲线。略 3. 为什么在压缩实验时要加球形承垫？
现代控制理论 实 验 报 告 学院：机电学院 学号:XXXXX 姓名：XXXXX 班级：XXXX
实验一系统的传递函数阵和状态空间表达式的转换 一、实验目的 1.熟悉线性系统的数学模型、模型转换。 2.了解MATLAB 中相应的函数 二、实验内容及步骤 1.给定系统的传递函数为 150 3913.4036 18)(23++++= s s s s s G 要求（1）将其用Matlab 表达；（2）生成状态空间模型。 2.在Matlab 中建立如下离散系统的传递函数模型 y (k + 2) +5y (k +1) +6y (k ) = u (k + 2) + 2u (k +1) +u (k ) 3.在Matlab 中建立如下传递函数阵的Matlab 模型 ?????? ??????+++++++++++=7266 11632256 51 2)(2 32 2s s s s s s s s s s s s G 4.给定系统的模型为 ) 4.0)(25)(15() 2(18)(++++= s s s s s G 求（1）将其用Matlab 表达；（2）生成状态空间模型。 5.给定系统的状态方程系数矩阵如下： []0 , 360180,001,010001 1601384.40==???? ? ?????=????? ?????---=D C B A 用Matlab 将其以状态空间模型表示出来。 6.输入零极点函数模型，零点z=1,-2;极点p=-1,2,-3 增益k=1；求相应的传递函数模型、状态空间模型。 三、实验结果及分析 1.程序代码如下： num = [18 36]; den = [1 40.3 391 150]; tf(num,den) ss(tf(num,den))
课程名称：材料科学与工程基础实验指导老师：李雷成绩：__________________ 实验名称：介电材料电学性能实验类型：同组学生姓名：13组 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的 1、了解低损耗介电材料在微波通讯技术中的应用； 2、了解介质谐振法的测试原理； 3、掌握利用介质谐振法测试低损耗材料微波介电性能的技术。 二、实验原理 微波指频率介于300MHz和300GHz之间的电磁波，在通讯领域有着非常广泛的应用。而微波介质材料指适用于微波频段的低损耗（通常在10-3数量级以下）、温度稳定型电介质材料（通常为陶瓷材料），被广泛应用于微波介质谐振器、振荡器、滤波器、双工器、微波电容器及微波基板等，是移动通讯、卫星通讯、全球卫星定位系统（GPS）、蓝牙技术以及无线局域网（WLAN）等现代微波通讯技术的关键材料之一。 对于工作于较低频率下的介电材料，一般用介电常数?r、介电损耗tanδ及介电性能的温度依赖性表征其介电性能。而对工作于微波频段的损耗介质材料，相对应的三个基本参数及其要求则为：合适的介电常数?r、高Qf值及近零谐振频率温度系数τf。其中。当微波介质材料作为谐振单元使用时，应具有较高的介电常数，以 满足器件小型化的需要；而当其作为微波基板使用时，由于微波在基板中传播的速
度,为了减小微波电路中的延迟，介质材料应具有尽可能低的介电常数?r。Qf值定义为品质因子Q（介电损耗tanδ的倒数）与频率的f的乘积，单位为GHz。高Qf值对应微波介质材料作为谐振单元使用时的良好频率选择性及作为微波基板使用时的低信号衰减。一般认为，低损耗材料在微波频段的Qf值为不随频率变化的常数。低损耗微波介质材料作为谐振单元使用时，其谐振频率f 通常随温度线性变化，故用谐振频率温度系数τf表征其温度稳定性，定义为,单位为ppm/, 其中T 2和T 1 表示两个测试温度。本实验课中只涉及介电常数?r及Qf值的测试。 在测试频率较低、试样尺寸远小于电磁波波长时（如1MHz以下），可以把片状 介质材料两端面镀上金属电极、构成平板电容器，直接用LCR仪或阻抗分析仪测试其介电性能。但当频率升至微波频段时，试样尺寸已可与电磁波波长相比拟，以上方法不再适用。 对于低损耗介质材料，其微波介电性能需用网络分析仪及介质谐振法进行测试。网络分析仪通常有两个端口，均可发射和接受微波信号，其测试参数为S参数，定义为接收与发射信号电压的比值，为模在0-1间的复数。S参数常用对数形式表示，定义为20loge∣S∣，取值在-∞ ~0之间，单位为dB。由S参数的定义知：两端口网络分析仪中共有四个S参数：S11，S21，S12，S22，其中第一、二个下标分别表示接收及发射端口。圆柱形金属空腔即为最简单的微波谐振器，其谐振频率f 及品质因子Qu由空腔的尺寸及金属内壁的表面电导率决定。用低损耗介质材料部分填充 金属腔，即构成介质谐振器，其谐振频率f 及品质因子Qu由试样的尺寸、介电性能（?r、Qf值）及金属腔的性质（尺寸及表面电导率）共同决定。因此，通过测试介 质谐振器谢振峰的性质（谐振频率f 及品质因子Qu），即可通过数值方法求解出待测试样的?r及Qf值。 三、测试步骤 1）将试样尺寸及估计的介电常数输入至程序，计算介质谐振器大致的谐振频率范围。 2）在估计的频率范围内找到谐振峰（对应于S21）参数的最大值。 3）将谐振频率处的S21参数调至-40dB以下，记录谐振频率f 及3dB带宽△f。
河南工业大学 现代控制理论实验报告姓名：朱建勇 班级：自动1306 学号：201323020601
现代控制理论 实验报告 专业: 自动化 班级: 自动1306 姓名: 朱建勇 学号: 201323020601 成绩评定: 一、实验题目： 线性系统状态空间表达式的建立以及线性变换 二、实验目的 1. 掌握线性定常系统的状态空间表达式。学会在MATLAB 中建立状态空间模型的方法。 2. 掌握传递函数与状态空间表达式之间相互转换的方法。学会用MATLAB 实现不同模型之 间的相互转换。 3. 熟悉系统的连接。学会用MATLAB 确定整个系统的状态空间表达式和传递函数。 4. 掌握状态空间表达式的相似变换。掌握将状态空间表达式转换为对角标准型、约当标准 型、能控标准型和能观测标准型的方法。学会用MATLAB 进行线性变换。 三、实验仪器 个人笔记本电脑 Matlab R2014a 软件 四、实验内容 1. 已知系统的传递函数 (a) ) 3()1(4)(2++=s s s s G
(b) 3486)(22++++=s s s s s G
(c) 6 1161)(232+++++=z z z z z z G （1）建立系统的TF 或ZPK 模型。 （2）将给定传递函数用函数ss( )转换为状态空间表达式。再将得到的状态空间表达式用函 数tf( )转换为传递函数，并与原传递函数进行比较。 （3）将给定传递函数用函数jordants( )转换为对角标准型或约当标准型。再将得到的对角 标准型或约当标准型用函数tf( )转换为传递函数，并与原传递函数进行比较。 （4）将给定传递函数用函数ctrlts( )转换为能控标准型和能观测标准型。再将得到的能控标 准型和能观测标准型用函数tf( )转换为传递函数，并与原传递函数进行比较。
扭 转 实 验 一．实验目的： 1.学习了解微机控制扭转试验机的构造原理，并进行操作练习。 2.确定低碳钢试样的剪切屈服极限、剪切强度极限。 3.确定铸铁试样的剪切强度极限。 4.观察不同材料的试样在扭转过程中的变形和破坏现象。 二．实验设备及工具 扭转试验机，游标卡尺、扳手。 三．试验原理： 塑性材料和脆性材料扭转时的力学性能。（在实验过程及数据处理时所支撑的理论依据。参考材料力学、工程力学课本的介绍，以及相关的书籍介绍，自己编写。） 四．实验步骤 1.a 低碳钢实验（华龙试验机） （1）量直径： 用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。。 （2）安装试样： 启动扭转试验机，手动控制器上的“左转”或“右转”键，调整活动夹头的位置，使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求，把试样水平地放在两夹头之间，沿箭头方向旋转手柄，夹紧试样。 （3）调整试验机并对试样施加载荷： 在电脑显示屏上调整扭矩、峰值、切应变1、切应变2、夹头间转角、时间的零点；根据你所安装试样的材料，在“实验方案读取”中选择“教学低碳钢试验”，并点击“加载”而确定；用键盘输入实验编号，回车确定（按Enter 键）；鼠标点“开始测试”键，给试样施加扭矩；在加载过程中，注意观察屈服扭矩的变化，记录屈服扭矩的下限值，当扭矩达到最大值时，试样突然断裂，后按下“终止测试”键，使试验机停止转动。 （4）试样断裂后，从峰值中读取最大扭矩 。从夹头上取下试样。 （5）观察试样断裂后的形状。 1.b 低碳钢实验（青山试验机） （1）量直径： 用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。 （2）安装试样： 启动扭转试验机，手动“试验机测控仪”上的“左转”或“右转”键，调整活动夹头的位置，使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求，把试样水平地放在两夹头之间，s τb τb τ 0d S M b M 0d
本科实验报告 实验名称：控制理论基础（实验）
实验一：控制系统的模型建立 一、实验目的 1.掌握利用MATLAB 建立控制系统模型的方法。 2.掌握系统的各种模型表述及相互之间的转换关系。 3. 学习和掌握系统模型连接的等效变换。 二、实验原理 1、系统模型的 MATLAB描述 系统的模型描述了系统的输入、输出变量以及内部各变量之间的关系，表征一个系统的模型有很多种，如微分方程、传递函数模型、状态空间模型等。这里主要介绍系统传递函数（TF）模型、零极点增益（ZPK）模型和状态空间（SS）模型的MATLAB 描述方法。 1）传递函数（TF）模型 传递函数是描述线性定常系统输入-输出关系的一种最常用的数学模型，其表达式一般为 在MATLAB 中，直接使用分子分母多项式的行向量表示系统，即 num = [bm, bm-1, … b1, b0] den = [an, an-1, … a1, a0] 调用tf 函数可以建立传递函数TF对象模型，调用格式如下： Gtf = tf(num,den) Tfdata 函数可以从TF对象模型中提取分子分母多项式，调用格式如下： [num,den] = tfdata(Gtf) 返回cell 类型的分子分母多项式系数 [num,den] = tfdata(Gtf,'v') 返回向量形式的分子分母多项式系数 2）零极点增益（ZPK）模型 传递函数因式分解后可以写成
式中, z1 , z2 , …,zm 称为传递函数的零点， p1,p2,…,pn称为传递函数的极点，k 为传递系数（系统增益）。 在MATLAB 中，直接用[z,p,k]矢量组表示系统，其中z，p，k 分别表示系统的零极点及其增益，即： z=[z1,z2,…,zm]; p=[p1,p2,…,pn]; k=[k]; 调用zpk 函数可以创建ZPK 对象模型，调用格式如下： Gzpk = zpk(z,p,k) 同样，MATLAB 提供了zpkdata 命令用来提取系统的零极点及其增益，调用格式如下： [z,p,k] = zpkdata(Gzpk) 返回cell 类型的零极点及增益 [z,p,k] = zpkdata (Gzpk,’v’) 返回向量形式的零极点及增益 函数pzmap 可用于求取系统的零极点或绘制系统得零极点图，调用格式如下： pzmap(G) 在复平面内绘出系统模型的零极点图。 [p,z] = pzmap(G) 返回的系统零极点，不作图。 3）状态空间（SS）模型 由状态变量描述的系统模型称为状态空间模型，由状态方程和输出方程组成： 其中：x 为n 维状态向量；u 为r 维输入向量； y 为m 维输出向量； A 为n×n 方阵，称为系统矩阵； B 为n×r 矩阵，称为输入矩阵或控制矩阵；C 为m×n 矩阵，称为输出矩阵； D为m×r 矩阵，称为直接传输矩阵。 在MATLAB 中，直接用矩阵组[A,B,C,D]表示系统，调用ss 函数可以创建ZPK 对象模型，调用格式如下： Gss = ss(A,B,C,D) 同样，MATLAB 提供了ssdata 命令用来提取系统的A、B、C、D 矩阵，调用格式如下： [A,B,C,D] = ssdata (Gss) 返回系统模型的A、B、C、D 矩阵 4）三种模型之间的转换
现代控制理论课程总结 学习心得 从经典控制论发展到现代控制论,是人类对控制技术认识上的一次飞跃。现代控制论是用状态空间方法表示,概念抽象,不易掌握。对于《现代控制理论》这门课程，在刚拿到课本的时候，没上张老师的课之前，咋一看，会认为开课的内容会是上学期学的控制理论基础的累赘或者简单的重复，更甚至我还以为是线性代数的复现呢！根本没有和现代控制论联系到一起。但后面随着老师讲课的风格的深入浅出，循循善诱，发现和自己想象的恰恰相反，张老师以她特有的讲课风格，精心准备的ppt 课件，向我们展示了现代控制理论发展过程，以及该掌握内容的方方面面，个人觉得，我们不仅掌握了现代控制理论的理论知识，更重要的是学会了掌握这门知识的严谨的逻辑思维和科学的学习方法，对以后学习其他知识及在工作上的需要大有裨益，总之学习了这门课让我受益匪浅。 由于我们学习这门课的课时不是很多，并结合我们学生学习的需求及所要掌握的课程深入程度，张老师根据我们教学安排需要，我们这学期学习的内容主要有：1.绪论；2.控制系统的状态表达式；3.控制系统状态表达式的解；4.线性系统的能空性和能观性；5.线性定常系统的综合。而状态变量和状态空间表达式、状态转移矩阵、系统的能控性与能观性以及线性定常系统的综合是本门课程的主要学习内容。当然学习的内容还包括老师根据多年教学经验及对该学科的研究的一些深入见解。 在现代科学技术飞速发展中,伴随着学科的高度分化和高度综合,各学科之间相互交叉、相互渗透,出现了横向科学。作为跨接于自然科学和社会科学的具有横向科学特点的现代控制理论已成为我国理工科大学高年级的必修课。 经典控制理论的特点 经典控制理论以拉氏变换为数学工具，以单输入－单输出的线性定常系统为主要的研究对象。将描述系统的微分方程或差分方程变换到复数域中，得到系统的传递函数，并以此作为基础在频率域中对系统进行分析和设计，确定控制器的结构和参数。通常是采用反馈控制，构成所谓闭环控制系统。经典控制理论具有明显的局限性，突出的是难以有效地应用于时变系统、多变量系统，也难以揭示系统更为深刻的特性。当把这种理论推广到更为复杂的系统时，经典控制理论就显得无能为力了，这是因为它的以下几个特点所决定。 1．经典控制理论只限于研究线性定常系统，即使对最简单的非线性系统也是无法处理的；这就从本质上忽略了系统结构的内在特性，也不能处理输入和输出皆大于1的系统。实际上，大多数工程对象都是多输入－多输出系统，尽管人们做了很多尝试，但是，用经典控制理论设计这类系统都没有得到满意的结果；2．经典控制理论采用试探法设计系统。即根据经验选用合适的、简单的、工程上易于实现的控制器，然后对系统进行分析，直至找到满意的结果为止。虽然这种设计方法具有实用等很多完整，从而促使现代控制理论的发展：对经典理论的精确化、数学化及理论化。优点，但是，在推理上却是不能令人满意的，效果也
篇一：扭转实验报告 一、实验目的和要求 1、测定低碳钢的剪切屈服点?s、剪切强度?b，观察扭矩-转角曲线（t??曲线）。 2、观察低碳钢试样扭转破坏断口形貌。 3、测定低碳钢的剪切弹性模量g。 4、验证圆截面杆扭转变形的胡克定律（??tl/gip）。 5、依据低碳钢的弹性模量,大概计算出低碳钢材料的泊松比。 二、试验设备和仪器 1、微机控制扭转试验机。 2、游标卡尺。 3、装夹工具。 三、实验原理和方法 遵照国家标准（gb/t10128-1998）采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材料在纯剪切情况下的力学性能。如材料的剪切屈服强度点?s和抗剪强度?b等。圆截面试样必须按上述国家标准制成（如图1-1所示）。试验两端的夹持段铣削为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑。 图 1-1 试验机软件的绘图系统可绘制扭矩-扭转角曲线，简称扭转曲线（图1-2中的曲线）。图3-2 从图1-2可以看到，低碳钢试样的扭转试验曲线由弹性阶段（oa段）、屈服阶段（ab段）和强化阶段（cd段）构成，但屈服阶段和强化阶段均不像拉伸试验曲线中那么明显。由于强化阶段的过程很长，图中只绘出其开始阶段和最后阶段，破坏时试验段的扭转角可达10?以上。从扭转试验机上可以读取试样的屈服扭矩破坏扭矩由算材料的剪切屈服强度抗剪强度式中：试样截面的抗扭截面系数。 ts和tb。和?s?3ts/4wt计?s和?b，wt??d0/16为 3?s?3ts/4wt计算材料的剪切屈服强度?s和抗剪强度?b，式中：wt??d0/16 3 为试样截面的抗扭截面系数。 当圆截面试样横截面的最外层切应力达到剪切屈服点?s时，占横截面绝大部分的内层切应力仍低于弹性极限，因而此时试样仍表现为弹性行为，没有明显的屈服现象。当扭矩继续增加使横截面大部分区域的切应力均达到剪切屈服点?s时，试样会表现出明显的屈服现象，此时的扭矩比真实的屈服扭矩ts要大一些，对于破坏扭矩也会有同样的情况。 图1-3所示为低碳钢试样的扭转破坏断口，破坏断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏。 图 1-3材料的剪切弹性模量g遵照国家标准（gb/t10128-1988）可由圆截面试样的扭转试验测定。在弹性范围内进行圆截面试样扭转试验时，扭矩和扭转角之间的关系符合扭转变形的胡克定律 ??tlp 4 i??d0为截，式中：p 面的极惯性矩。当试样长度l和极惯性矩ip均为已知时，只要测取扭矩增量 ?t和相应的扭转角增量??，可由式 g? ?t?l ???ip 计算得到材料的剪切弹性模量。实验通常采用多级等增量加载法，这样不仅可以避免人为读取数据产生的误差，而且可以通过每次载荷增量和扭转角增量验证扭转变形的胡克定律。 四、实验步骤 1、测量低碳钢试样直径d1，长度l； 2、装夹试样；在试样上安装扭角测试装置，将一个定
现代控制理论实验报告 组员： 院系：信息工程学院 专业： 指导老师： 年月日
实验1 系统的传递函数阵和状态空间表达式的转换 [实验要求] 应用MATLAB 对系统仿照[例]编程，求系统的A 、B 、C 、阵；然后再仿照[例]进行验证。并写出实验报告。 [实验目的] 1、学习多变量系统状态空间表达式的建立方法、了解系统状态空间表达式与传递函数相互转换的方法； 2、通过编程、上机调试，掌握多变量系统状态空间表达式与传递函数相互转换方法。 [实验内容] 1 设系统的模型如式示。 p m n R y R u R x D Cx y Bu Ax x ∈∈∈?? ?+=+=& 其中A 为n ×n 维系数矩阵、B 为n ×m 维输入矩阵 C 为p ×n 维输出矩阵，D 为传递阵，一般情况下为0，只有n 和m 维数相同时，D=1。系统的传递函数阵和状态空间表达式之间的关系如式示。 D B A SI C s den s num s G +-== -1)() () (()( 式中，)(s num 表示传递函数阵的分子阵，其维数是p ×m ；)(s den 表示传递函数阵的按s 降幂排列的分母。 2 实验步骤 ① 根据所给系统的传递函数或（A 、B 、C 阵），依据系统的传递函数阵和状态空间表达式之间的关系如式，采用MATLA 的编程。注意：ss2tf 和tf2ss 是互为逆转换的指令； ② 在MATLA 界面下调试程序，并检查是否运行正确。 ③ [] 已知SISO 系统的状态空间表达式为，求系统的传递函数。
, 2010050010000100001 0432143 21u x x x x x x x x ? ? ??? ? ??????-+????????????????????????-=????????????&&&&[]??? ? ? ???????=43210001x x x x y 程序: A=[0 1 0 0;0 0 -1 0;0 0 0 1;0 0 5 0]; B=[0;1;0;-2]; C=[1 0 0 0]; D=0; [num,den]=ss2tf(A,B,C,D,1) 程序运行结果: num = 0 den = 0 0 0 从程序运行结果得到:系统的传递函数为: 2 4253 )(s s s S G --= ④ [] 从系统的传递函数式求状态空间表达式。 程序: num =[0 0 1 0 -3]; den =[1 0 -5 0 0]; [A,B,C,D]=tf2ss(num,den) 程序运行结果: A = 0 5 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0
实验三 利用MATLAB 导出连续状态空间模型的离散化模型 实验目的： 1、基于对象的一个连续时间状态空间模型，导出其相应的离散化状态空间模型； 2、通过编程、上机调试，掌握离散系统运动分析方法。 实验原理： 给定一个连续时间系统的状态空间模型： ()()()()()() x t Ax t Bu t y t Cx t Du t =+=+ （3.1） 状态空间模型（3.1）的输入信号()u t 具有以下特性： ()(),u t u kT kT t kT T =≤≤+ （3.2） 已知第k 个采样时刻的状态()x kT 和第k 个采样时刻到第1k +个采样时刻间的输入()()u t u kT =，可得第1k +个采样时刻(1)k T +处的状态 (1)((1))((1))()((1))()k T kT x k T k T kT x kT k T Bu d τττ++=Φ+-+Φ+-? （3.3） 其中： ((1))((1))A k T kT AT k T kT e e +-Φ+-== ((1))((1))A k T k T e ττ+-Φ+-= 由于输入信号在两个采样时刻之间都取常值，故对式（3.3）中的积分式进行一个时间变量替换(1)k T στ=+-后，可得 0((1))()()()AT A x k T e x kT e d Bu kT τ σσ+=+? （3.4） 另一方面，以周期T 对输出方程进行采样，得到 ()()()y kT Cx kT Du kT =+ 在周期采样的情况下，用k 来表示第k 个采样时刻kT 。因此，连续时间状态空间模型
（3.1）的离散化方程可以写成 (1)()()()()()()() x k G T x k H T u k y k Cx k Du k +=+=+ （3.5） 其中： 0()()()AT A G T e H T e d B τσσ==? （3.6） 已知系统的连续时间状态空间模型，MATLAB 提供了计算离散化状态空间模型中状态矩阵和输入矩阵的函数： [G ,H]=c2d(A,B,T) 其中的T 是离散化模型的采样周期。 实验步骤 1、导出连续状态空间模型的离散化模型，采用MA TLAB 的m-文件编程； 2、在MA TLAB 界面下调试程序，并检查是否运行正确。 例3.1 已知一个连续系统的状态方程是 010()()()2541x t x t u t ????=+????--???? 若取采样周期0.05T =秒，试求相应的离散化状态空间模型。 编写和执行以下的m-文件： A=[0 1;-25 –4]; B=[0;1]; [G ,H]=c2d(A,B,0.05) 得到 G= 0.9709 0.0448 -1.1212 0.7915 H= 0.0012 0.0448 因此，所求的离散化状态空间模型是 0.97090.04480.0012(1)()()1.12120.79150.0448x k x k u k ????+=+????-????
三墩职业技术学院实验报告课程名称：电子电路设计实验指导老师：成绩：__________________ 实验名称：一阶RC电路的瞬态响应过程实验研究实验类型：探究类同组学生姓名：__ 一、实验目的二、实验任务与要求 三、实验方案设计与实验参数计算（3.1 总体设计、3.2 各功能电路设计与计算、 3.3完整的实验电路……） 六、实验调试、实验数据记录七、实验结果和分析处理 八、讨论、心得 一、实验目的 1、熟悉一阶RC电路的零状态响应、零输入响应过程。 2、研究一阶RC电路在零输入、阶跃激励情况下，响应的基本规律和特点。 3、学习用示波器观察分析RC电路的响应。 4、从响应曲线中求RC电路的时间常数。 二、实验理论基础 1、一阶RC电路的零输入响应（放电过程） 零输入响应：
电路在无激励情况下，由储能元件的初始状态引起的响应，即电路初始状态不为零，输入为零所引起的电路响应。 （实际 上是 电容器C 的 初始电压经电阻R 放电过程。） 在图1中，先让开关K 合于位置a ，使电容C 的初始电压值0)0(U u c =-，再将开关K 转到位置b 。 电容器开始放电，放电方程是 可以得出电容器上的电压和电流随时间变化的规律： 衰减到1/e （36.8%）)0(u c 所需要的 式中τ=RC 为时间常数，其物理意义是 时间，反映了电路过渡过程的快慢程度。τ越大，暂态响应所持续的时间越长，即过渡过程的时间越长；反之，τ越小，过渡过程的时间越短。时间常数可以通过相 应的衰减曲线来反应，如图2。由于经过5τ时间后，已经衰减到初态的1%以 下，可以认为经过5τ时间，电容已经放电完毕。 图2 2、一阶RC 电路的零状态响应（充电过程） 所谓零状态响应是指初始状态为零，而输入不为零所产生的电路响应。一阶RC 电路在阶跃信号激励下的零状态响应实际上就是直流电源经电阻R 向C 充电的过程。在图1所示的一阶电路中，先让开关K 合于位置b ，当t = 0时，将开关K 转到位置a 。 电容器开始充电，充电方程为 图1 ) 0(0≥=+t dt du RC u C C ) 0()0()(0≥- =- =---t e R U R e u t i t RC t C C τ ) (u t C )0()0()(0≥==- - -t e U e u t u t RC t C C τ )(u t C 装 订