研究生课程实验报告
课程名称：线性系统
实验名称：平面二级倒立摆实验
班级：12S0441
学号：12S104057
姓名：白俊林
实验时间：2012 年12 月21 日
控制科学与工程教学实验中心
1.实验目的
1)熟悉Matlab/Simulink仿真；
2)掌握LQR控制器设计和调节；
3)理解控制理论在实际中的应用。
倒立摆研究的意义是，作为一个实验装置，它形象直观，简单，而且参数和形状易于改变；但它又是一个高阶次、多变量、非线性、强耦合、不确定的绝对不稳定系统的被控系统，必须采用十分有效的控制手段才能使之稳定。因此，许多新的控制理论，都通过倒立摆试验对理论加以实物验证，然后在应用到实际工程中去。因此，倒立摆成为控制理论中经久不衰的研究课题，是验证各种控制算法的一个优秀平台，故通过设计倒立摆的控制器，可以对控制学科中的控制理论有一个学习和实践机会。
2.实验内容
1）建立直线二级倒立摆数学模型
对直线二级倒立摆进行数学建模，并将非线性数学模型在一定条件下化简成线性数学模型。对于倒立摆系统，由于其本身是自不稳定的系统，实验建立模型存在一定的困难，但是经过小心的假设忽略掉一些次要的因素后，倒立摆系统就是一个典型的运动的刚体系统，可以在惯性坐标系内应用经典力学理论建立系统的动力学方程。对于直线二级倒立摆，由于其复杂程度，在这里利用拉格朗日方程推导运动学方程。
由于模型的动力学方程中存在三角函数，因此方程是非线性的，通过小角度线性化处理，将动力学非线性方程变成线性方程，便于后续的工作的进行。
2）系统的MATLAB仿真
依据建立的数学模型，通过MATLAB仿真得出系统的开环特性，采取相应的控制策略，设计控制器，再加入到系统的闭环中，验证控制器的作用，并进一步调试。控制系统设计过程中需要分析内容主要包括得出原未加控制器时系统的极点分布，系统的能
观性，能控性。
3）LQR 控制器设计与调节实验
利用线性二次型最优（LQR ）调节器MATLAB 仿真设计的参数结果对平面二阶倒立摆进行实际控制实验，参数微调得到较好的控制效果，记录实验曲线。 4）改变控制对象的模型参数实验
调整摆杆位置，将摆杆1朝下，摆杆2朝上修改模型参数、起摆条件和控制参数，重复3的内容。
3. 实验步骤
1）倒立摆系统模型
在忽略了空气流动，各种摩擦之后，可将倒立摆系统抽象成小车、匀质杆和质量块组成的系统，如图1所示。
图1 直线两级倒立摆物理模型
下面利用拉格朗日方程推导运动学方程 。 拉格朗日方程为： ()()(),,,L q q
T q q V q q =- (1)
i d L L
f dt q
q δδδδ-= (2)
123M m m m T T T T T =+++
(3)
111m m
m T T T '''=+ (4) 222m m m T T T '''=+ (5)
21
2
M T Mx =
(6)
()()22
11111122211111111sin sin 1211cos 22
m d x l d l T m dt dt m x m l x m l θθθθθ??-???? ?
'=+ ? ? ???????=-+ (7)
222221111111111112236m
p T J m l m l ωθθ??
''=== ???
(8)
则
'''2221111111111112cos 23
m m m T T T m x m l x m l θθθ=+=-+
(9)
同样可以求出
()()
22
'112211222
222221112222111222(2sin sin (2cos cos )1122112cos cos 2sin sin 22
m d x l l d l l T
m m dt dt m x l l m l l θθθθθθθθθθθθ--+????=+ ? ?????=--++
(10)
''
22222
22222222211112236m T J m l m l ωωθ??=
== ???
(11)
(
)(
)
()'''
22222111222
222221122121221122cos cos 2
1444cos 23m m m T T T m x x l l m l l l l θθθθθθθθθθ=+=
-+??+++- ???
(12)
22
11113322233111311
(2sin )(2cos )1212cos 22
m d x l d l T m dt dt m x m l x m l θθθθθ??-????=+ ? ? ? ???????
=
-+ (13)
因此，可以得到系统的总动能为：
(
)(
)
()123
2222111111112211122222222112212122122233111311112cos 223122cos cos 21444cos 2312cos 22M m m m T T T T T Mx m x m l x m l m x x l l m l l l l m x m l x m l θθθθθθθθθθθθθθθθ=+++=
+-++-+??+++- ???+-+ (14)
系统的总势能为：
()
123
11131121122cos 2cos 2cos cos m m m V V V V m gl m gl m g l l θθθθ=++=+++ (15)
从而拉格朗日算子：
(
)(
)
()2222111111112211122222222112212122122233111311111311211112cos 223122cos cos 2
1444cos 2312cos 2cos 2
2cos 2cos L T V Mx m x m l x m l m x x l l m l l l l m x m l x m l m gl m gl m g l θθθθθθθθθθθθθθθθθθθ=-=+-++-+??+++- ???+-+--- ()
22cos l θ+
(16)
由于因为在广义坐标 21,θθ上均无外力作用，有以下等式成立：
11
0d L L
dt θθ????-
= ????? (17)
22
0d L L
dt θθ????-
= ????? (18)
展开（17），（18）式，分别得到（19），（20）式
2222121231122221123116sin()4(3())3(2cos()(2())(sin cos ))0
m l m m m l m l m m m g x θθθθθθθθθ-+++---++++= (19)
22111222112123sin 6sin()46cos()3cos 0g l l l x θθθθθθθθθ---++--= (20)
将（19），（20）式对2
1,θθ 求解代数方程，得到以下两式
111213122122221121212212211213121222112321(3(2sin 4sin 4sin 3cos()sin 6cos()sin()4sin()2cos 4cos 4cos 3cos()cos ))/(2(412129cos (gm gm m g m g m l m l m x m x m x m x l m m m m θθθθθθθθθθθθθθθθθθθθθθ=---+-+--+----+----+- 2)))
θ(21)
22221231221112
22221212222121231
1222222212312212124((3())(3sin 6sin()3cos )9
2cos()(6sin()3(2())(sin cos )))/316((3())4cos ())9
m m m m l l g l x m l l m l m m m g x m m m m l l m l l θθθθθθθθθθθθθθθ=--++----+---+++-+++-
(22)
表示成以下形式：
111212(,,,,,,)f x x x θθθθθ= (23)
221212(,,,,,,)f x x x θθθθθ=
(24)
取平衡位置时各变量的初值为零，
1212(,,,,,,)(0,0,0,0,0,0,0)0A x x x θθθθ===
(25)
将（23）式在平衡位置进行泰勒级数展开，并线性化，令:
1110
0A f K x
=?=
=? (26)
1231120
112313(244)
2(4312)A gm gm gm f K m m m l θ=---?=
=
?---
(27)
12130
2
1231
92(4312)A f m g
K m m m l θ=?=
=?---
(28)
1140
0A f K x
=?=
=? (29)
1150
10A f K θ=?=
=? (30)
1160
2
0A f K θ=?=
=? (31)
1231
170
1231
3(24)
2(4312)A m m m f K x
m m m l =---?=
=
?---
(32)
带入（21）式，得到线性化之后的公式
112113217K K K x θθθ=++
(33)
将（24）式在平衡位置进行泰勒级数展开，并线性化，令
2210
0A f K x
=?=
=? (34)
1232
220
1
221232
2(2())
16
4(3())9
A g m m m f K m l m m m l θ=++?=
=
?-++ (35)
12322302
2212324(3())163(4(3()))
9
A g m m m f
K m l m m m l θ=++?==-?-++
(36)
2240
0A f K x
=?=
=? (37)
2250
10A f K θ=?=
=? (38)
2260
2
0A f K θ=?=
=? (39)
12312322702212324
2(2())(3()
3164(3())9
A m m m m m m f K x m l m m m l =++-++?==?-++
(40)
带入（22）式，得到
222123227K K K x θθθ=++ (41)
即：
112113217K K K x θθθ=++ (42)
222123227K K K x θθθ=++
(43)
现在得到了两个线性微分方程，由于我们采用加速度作为输入，
因此还需加上一个方程
u x
= (44) 取状态变量如下：
12
132
4
51
62
x x x x x x x x θ
θθθ=??=??=??
=??=?=?? (45)
由（33），（41），（42）式得到状态空间方程如下：
1122334451213517622
23
627000100000001000000010000000100000000x x x x x x u x x x K K x K x K K x K ????????
????????????????
????????
=+???
?????????????????????
????????
????????????????
(46)
其中直线两级倒立摆系统参数为：
M 小车质量 2.32kg 1m 摆杆1质量 0.04kg 2m
摆杆2质量 0.132kg 3m
质量块质量 0.208kg
1θ 摆杆1与垂直向上方向的夹角 2θ
摆杆2与垂直向上方向的夹角 1l 摆杆1到转动中心质心的距离 0.09m 2l
摆杆1到转动中心质心的距离 0.27m F
作用在系统上的外力
由以上方程，将以下参数代入
1
2312 1.320.040.1320.2089.80.090.27
M m m m g l l =??=??=?
=??=?
=??
=? (47)
求出各个K 值：
12221323172777.0642-38.5321-21.192737.81865.7012
-0.0728
K K K K K K ====== (48)
得到状态矩阵为： A =
0 0 0 1.0000 0 0 0 0 0 0 1.0000 0 0 0 0 0 0 1.0000 0 0 0 0 0 0 0 86.6907 -21.6172 0 0 0 0 -40.3112 39.4500 0 0 0 B = 0 0 0 1.0000 6.6402 -0.0877 C =
1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 0 1
D=[0 0 0 0 0 0]'
2）根据建模结果仔细计算并寻找合适的理论控制器参数。
设R=1，Q=diag([200 300 300 0 0 0])，利用matlab提供的lqr函数，可求得：
K =
14.1421 103.1881 -174.1691 15.2682 3.0199 -28.2451
3）进入matlab command窗口，键入仿真文件，进行仿真实验利用固高公司提供的Simulink方框图，输入控制参数k，进行实物仿真，并通过调整Q的值来调整k的值，以达到控制系统的设计要求。
通过调节参数请仔细观察思考控制器参数对系统瞬态响应和稳态响应的影响。找到几组合适的控制器参数作为实际控制的参数。
4）倒立摆系统实物调试具体步骤如下：
将小车推到导轨的中央，并且使摆杆处于自由下垂的静止状态，给小车的驱动器的电源接通电源，进入MATLAB的SIUMLINK中，调出实物仿真文件，填入设计的控制器参数(0,pi,pi)，编译，连接实物，双手将倒立摆竖直的缓慢的立起，倒立摆进入到与竖直方向夹角小于10度的范围内，控制器启动，观察控制器的控制效果。成功后，从新设计控制器，并使参考位置为设为(0,0,pi)，重复(0,pi,pi)试验过程。
5）将保存的实验数据画出图形，分析实际控制效果与仿真曲线的区别。
4.实验数据和曲线
实验一中，实验数据为：
Q=diag([200 300 300 0 0 0])
K =
14.1421 103.1881 -174.1691 15.2682 3.0199 -28.2451 实验仿真曲线为：
图2 参考位置为设为（0，pi，pi）仿真图
实验实物曲线为：
图3 参考位置为设为（0，pi，pi）实验曲线
实验二数据为：
k =
-14.1421 -55.3918 121.8639 -13.4838 -5.8227 20.6980 Q=diag([200 300 100 0 0 0])
实验二数据为：
Q=diag([200 300 300 0 0 0])
K =
-14.1421 -56.2117 124.5101 -13.6940 -5.8802 21.0735 实验仿真曲线为：
图4 参考位置为设为（0，0，pi）仿真图实物仿真曲线为：
图5 参考位置为设为（0，0，pi）实验曲线
5.实验结果分析
从仿真和实验曲线来看两个实验都达到了预期目标。两实验的仿真曲线都约在2.5S左右达到平衡位置，而实际结果来看，第一个实验在12S左右才达到平衡，第二个实验相对较好，摆杆在5S 左右达到平衡，但是小车位置确一直在滑动。设备实际运行结果没有仿真结果好，这说明模型与实际系统是存在差别的。
6.实验收获和新实验内容设想
相比其他实验而言，这个实验有很多特别的地方：首先，本实验有一定的危险性，在手动立起来时小车带着二阶倒立摆快速的移动，容易伤人；因此实验时需要特别小心，同时也要注意队员之间的默契配合；其次，本实验为二阶摆，摆杆不能自己立起来，需要手动扶起来，在摆杆快到目标角度时，手需要特别的轻并且要稳，否则小车速度过高系统停止工作，导致实验失败。
通过本实验，从新复习了Matlab/Simulink环境下的控制系统设计，了解了控制系统设计的过程，加深了线性系统理论知识的理解，体会了现代控制的魅力。
电子电路设计数字部分实验报告 学院： 姓名：
实验一简单组合逻辑设计 实验内容 描述一个可综合的数据比较器，比较数据a 、b的大小，若相同，则给出结果1，否则给出结果0。 实验仿真结果 实验代码 主程序 module compare(equal,a,b); input[7:0] a,b; output equal; assign equal=(a>b)1:0; endmodule 测试程序
module t; reg[7:0] a,b; reg clock,k; wire equal; initial begin a=0; b=0; clock=0; k=0; end always #50 clock = ~clock; always @ (posedge clock) begin a[0]={$random}%2; a[1]={$random}%2; a[2]={$random}%2; a[3]={$random}%2; a[4]={$random}%2; a[5]={$random}%2; a[6]={$random}%2; a[7]={$random}%2; b[0]={$random}%2; b[1]={$random}%2; b[2]={$random}%2; b[3]={$random}%2; b[4]={$random}%2;
b[5]={$random}%2; b[6]={$random}%2; b[7]={$random}%2; end initial begin #100000 $stop;end compare m(.equal(equal),.a(a),.b(b)); endmodule 实验二简单分频时序逻辑电路的设计 实验内容 用always块和@(posedge clk)或@(negedge clk)的结构表述一个1/2分频器的可综合模型，观察时序仿真结果。 实验仿真结果
电力电子电路分析与仿真 实验报告 学院：哈尔滨理工大学荣成学院 专业： 班级： 姓名： 学号： 年月日
实验1降压变换器 一、实验目的： 设计一个降压变换器，输入电压为220V，输出电压为50V，纹波电压为输出电压的0.2%，负载电阻为20欧，工作频率分别为220kHz。 二、实验内容： 1、设计参数。 2、建立仿真模型。 3、仿真结果与分析。 三、实验用设备仪器及材料： MATLAB仿真软件 四、实验原理图： 五、实验方法及步骤： 1．建立一个仿真模型的新文件。在MATLAB的菜单栏上点击File，选择New，再在弹出菜单中选择Model，这时出现一个空白的仿真平台，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。 2．提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击Simulink调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。
3．仿真模型如图所示。 六、参数设置 七、仿真结果分析
实验2升压变换器 一、实验目的： 将一个输入电压在3~6V的不稳定电源升压到稳定的15V，纹波电压低于0.2%，负载电阻10欧，开关管选择MOSFET，开关频率为40kHz,要求电感电流连续。 二、实验内容： 1、设计参数。 2、建立仿真模型。 3、仿真结果与分析。 三、实验用设备仪器及材料： MATLAB仿真软件 五、实验原理图： 五、实验方法及步骤： 1．建立一个仿真模型的新文件。在MATLAB的菜单栏上点击File，选择New，再在弹出菜单中选择Model，这时出现一个空白的仿真平台，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。 2．提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击Simulink调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。
北京航空航天大学物理研究性实验报告 分光仪的调整及其应用 第一作者：所在院系：就读专业：第二作者：所在院系：就读专业：
目录 目录 一.报告简介 (1) 二.实验原理 (1) 实验一.分光仪的调整 (1) 实验二.三棱镜顶角的测量 (3) 实验三.最小偏向角法测棱镜折射率 (1) 二．实验仪器 (1) 三.实验主要步骤 (2) 实验1.分光仪的调整 (2) 1.调整方法 (2) 2.要求 (4) 实验2.三棱镜顶角的测量 (4) 1.调整要求 (4) 2.实验操作 (5) 实验3.棱镜折射率的测定（最小偏向角法） (6) 四.实验数据记录 (6) 五.数据处理 (7) 实验2.反射法测三棱镜顶角 (7) 实验3.最小偏向角法测棱镜折射率 (7) 六.误差分析 (8) 七.分析总结 (8) 八.实验改进 (9) 九.实验感想 (10) 十.参考文献及图片附件： (11)
一.报告简介 本报告以分光仪的调整、三棱镜顶角和其折射率的测量为主要内容，先介绍了实验的基本原理与过程，而后进行了数据处理与不确定度计算。并以实验数据对误差的来源进行了分析。同时还给出了调节分光仪的经验总结与方法，并对现有实验仪器和试验方法提出了改进的意见。 二.实验原理 实验一.分光仪的调整 分光仪的结构因型号不同各有差别，但基本原理是相同的，一般都由底座、刻度读数盘、自准直望远镜、平行光管、载物平台5部分组成。 1-狭缝套筒；2-狭缝套筒紧固螺钉；3-平行光管；4-制动架；5-载物台；6-载物台调平螺钉；7-载物台锁紧螺钉；8-望远镜；9-望远镜锁紧螺钉；10-阿贝式自准直目镜；11-目镜；12-仰角螺钉；13-望远镜光轴水平螺钉；14-支臂；15-望远镜转角微调螺钉；16-读数刻度盘止动螺钉；17-制动架；18-望远镜止动螺钉；19底座；20-转座；21-
倒立摆控制系统控制器设计实验报告
成员：陈乾睿 2220150423 郑文 2220150493 学院：自动化 倒立摆控制系统控制器设计实验 一、实验目的和要求 1、目的 （1）通过本设计实验，加强对经典控制方法（LQR控制器、PID控制器）和智能控制方法（神经网络、模糊控制、遗传算法等）在实际控制系统中的应用研究。（2）提高学生有关控制系统控制器的程序设计、仿真和实际运行能力. （3）熟悉MATLAB语言以及在控制系统设计中的应用。 2、要求 （1）完成倒立摆控制系统的开环系统仿真、控制器的设计与仿真以及实际运行结果 （2）认真理解设计内容，独立完成实验报告，实验报告要求：设计题目，设计的具体内容及实验运行结果，实验结果分析、个人收获和不足，参考资料。程序
清单文件。 二、实验内容 倒立摆控制系统是一个典型的非线性系统，其执行机构具有很多非线性，包括：死区、电机和带轮的传动非线性等。 本设计实验的主要内容是设计一个稳定的控制系统，其核心是设计控制器，并在MATLAB/SIMULINK环境下进行仿真实验，并在倒立摆控制实验平台上实际验证。 算法要求：使用LQR以外的其它控制算法。 三、倒立摆系统介绍 倒立摆是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域、多种技术的有机结合，其被控系统本身又是一个绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统，可以作为一个典型的控制对象对其进行研究。倒立摆系统作为控制理论研究中的一种比较理想的实验手段，为自动控制理论的教学、实验和科研构建一个良好的实验平台，以用来检验某种控制理论或方法的典型方案，促进了控制系统新理论、新思想的发展。由于控制理论的广泛应用，由此系统研究产生的方法和技术将在半导体及精密仪器加工、机器人控制技术、人工智能、导弹拦截控制系统、航空对接控制技术、火箭发射中的垂直度控制、卫星飞行中的姿态控制和一般工业应用等方面具有广阔的应用开发前景。 倒立摆的形式和结构各异，但所有的倒立摆都具有以下的特性：非线性，不确定性，耦合性，开环不稳定性，约束限制。 经过相关论文和文献的查询，我们决定采用模糊控制的方法进行倒立摆的控制。
北航电子电路设计训练模拟部分实验报告
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
电子电路设计训练模拟部分实验 实验报告
实验一：共射放大器分析与设计 1.目的： （1）进一步了解Multisim的各项功能，熟练掌握其使用方法，为后续课程打好基础。 （2）通过使用Multisim来仿真电路，测试如图1所示的单管共射放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，并观察 静态工作点的变化对输出波形的影响。 （3）加深对放大电路工作原理的理解和参数变化对输出波形的影响。 （4）观察失真现象，了解其产生的原因。 图 1 实验一电路图 2.步骤： （1）请对该电路进行直流工作点分析,进而判断管子的工作状态。 （2）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻。 （3）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输出电阻。 （4）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线。 （5）请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。 （6）请分别在30Hz、1KHz、100KHz、4MHz和100MHz这5个频点利用示波器测出输入和输出的关系，并仔细观察放大倍数和相位差。 （提示：在上述实验步骤中，建议使用普通的2N2222A三极管，并请注 意信号源幅度和频率的选取，否则将得不到正确的结果。） 3.实验结果及分析： （1）根据直流工作点分析的结果，说明该电路的工作状态。 由simulate->analyses->DC operating point,可测得该电路的静态工作点为：
单管共射极分压式放大电路仿真实验报告 班级__________姓名___________学号_________ 一、实验目的：1.学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。 2.掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的 测量法。 3.熟悉简单放大电路的计算及电路调试。 4.能够设计较为简单的对温度稳定的具有一定放大倍数的放大电路。 二、实验要求：输入信号Ai=5 mv, 频率f=20KHz, 输出电阻R0=3kΩ, 放大倍数Au=60，直 流电源V cc=6v,负载R L=20 kΩ，Ri≥5k，Ro≤3k，电容C1=C2=C3=10uf。三、实验原理： （一）双极型三极管放大电路的三种基本组态。 1.单管共射极放大电路。 （1）基本电路组成。如下图所示： （2）静态分析。I BQ=（V cc-U BEQ）/R B （V CC为图中RC（1）） I=βI BQ
U CEQ=V CC-I CQ R C （3）动态分析。A U=-β（R C管共集电极放大电路（射极跟随器）。 （1）基本电路组成。如下图所示： （2）静态分析。I BQ=（V cc-U BEQ）/（R b +（1+β）R e）（V CC为图中Q1（C）） I CQ=βI BQ U CEQ=V CC-I EQ R e≈V CC-I CQ R e （3）动态分析。A U=（1+β）（R e管共基极放大电路。 （1）基本电路组成。如下图所示：
（2）静态分析。I EQ=（U BQ-U BEQ）/R e≈I CQ （V CC为图中RB2（2）） I BQ=I EQ/（1+β） U CEQ=V CC-I CQ R C-I EQ R e≈V CC-I QC（R C+R e） （3）动态分析。AU=β（R C极管将输入信号放大。 2.两电阻给三极管基极提供一个不受温度影响的偏置电流。 3.采用单管分压式共射极电流负反馈式工作点稳定电路。 四、实验步骤： 1.选用2N1711型三极管，测出其β值。 （1）接好如图所示测定电路。为使ib达到毫安级，设定滑动变阻器Rv1的最大阻值是 1000kΩ，又R1=3 kΩ。
第0页 本人声明 我声明，本论文为本人独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 3903·2415 高等工程学院 李柏
第1页 晶体的电光效应的深入剖析 第一作者：李柏（自主独立完成） 摘要 本文基于作者在认真做过实验并对内容的深刻理解，旨在对该实验从原理到操作流程以及实验数据处理进行更加深入的剖析。 在正文的第一部分，本文从一名大二本科生的角度对实验原理进行了系统地重新表述，查阅资料并补充了部分《大学物理·光学》的必要知识（例如1/4玻片、单轴晶体的定义）力求让下一届的学生们能彻底理解原理部分，部分素材也可适当补充进新版的《物理实验》课本中。 在第二部分，本文细致地描述了实验操作的各个流程，从等高共轴的调节方法开始，给出了有理有据的调节方法，可以作为今后教师指导学生的基本判据。 在第三部分，本文重新安排了数据处理，采用了更加翔实的原始数据，但必须指出本文的缺陷：依然未能定量地得出产生误差的原因。 在第四部分，包含作者对试验中一些现象的理论层面的深入剖析，以及实验感想、建议等等。 最后的最后，是完成本文参阅资料的声明。 关键词：晶体电光效应电光调制大学物理实验论文测量半波电压
第2页 第一章：实验原理的重新表述 1.1电光效应与一次电光效应 晶体在外电场作用下折射率会产生变化，这种现象称为电光效应。这种效应由于n 随电场变化而变化时间极短，甚至能跟得上1010Hz的电场变化频率，故可制成响应迅速的各种光电设备（例如斩波器、激光测距仪）。仅仅在同一教室内的光纤陀螺寻北的陀螺仪中就有电光效应制成的元件，可见电光效应的广泛应用。 电场引起折射率变化可表示为n - n0 = aE0 + bE02+…… 由一次项aE0 引起的变化称为一次电光效应，也称泡耳克斯效应。一次效应又区分纵横方向，以加载电场的取向决定。本实验研究铌酸锂晶体的一次纵向电光效应。 光在晶体中传播时，在不平行于光轴方向上，由于e光和o光传播速度不同，而出现两个不同折射率的光的像，这种现象叫做双折射现象（图1-1）。只有一个光轴的晶体就叫单轴晶体，铌酸锂原本是单轴晶体，但晶体外加电场后，将变成双轴晶体，导致与双折射类似的结果，出射光可能为椭圆偏振光。 图1-1 双折射原理示意图 1.2电光调制 在无线电通信中，为了传递信息，总是通过表征电磁波特性的正弦波性质受传递信号控制来实现，这种控制过程被称作调制。接收时，逆过程则称为解调。本实验采用强
倒立摆实验报告 机自82 组员：李宗泽 李航 刘凯 付荣
倒立摆与自动控制原理实验 一．实验目的: 1.运用经典控制理论控制直线一级倒立摆,包括实际系统模型的建立、根轨迹分析和控制器设计、频率响应分析、PID 控制分析等内容. 2.运用现代控制理论中的线性最优控制LQR 方法实验控制倒立摆 3.学习运用模糊控制理论控制倒立摆系统 4.学习MATLAB工具软件在控制工程中的应用 5.掌握对实际系统进行建模的方法，熟悉利用MATLAB 对系统模型进行仿真，利用学习的控制理论对系统进行控制器的设计，并对系统进行实际控制实验，对实验结果进行观察和分析，非常直观的感受控制器的控制作用。 二. 实验设备 计算机及等相关软件 固高倒立摆系统的软件 固高一级直线倒立摆系统,包括运动卡和倒立摆实物 倒立摆相关安装工具 三．倒立摆系统介绍 倒立摆是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域、多种
技术的有机结合，其被控系统本身又是一个绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统，可以作为一个典型的控制对象对其进行研究。倒立摆系统作为控制理论研究中的一种比较理想的实验手段，为自动控制理论的教学、实验和科研构建一个良好的实验平台，以用来检验某种控制理论或方法的典型方案，促进了控制系统新理论、新思想的发展。由于控制理论的广泛应用，由此系统研究产生的方法和技术将在半导体及精密仪器加工、机器人控制技术、人工智能、导弹拦截控制系统、航空对接控制技术、火箭发射中的垂直度控制、卫星飞行中的姿态控制和一般工业应用等方面具有广阔的利用开发前景。 倒立摆已经由原来的直线一级倒立摆扩展出很多种类，典型的有直线倒立摆环形倒立摆，平面倒立摆和复合倒立摆等，本次实验采用的是直线一级倒立摆。 倒立摆的形式和结构各异，但所有的倒立摆都具有以下的特性: 1) 非线性2) 不确定性3) 耦合性4) 开环不稳定性5) 约束限制 倒立摆控制器的设计是倒立摆系统的核心内容，因为倒立摆是一个绝对不稳定的系统，为使其保持稳定并且可以承受一定的干扰，需要给系统设计控制器，本小组采用的控制方法有：PID 控制、双PID 控制、LQR控制、模糊PID控制、纯模糊控制 四．直线一级倒立摆的物理模型： 系统建模可以分为两种：机理建模和实验建模。实验建模就是通过在研究对象上加上一系列的研究者事先确定的输入信号，激励
北航基础物理研究性报告讲解
北航基础物理实验研究性报告1051 电位差计及其应用 140221班 2015-12-13 第一作者:邓旭锋14021014 第二作者:吴聪14021011
目录 1.引言 (4) 2.实验原理 (5) 2.1补偿原理 (5) 2.2 UJ25型电位差计 (8) 3.实验仪器 (10) 4.实验步骤 (10) 4.1自组电位差计 (10) 4.2 UJ25型箱式电位差计 (11) 5.实验数据处理 (12) 5.1 实际测量Ex的大小 (13) 5.2 不确定度的计算 (13) 5.3 测量结果最终表述 (14) 5.4 实验误差分析 (14) 6.实验改进与意见 (14) 6.1 实验器材的改进 (8) 6.2 实验方法改进 (10) 6.3 实验内容的改进 (10)
7.实验感想与体会 (21) 【参考文献】 (24) 摘要:将电位差计实验中的补偿法原理应用于电学物理量的测量中，该方法可以用来精确测量电流、电阻、电压等电学量，也可以利用电位差计，获得比较精确的二极管伏安特性曲线可以避免了因电表的内阻而引起的测量误差。利用实验室现有仪器设计了一些切实可行的新实验。 关键字：电位差计；补偿法；UJ23型电位差计；电阻；系统误差。 1.引言 电位差计是电压补偿原理应用的典型范例，它是利用电压补偿原理使电位差计变成一内阻无穷大的电压表，用于精密测量电势差或者电压。同理，利用电流补偿原理也可以制作一内阻为零的电流表，用于电流的精密测量。 电位差计的测量精确度高，且避免了测量的接入误差，但它的操作比较复杂，也不易实现测量的自动化。在数字仪表迅速发展的今天，电压
目录 一、倒立摆系统介绍 (2) 1.1倒立摆系统简介 (2) 1.2 倒立摆组成及其原理 (2) 1.3 倒立摆特性 (3) 二、一级倒立摆 (3) 2.1一级倒立摆建模 (3) 2.2 一级倒立摆控制方法 (11) 2.2.1 单输入—单输出控制方法 (11) 超前滞后控制方法 2.2.2 单输入—多输出控制方法 (22) 双PID控制方法 2.2.3 多输入—多输出控制方法 (30) 极点配置法 二次线性最优控制法 三、二级倒立摆 (36) 3.1二级倒立摆建模 (36) 3.2 二级倒立摆控制方法 (46) 3.2.1 二次线性最优控制法 (46) 3.2.2 基于融合技术的模糊控制法 (48) 四、总结 (60) 五、参考文献 (63)
一、倒立摆系统介绍 1.1倒立摆系统简介 倒立摆是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域、多种技术的有机结合，其被控系统本身又是一个绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统，可以作为一个典型的控制对象对其进行研究。最初研究开始于二十世纪50 年代，麻省理工学院（MIT）的控制论专家根据火箭发射助推器原理设计出一级倒立摆实验设备。近年来，新的控制方法不断出现，人们试图通过倒立摆这样一个典型的控制对象，检验新的控制方法是否有较强的处理多变量、非线性和绝对不稳定系统的能力，从而从中找出最优秀的控制方法。倒立摆系统作为控制理论研究中的一种比较理想的实验手段，为自动控制理论的教学、实验和科研构建一个良好的实验平台，以用来检验某种控制理论或方法的典型方案，促进了控制系统新理论、新思想的发展。由于控制理论的广泛应用，由此系统研究产生的方法和技术将在半导体及精密仪器加工、机器人控制技术、人工智能、导弹拦截控制系统、航空对接控制技术、火箭发射中的垂直度控制、卫星飞行中的姿态控制和一般工业应用等方面具有广阔的利用开发前景。平面倒立摆可以比较真实模拟火箭的飞行控制和步行机器人的稳定控制等方面的研究。 1.2倒立摆组成及其原理 倒立摆的组成包括计算机、运动控制卡、伺服系统、倒立摆本体和光电码盘、反馈测量元件等几大部分，组成一个闭环系统。对于直线型倒立摆，可以根据伺服电机自带的码盘反馈通过换算获得小车的位移，小车的速度信号可以通过差分法得到；各个摆杆的角度由光电码盘测得并直接反馈到控制卡，速度信号可以通过差分方法得到。计算机从运动控制卡中实时读取数据，确定控制策略（电机的输出力矩），并发送给运动控制卡。运动控制卡经过DSP 内部的控制算法实现该控制决策，产生相应的控制量，使电机转动，带动小车运动，保持摆杆平衡。
自动控制原理实验报告 一、实验名称：一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、实验目的 1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系 2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法 3、学习阶跃响应的测试方法 三、实验内容 1、建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T时的响应曲线，测定过渡过程时间T s 2、建立二阶系统电子模型，观测并记录不同阻尼比的响应曲线，并测定超调量及过渡过程时间T s 四、实验原理及实验数据 一阶系统 系统传递函数： 由电路图可得，取则K=1，T分别取：0.25, 0.5, 1 T 0.25 0.50 1.00 R2 0.25MΩ0.5M Ω1MΩ C 1μ1μ1μ T S 实测0.7930 1.5160 3.1050 T S 理论0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1 图1.2 图1.3 误差计算与分析 （1）当T=0.25时，误差==6.12%； （2）当T=0.5时，误差==1.32%； （3）当T=1时，误差==3.58% 误差分析：由于T决定响应参数，而,在实验中R、C的取值上可能存在一定误差，另外，导线的连接上也存在一些误差以及干扰，使实验结果与理论值之间存在一定误差。但是本实验误差在较小范围内，响应曲线也反映了预期要求，所以本实验基本得到了预期结果。 实验结果说明 由本实验结果可看出，一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线，特征有T确定，T越小，过度过程进行得越快，系统的快速性越好。 二阶系统 图1.1 图1.2 图1.3
系统传递函数： 令 二阶系统模拟线路 0.25 0.50 1.00 R4 210.5 C2 111 实测45.8% 16.9% 0.6% 理论44.5% 16.3% 0% T S实测13.9860 5.4895 4.8480 T S理论14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1 图2.2 图2.3 注：T s理论根据matlab命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出，否则误差较大。 误差计算及分析 1）当ξ=0.25时，超调量的相对误差= 调节时间的相对误差= 2）当ξ=0.5时，超调量的相对误差==3.7% 调节时间的相对误差==3.4% 4）当ξ=1时，超调量的绝对误差= 调节时间的相对误差==3.46% 误差分析：由于本试验中，用的参量比较多，有R1,R2,R3,R4;C1,C2;在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差，误差再累加，导致最终结果出现了比较大的误差，另外，此实验用的导线要多一点，干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。但是在观察响应曲线方面，这些误差并不影响，这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点，通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系，不影响预期的效果。 实验结果说明 由本实验可以看出，当ωn一定时，超调量随着ξ的增加而减小，直到ξ达到某个值时没有了超调；而调节时间随ξ的增大，先减小，直到ξ达到某个值后又增大了。 经理论计算可知，当ξ=0.707时，调节时间最短，而此时的超调量也小于5%，此时的ξ为最佳阻尼比。此实验的ξ分布在0.707两侧，体现了超调量和调节时间随ξ的变化而变化的过程，达到了预期的效果。 图2.2 图2.1 图2.3
本科实验报告实验名称：电路仿真
实验1 叠加定理的验证 1.原理图编辑: 分别调出接地符、电阻R1、R2、R3、R4，直流电压源、直流电流源，电流表电压表（Group:Indicators, Family:VOLTMETER 或AMMETER）注意电流表和电压表的参考方向），并按上图连接； 2. 设置电路参数： 电阻R1=R2=R3=R4=1Ω，直流电压源V1为12V，直流电流源I1为10A。 3．实验步骤： 1）、点击运行按钮记录电压表电流表的值U1和I1； 2）、点击停止按钮记录，将直流电压源的电压值设置为0V，再次点击运行按钮记录电压表电流表的值U2和I2； 3）、点击停止按钮记录，将直流电压源的电压值设置为12V，
将直流电流源的电流值设置为0A，再次点击运行按钮记录电压表电流表的值U3和I3； 4.根据叠加电路分析原理,每一元件的电流或电压可以看成是每一个独立源单独作用于电路时，在该元件上产生的电流或电压的代数和。 所以，正常情况下应有U1=U2+U3,I1=I2+I3; 经实验仿真： 当电压源和电流源共同作用时，U1=-1.6V I1=6.8A. 当电压源短路即设为0V,电流源作用时，U2=-4V I2=2A 当电压源作用，电流源断路即设为0A时，U3=2.4V I3=4.8A
所以有U1=U2+U3=-4+2.4=-1.6V I1=I2+I3=2+4.8=6.8A 验证了原理 实验2 并联谐振电路仿真 2.原理图编辑: 分别调出接地符、电阻R1、R2，电容C1，电感L1，信号源V1，按上图连接并修改按照例如修改电路的网络标号； 3.设置电路参数： 电阻R1=10Ω，电阻R2=2KΩ，电感L1=2.5mH,电容C1=40uF。信号源V1设置为AC=5v，Voff=0，Freqence=500Hz。 4.分析参数设置： AC分析：频率范围1HZ—100MHZ，纵坐标为10倍频程，扫描
FPGA电气技术实践 实验报告 院（系）名称宇航学院 专业名称飞行器设计与工程（航天）学生学号XXXXXXXX 学生姓名XXXXXX 指导教师XXXX 2017年11月XX日
实验一四位二进制加法计数器与一位半加器的设计实验时间：2017.11.08（周三）晚实验编号20 一、实验目的 1、熟悉QuartusII的VHDL的文本编程及图形编程流程全过程。 2、掌握简单逻辑电路的设计方法与功能仿真技巧。 3、学习并掌握VHDL语言、语法规则。 4、参照指导书实例实现四位二进制加法计数器及一位半加器的设计。 二、实验原理 .略 三、实验设备 1可编程逻辑实验箱EP3C55F484C8 一台（包含若干LED指示灯，拨码开关等）2计算机及开发软件QuartusII 一台套 四、调试步骤 1四位二进制加法计数器 (1)参照指导书实例1进行工程建立与命名。 (2)VHDL源文件编辑 由于实验箱上LED指示灯的显示性质为“高电平灭，低电平亮”，为实现预期显示效果应将原参考程序改写为减法器，且”q1<= q1+1”对应改为”q1<= q1-1”，以实现每输入一个脉冲“亮为1，灭为0”。 由于参考程序中的rst清零输入作用并未实现，所以应将程序主体部分的最外部嵌套关于rst输入是否为1的判断，且当rst为1时，给四位指示灯置数”1111”实现全灭，当rst为0时，运行原计数部分。 (3)参照指导书进行波形仿真与管脚绑定等操作，链接实验箱并生成下载文件 (4)将文件下载至实验箱运行，观察计数器工作现象，调试拨动开关查看是否清零。 可以通过改变与PIN_P20（工程中绑定为clk输入的I/O接口）相连导线的另一端所选择的实验箱频率时钟的输出口位置，改变LED灯显示变化频率。 并且对照指导书上对实验箱自带时钟频率的介绍，可以通过改变导线接口转换输入快慢，排查由于clk输入管脚损坏而可能引起的故障。
大连理工大学实验报告 学院（系）：材料科学与工程学院专业：材料类班级：材料1105 姓名：谢夏芬学号：201165021 实验时间：第7周星期二第5/6节实验室：综合楼116 实验台：008 指导教师签字：成绩： 实验名称: PSpice电路仿真实验报告 一、实验目的和要求 1.通过实验了解并掌握PSpice软件的运用方法，以及电路仿真的基本方法。 2.学会用电路仿真的方法分析各种电路。 3.通过电路仿真的方法验证所学的各种电路基础定律，并了解各种电路的特性。 二、实验原理和内容 PSpice是主要用于集成电路的分析程序，PSpice起初用在大规模电子计算机上进行仿真分析，后来推出了能在PC上运行的PSpice软件。PSpice5.0以上版本是基于windows操作环境。PSpice软件的主要用途是用于仿真设计：在实际制作电路之前，先进行计算机模拟，可根据模拟运行结果修改和优化电路设计，测试各种性能，不必涉及实际元器件及测试设备。 三、预习要求及思考题 对于简单的电阻电路，用PSpice软件进行电路的仿真分析时，先要在capture环境（即Schematics 程序）下画出电路图，然后调用分析模块、选择分析模型，就可以“自动“进行电路分析了。PSpice 软件是采用节点电压法求电压的，因此，在绘制电路图时，一定要有零点（即接地点）。同时，要用电路基础理论中的方法列电路方程，求解电路中各个电压和电流。与仿真结果进行对比分析。 四、主要仪器设备 五、实验步骤与操作方法： 题1：试分析下图电路中电阻中的电流和电压。
1、建立电路：启Capture CIS Lite Edition，点击Create document(将Browse设定为F盘，并新建文 件夹dianxueshiyan)新建工程xiexiafen,点击OK，选择Create a blank pro。由于已添加元件 常用库，就不再说明添加过程。在相应的库中分别选取电压源VDC，电阻R以及IDC,添 加元器件。点击Place ground选取GND/CAPSYM以放置节点（每个电路必须有一个零节 点）。移动元器件到适当位置，点击Place/Wire将电路连接起来；双击元器件或相应参数 修改名称和值； 2、仿真：点击PSpice/New Simulation Profile,输入名称：在弹出的窗口中选中Bias Point，确定。 点击运行程序。 3、实验得分析：IR=2A, UR=1V 题 2：用叠加定理求图中的电流I1和I2.
旋光色散 【实验目的】：观察旋光色散现象。 【实验仪器】：旋光色散演示仪。 【实验原理】： 图1 旋光色散原理图 旋光色散是研究光学活性材料的偏振角随波长变化的一种色散效应。当偏振光通过某些物质(如石英、氯酸钠等晶体或食糖水溶液、松节油等)，光矢量的振动面将以传播方向为轴发生转动，这一现象称为旋光现象。 本实验利用糖溶液的旋光性演示旋光现象及影响旋光效应的因素。糖溶液放在两个偏振片中间，一个偏振片用于起偏，另一个偏振片用于检偏。单色偏振光通过液态旋光物质时，振动面转过的角度即旋光度ΔΦ与旋光物质的性质、偏振光在旋光物质中经过的距离L、溶液浓度C有关，其关系为 ΔΦ=αCL 比例系数α称溶液的旋光率，它是与入射光波长有关的常数。旋光度大致与入射偏振光波长的平方成反比，这种旋光度随波长而变化的现象称为旋光色散。 【实验步骤】：
图2 旋光色散实验装置图 1、配置溶液。大约用300克蔗糖，玻璃管内的溶液大约占整个容器的2/3左右为妥，将溶液摇匀。 2、打开仪器灯箱光源，连续缓慢转动前端偏振片，可观察到玻璃管下半部有糖溶液的地方透过来的光的颜色赤橙黄绿青兰紫依次变化；管的上部没有糖溶液的地方仅有明暗的变化。 3、在光源和装有糖溶液的玻璃管之间加上滤色片，旋转偏振片，观察玻璃管上下半部的变化情况。 4、换用另一种颜色的滤色片，重复3的操作。 5、实验结束，关闭电源。 【实验应用】： 1、半定量地测量不同波长的光对偏振面旋转角度的影响。 在光源和装有糖溶液的玻璃管之间加上滤色片，旋转检偏器，记录下从玻璃管上方看视场最暗时检偏器的角度；再旋转检偏器，再记下从玻璃管下方看视场最暗时检偏器的角度；上述两个测量角位置之差就是糖溶液的旋光角度。 2、旋光法可用于各种光学活性物质的定量测定或纯度检验。 将样品在指定的溶剂中配成一定浓度的溶液，由测得的旋光度算出比旋光度，与标准比较，或以不同浓度溶液制出标准曲线，求出含量。在旋光计的基础上还发展了一种糖量计，专门用于测量蔗糖含量。用白光为光源，以石英楔抵消蔗糖溶液对不同波长光的色散，并将石英楔校正，标以蔗糖的百分含量，即可直接测出浓度，简便迅速，常用于制糖工业。
*欧阳光明*创编 2021.03.07
I 摆杆惯量0.0034 kg*m*m g 重力加速度9.8 kg.m/s （2）直线一级倒立摆根轨迹校正控制原理 基于根轨迹法校正的基本思想是：假设系统的动态性能指标可由靠近虚轴的一对共轭闭环主导极点来表征，因此，可把对系统提出的时域性能指标的要求转化为一对期望闭环主导极点。确定这对闭环主导极点的位置后，首先根据绘制根轨迹的相角条件判断一下它们是否位于校正前系统的根轨迹上。如果这对闭环主导极点正好落在校正前系统的根轨迹上，则无需校正，只需调整系统的根轨迹增益即可；否则，可在系统中串联一个超前校正装置。 常见的校正器有超前校正、滞后校正以及超前滞后校正等。 2. 实验方法 （1）直线倒立摆建模、仿真与分析 利用牛顿-欧拉方法建立直线一级倒立摆系统的数学模型；依照根轨迹设计的步骤得到系统的控制器，利用MA TLAB Simulink中的工具进行仿真分析。 （3）直线一级倒立摆根轨迹校正控制 利用MATLAB Simulink来实现根轨迹校正控制参数设定和仿真，并利用该参数来设定只限一级倒立摆的根轨迹校正控制器值，分析和仿真倒立摆的运行情况。 3. 实验装置 直线单级倒立摆控制系统硬件结构框图如图1所示，包括计算机、I/O设备、伺服系统、倒立摆本体和光电码盘反馈测量元件等几大部分，组成了一个闭环系统。 图1 一级倒立摆实验硬件结构图 对于倒立摆本体而言，可以根据光电码盘的反馈通过换算获得小车的位移，小车的速度信号可以通过差分法得到。摆杆的角度由光电码盘检测并直接反馈到I/O设备，速度信号可以通过差分法得到。计算机从I/O设备中实时读取数据，确定控制策略（实际上是电
光电子技术实验报告
实验五光电池特性实验 一．实验目的： 1．学习掌握硅光电池的工作原理。 2．学习掌握硅光电池的基本特性。 3．掌握硅光电池基本特性测试方法。 二．实验原理： 光电池是一种不需要加偏置电压就能把光能直接转换成电能的ＰＮ结光电器件，按光电池的功用可将其分为两大类：即太阳能光电池和测量光电池，本仪器用的是测量用的硅光电池，其主要功能是作为光电探测，即在不加偏置的情况下将光信号转换成电信号。 图（20）图（21）如图（20）所示为2DR型硅光电池的结构，它是以P型硅为衬底（即在本征型硅材料中掺入三价元素硼或镓等），然后在衬底上扩散磷而形成N型层并将其作为受光面。如图（21）所示当光作用于PN结时，耗尽区内的光生电子与空穴在内建电场力的作用下分别向N区和P区运动，在闭合电路中将产生输出电流IL,且负载电阻RL上产生电压降为U。显然，PN结获得的偏置电压U与光电池输出电流IL与负载电阻RL有关，即U=IL?RL，当以输出电流的IL为电流和电压的正方向时，可以得到如图（22）所示的伏安特性曲线。
图（22）图（23）光电池在不同的光强照射下可以产生不同的光电流和光生电动势，硅光电池的光照特性曲线如图（23）所示，短路电流在很大范围内与光强成线性关系，开路电压随光强变化是非线性的，并且当照度在2000lx时就趋于饱和，因此，把光电池作为测量元件时，应把它当作电流源来使用，不宜用作电压源。 硒光电池和硅光电池的光谱特性曲线如图（25）所示，不同的光电池其光谱峰值的位置不同，硅光电池的在800nm附近，硒光电池的在540nm附近，硅光电池的光谱范围很广，在450～1100nm之间，硒光电池的光谱范围为340～750nm。 图（24）图（25）光电池的温度特性主要描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况，由于它关系到应用光电池设备的温度漂移，影响到测量精度或控制精度等主要指标，光电池的温度特性如图（24）所示。开路电压随温度升高而下降的速度较快，而短路电流随温度升高而缓慢增加，因此，当使用光电池作为测量元件时，在系统设计中应考虑到温度的漂移，并采取相应的措施进行补偿。 三．实验所需部件： 两种光电池、各类光源、实验选配单元、数字电压表(4 1/2位)自备、微安表（毫安表）、激光器、照度计（用户选配）。
数字逻辑与CPU 仿真实验报告 姓名： 班级： 学号：
仿真实验 摘要：Multisim是Interactive Image Technologies公司推出的以Windows为基础的仿真工具，具有丰富的仿真分析能力。本次仿真实验便是基于Multisim软件平台对数字逻辑电路的深入研究，包括了对组合逻辑电路、时序逻辑电路中各集成元件的功能仿真与验证、对各电路的功能分析以及自行设计等等。 一、组合逻辑电路的分析与设计 1、实验目的 （1）掌握用逻辑转换器进行逻辑电路分析与设计的方法。 （2）熟悉数字逻辑功能的显示方法以及单刀双掷开关的应用。 （3）熟悉字信号发生器、逻辑分析仪的使用方法。 2、实验内容和步骤 （1）采用逻辑分析仪进行四舍五入电路的设计 ①运行Multisim，新建一个电路文件，保存为四舍五入电路设计。 ②在仪表工具栏中跳出逻辑变换器XLC1。 图1-1 逻辑变换器以及其面板 ③双击图标XLC1，其出现面板如图1-1所示 ④依次点击输入变量，并分别列出实现四舍五入功能所对应的输出状态（点击输出依 次得到0、1、x状态）。 ⑤点击右侧不同的按钮，得到输出变量与输入变量之间的函数关系式、简化的表达式、 电路图及非门实现的逻辑电路。 ⑥记录不同的转换结果。
（2）分析图1-2所示代码转换电路的逻辑功能 ①运行Multisim，新建一个电路文件，保存为代码转换电路。 ②从元器件库中选取所需元器件，放置在电路工作区。 ?从TTL工具栏选取74LS83D放置在电路图编辑窗口中。 ?从Source库取电源Vcc和数字地。 ?从Indictors库选取字符显示器。 ?从Basic库Switch按钮选取单刀双掷开关SPD1，双击开关，开关的键盘控制设 置改为A。后面同理，分别改为B、C、D。 图1-2 代码转换电路 ③将元件连接成图1-2所示的电路。 ④闭合仿真开关，分别按键盘A、B、C、D改变输入变量状态，将显示器件的结果填 入表1-1中。 ⑤说明该电路的逻辑功能。 表1-1 代码转换电路输入输出对应表
2014-2015-2-G02A3050-1 电子电路设计训练（数字EDA部分） 实验报告 （2015年5月19日） 教学班学号姓名组长签名成绩120311王天然* 120311马璇 120312唐玥 自动化科学与电气工程学院
目录 （ 2015年5月19日）.........................................错误!未定义书签。目录 .........................................................错误!未定义书签。实验一、简单组合逻辑和简单时序逻辑............................错误!未定义书签。 简单的组合逻辑设计..................................错误!未定义书签。 实验目的和内容：..................................错误!未定义书签。 实验源代码：......................................错误!未定义书签。 测试模块源代码：..................................错误!未定义书签。 简单分频时序逻辑电路的设计...........................错误!未定义书签。 实验目的和内容：..................................错误!未定义书签。 实验源代码：......................................错误!未定义书签。 实验测试源代码：..................................错误!未定义书签。 （选作）设计一个字节（8位）比较器....................错误!未定义书签。 实验内容：........................................错误!未定义书签。 实验代码：........................................错误!未定义书签。 实验测试源代码：..................................错误!未定义书签。 实验小结.............................................错误!未定义书签。实验二、条件语句和always过程块...............................错误!未定义书签。 实验任务1——利用条件语句实现计数分频时序电路.......错误!未定义书签。 实验要求.........................................错误!未定义书签。 模块的核心逻辑设计...............................错误!未定义书签。 测试程序的核心逻辑设计...........................错误!未定义书签。 仿真实验关键结果及其解释.........................错误!未定义书签。 实验任务2——用always块实现较复杂的组合逻辑电路....错误!未定义书签。
基于multisim的晶闸管交流电路仿真实验报告
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自动化（院、系）自动化专业112 班组电力电子技术课 学号21 姓名易伟雄实验日期2013.11.24 教师评定 实验一、基于Multisim的晶闸管交流电路仿真实验 一、实验目的 (1)加深理解单相桥式半控整流电路的工作原理。 (2)了解晶闸管的导通条件和脉冲信号的参数设置。 二、实验内容 2.1理论分析 在单相桥式半控整流阻感负载电路中，假设负载中电感很大，且电路已工作于稳态。在u2正半周，触发角α处给晶闸管VT1加触发脉冲，u2经VT1和VD4向负载供电。u2过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通。但因a点电位低于b点电位，使得电流从VD4转移至VD2，VD4关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD2续流。此阶段，忽略器件的通态压降，则ud=0，不会像全控桥电路那样出现ud为负的情况。 在u2负半周触发角α时刻触发VT3，VT3导通，则向VT1加反压使之关断，u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零。此后重复以上过程。 2.2仿真设计
（院、系）专业班组课学号姓名实验日期教师评定 触发脉冲的参数设计如下图
（院、系）专业班组课学号姓名实验日期教师评定 2.3仿真结果 当开关S1打开时，仿真结果如下图
（院、系）专业班组课学号姓名实验日期教师评定 三、实验小结与改进 此次实验在进行得过程中遇到了很多的问题，例如：触发脉冲参数的设置，元器件的选择等其中。还有一个问题一直困扰着我，那就是为什么仿真老是报错。后来，通过不断在实验中的调试发现，这是因为一些元器件的参数设置过小，导致调试出错。总的来说，这次实验发现了很多问题，但在反复的调试下，最后我还是完成了实验。同时，也让我认识到实践比理论更难掌握。通过不断的发现问题，然后逐一解决问题，最后得出自己的结论，我想实验的乐趣就在于此吧。 而对于当开关S1打开时的实验结果，这是因为出现了失控现象。我从书中发现：当一个晶闸管持续导通而二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，即半周期ud 为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形 另外，在实验过程中，我们如果进行一些改进：电路在实际应用中可以加设续流二极管，以避免可能发生的失控现象。实际运行中，若无续流二极管，则当α突然增大至180度或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形。有二极管时，续流过程由二极管完成，在续流阶段晶闸管关断，这就避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的想象。同时续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一个管压降，有利于降低损耗。