自动化专业综合实验指导教师：金尚泰
学院：电子信息工程学院
班级：自动化1002
组员：
自动化专业综合实验报告
目录
倒立摆控制系统实验................................. 错误！未定义书签。
一、倒立摆控制系统............................. 错误！未定义书签。
（一）倒立摆控制系统简介.................... 错误！未定义书签。
（二）倒立摆控制系统特性.................... 错误！未定义书签。
（三）倒立摆控制系统实现.................... 错误！未定义书签。
二、实验过程................................... 错误！未定义书签。
（一）直线一级倒立摆PID控制实验............ 错误！未定义书签。
（二）直线一级倒立摆顺摆PID控制实验........ 错误！未定义书签。
三、实验感想................................... 错误！未定义书签。三容水箱控制系统实验............................... 错误！未定义书签。
一、实验系统介绍............................... 错误！未定义书签。
(一)系统对象................................ 错误！未定义书签。
(二)实验控制平台............................ 错误！未定义书签。
(三)上位机.................................. 错误！未定义书签。
二、实验目的................................... 错误！未定义书签。
三、实验原理................................... 错误！未定义书签。
四、实验步骤................................... 错误！未定义书签。
五、实验数据处理与分析......................... 错误！未定义书签。
（一）PID控制.............................. 错误！未定义书签。
（二）无模型自适应控制（MFAC）.............. 错误！未定义书签。
六、三容水箱仿真............................... 错误！未定义书签。
七、实验感想................................... 错误！未定义书签。
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倒立摆控制系统实验
一、倒立摆控制系统
（一）倒立摆控制系统简介
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。
倒立摆控制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。
（二）倒立摆控制系统特性
1、非线性
倒立摆是一个典型的非线性复杂系统，实际中可以通过线性化得到系统的近似模型，线性化处理后再进行控制。也可以利用非线性控制理论对其进行控制。
2、不确定性
主要是模型误差以及机械传动间隙，各种阻力等，实际控制中一般通过减少各种误差来降低不确定性，如通过施加预紧力减少皮带或齿轮的传动误差，利用滚珠轴承减少摩擦阻力等不确定因素。
3、耦合性
倒立摆的各级摆杆之间，以及和运动模块之间都有很强的耦合关系，在倒立摆的控制中一般都在平衡点附近进行解耦计算，忽略一些次要的耦合量。
4、开环不稳定性
倒立摆的平衡状态只有两个，即在垂直向上的状态和垂直向下的状态，其中垂直向上为绝对不稳定的平衡点，垂直向下为稳定的平衡点。
5、约束限制
由于机构的限制，如运动模块行程限制，电机力矩限制等。为了制造方便和降低成本，倒立摆的结构尺寸和电机功率都尽量要求最小，行程限制对倒立摆的摆起影响尤为突出，容易出现小车的撞边现象。
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（三）倒立摆控制系统实现
1、倒立摆控制系统设计方法
控制器的设计是倒立摆控制系统的核心内容，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，目前典型的控制器设计理论有：PID 控制、根轨迹以及频率响应法、状态空间法、最优控制理论、模糊控制理论、神经网络控制、拟人智能控制、鲁棒控制方法、自适应控制，以及这些控制理论的相互结合组成更加强大的控制算法。
2、系统的相关参数定义如下：
M——小车质量
m——摆杆质量
b——小车摩擦系数
L——摆杆转动轴心到杆质心的长度
I——摆杆惯量
F——加在小车上的力
X——小车位置
φ——摆杆与垂直向上方向的夹角
θ——摆杆与垂直向下方向的夹角（考虑到摆杆初始位置为竖直向下）
二、实验过程
（一）直线一级倒立摆PID控制实验
1、物理模型
倒立摆控制系统是由计算机、运动控制卡、伺服机构、倒立摆立体和光电码盘几大部分组成的闭环系统。在实际的建模过程中，忽略孔子流动阻力以及各种次要的摩擦力，可将倒立摆系统抽象成小车和匀质刚性杆组成的系统，如下图所示：
系统中小车和摆杆的手里分析图。其中N和P为小车与摆杆相互作用力的水平和垂直方向的分量（定义图示方向为食量正方向）。
3
建立倒立摆控制系统实际系统模型：
摆杆角度和小车位移的传递函数：
Ф（ ）
摆杆角度和小车加速度之间的传递函数为
Ф（ ）
摆杆角度和小车所受外界作用力的传递函数：
Ф（ ）
2、simulink 仿真模型建立
3、实验仿真过程及结果
（1）确定参数Kp ：Kp=10
，Ki=0，Kd=0。
M
F N P
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可见系统不仅出现较大震荡现象，且反应时间较长，此时系统性能较差。为加快系统反应时间，增大系统控制量Kp。
确定参数Kp：Kp=40，Ki=0，Kd=0。
此时系统反应时间大幅度减小，但仍旧存在震荡现象，因此加入控制参数Kd以消除震荡现象。
（2）确定参数Kd：Kp=40，Ki=0，Kd=10。
此时系统反应时间较快且不存在震荡现象，但是存在一定稳态误差，故加入Ki减小稳态误差。
（3）确定参数Ki：Kp=40，Ki=20，Kd=10。
5
由此便得到了较为合适的曲线，使系统最终达到了稳定状态。所以，仿真得到的较为理想的PID控制参数为：
Kp=40；
Ki=20；
Kd=10；
4、对比实际实验记录结果
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因实际实验结果受摩擦、外界干扰等较多因素影响，故与理想仿真结果有较大差距，但是控制系统反应曲线趋势具有一致性。
（二）直线一级倒立摆顺摆PID控制实验
1、物理模型
直线一级倒立摆的摆杆在没有外力的作用下，会保持静止下垂的状态，当收到外力作用后，摆杆的运动状态和钟摆类似，如果不存在摩擦力的作用，摆杆将持续摆动，这种震荡将会产生不良后果，我们希望摆杆能很快停止到指定位置。
直线一级顺摆的受力分析如下：
与直线一级倒立摆的物理建模过程类似，可以得到以下实际的物理模型：摆杆角度和小车位移的传递函数：
7
摆杆角度和小车加速度之间的传递函数：
2、simulink仿真模型建立
3、实验仿真过程及结果
（1）、确定参数Kp：Kp=-40，Ki=0，Kd=0。
可见系统是不稳定的，呈等幅振荡，需要加入微分控制。（2）、确定参数Kd ：Kp=-40，Ki=0，Kd=-2。
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系统振荡次数过多，稳定时间较长，因此增加微分参数。
Kp=-40，Ki=0，Kd=-4。
系统可以很快的稳定，但是存在一定的稳态误差，为消除稳态误差，增加积分控制。
（3）确定参数Ki ：Kp=-40，Ki=-100，Kd=-4。
由此便得到了较为合适的曲线，所以，仿真得到的较为理想的PID 控制参数为：
Kp=-40； Ki=-100；
Kd=-4
三、实验感想
大三上学过经典控制理论，这个学期又上了计算机控制还有过程控制，学习的课程内容都紧紧围绕PID控制算法，在本次实验中，将它应用于实际的控制系统中，终于体会到为什么说PID控制是控制的基础。这个实通过调整参数就能使摆杆基本稳定在平衡位置，而且反应时间还很短。
倒立摆是一种典型的快速、多变量、非线性、绝对不稳定、非最小相位系统。是进行控制理论研究的典型实验平台，倒立摆实验是运用古典控制理论，结合现代应用软件MATLAB里的SIMULINK对其进行仿真，最后在实际实验中对摆杆进行快速性，准确性和稳定性控制，达到理想的效果。因此，研究倒立摆具有重要的理论和实践意义。
常规的PID控制，值最早的也只最经典的一种控制方式，由于其算法简单、鲁棒性好、可靠性高，因而至今仍广泛应用于工业过程控制中。它有三个控制环节，分别是比例、积分和微分，实验中使用的控制器的传递函数是
其中、、分别是比例系数、积分系数和微分系数。各个系数功能如下：1. 比例系数Kp增大，闭环系统的灵敏度增加，稳态误差减小，系统振荡增强。比例系数超过某个值时，闭环系统可能变得不稳定。
2. 积分系数Ki增大，可以提高系统的型别，使系统由有差变为无差，积分作用太强会导致闭环系统不稳定。
3. 微分系数Kd增大，预测系统变化趋势的作用增强，会使系统的超调量减小，响应时间变快。
但是上述的各个参数在调节过程中并不是相互独立的，而是会相互影响。PID控制的快速性较差，而且只能对摆角进行控制，无法控制位移。PID控制是单控制量，外部扰动对实验结果的影响会比较大。
在实验过程中，让我们对PID控制有了自己更深的理解，认识了倒立摆这个经典的控制系统，也接触了PID控制方法在实际控制系统中的应用。虽然PID控制算法有些许的不足，但是随着不断的改进，，会逐步减小误差。这只是PID的一小个应用实例，相信它在工程和生活中有着广泛的应用，所以我们应该把理论和实际联系起来将理论知识应用到实践中去，不断探索不断创新。
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三容水箱控制系统实验
一、实验系统介绍
实验系统从三方面进行介绍，分别是系统对象、实验平台和上位机。(一)系统对象
本实验装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。供水系统有两路：一路由三相（380V 恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V 变频调速）、涡轮流量计及手动调节阀组成。
1、被控对象
由不锈钢储水箱、（上、中、下）三个串接有机玻璃水箱、4.5KW 三相电加热模拟锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)、盘管和敷塑不锈钢管道等组成。
（1）水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。上、中、下水箱采用淡蓝色优质有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。上、中水箱尺寸均为：D=25cm，H=20cm；下水箱尺寸为：
D=35cm，H=20cm。水箱结构独特，由三个槽组成，分别为缓冲槽、工作槽和出水槽，进水时水管的水先流入缓冲槽，出水时工作槽的水经过带燕尾槽的隔板流入出水槽，这样经过缓冲和线性化的处理，工作槽的液位较为稳定，便于观察。水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶单回路液位控制系统和双闭环、三闭环液位串级控制系统。储水箱由不锈钢板制成，尺寸为：长×宽×高
=68cm×52 ㎝×43 ㎝，完全能满足上、中、下水箱的实验供水需要。储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，以防杂物进入水泵和管道。b) 模拟锅炉：是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）和冷却层（锅炉夹套），均由不锈钢精制而成，可利用它进行温度实验。做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度，可完成温度的定值控制、串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。
2、检测装置
（1）压力传感器、变送器：三个压力传感器分别用来对上、中、下三个水箱的液位进行检测，其量程为0～5KP，精度为0.5 级。采用工业用的扩散硅压力变送器带不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。采用标准二线制传输方式，工作时需提供24V 直流电源，输出：4～20mADC。
（2）温度传感器：装置中采用了六个Pt100 铂热电阻温度传感器，分别用来检
测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（有3 个测试点）以及上水箱出口的水温。Pt100 测温范围：-200～+420℃。经过调节器的温度变送器，可将温度信号转换成4～
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20mA 直流电流信号。Pt100 传感器精度高，热补偿性较好。
（3）流量传感器、变送器：三个涡轮流量计分别用来对由电动调节阀控制的动力支路、由变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量进行检测。它的优点是测量精度高，反应快。采用标准二线制传输方式，工作时需提供24V直流电源。流量范围：0～1.2m3/h；精度：1.0%；输出：4～20mADC。
3、执行机构
（1）电动调节阀：采用智能直行程电动调节阀，用来对控制回路的流量进行调节。电动调节阀型号为：QSVP-16K。具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点，电源为单相220V，控制信号为4～20mADC 或1～5VDC，输出为4～20mADC 的阀位信号，使用和校正非常方便。
（2）水泵：本装置采用磁力驱动泵，型号为16CQ-8P，流量为30 升/分，扬程为8 米，功率为180W。泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。本装置采用两只磁力驱动泵,一只为三相380V 恒压驱动，另一只为三相变220V
输出驱动。
（3）电磁阀：在本装置中作为电动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。电磁阀型号为：2W-160-25 ；工作压力：最小压力为0Kg/㎝2，最大压力为7Kg/㎝ 2 ；工作温度：－5～80℃；工作电压：24VDC。
（4）三相电加热管：由三根1.5KW 电加热管星形连接而成，用来对锅炉内胆内的水进行加温，每根加热管的电阻值约为50Ω 左右。
(二)实验控制平台
1、电源控制屏
合上总电源空气开关及钥匙开关，此时三只电压表均指示380V 左右，定时器兼报警记录仪数显亮，停止按钮灯亮。此时打开照明开关、变频器开关及24V 开关电源即可提供照明灯，变频器和24V 电。按下启动按钮，停止按钮灯熄，
启动按钮灯亮，此时合上三相电源、单相Ⅰ、单相Ⅱ、单相Ⅲ空气开关即可提供相应电源输出，作为其他设备的供电电源。
2、三相移相SCR 调压装置
采用三相可控硅移相触发装置，输入控制信号为4～20mA 标准电流信号，其移相触发角与输入控制电流成正比。输出交流电压用来控制电加热器的端电压，从而实现锅炉温度的连续控制。
3、传感器采集信号控制面板
传感器包括液位传感器，产生1～5V 标准电压信号；PT100 铂电阻，产生
阻值变化信号；和4～20mA 标准电流信号；
4、智能仪表
智能仪表对不同传感器采集信号进行预处理，变为统一的1～5V 标准电压
信号进行A/D 采样同时显示，通过RS232 等串行口通讯协议与PC 相连，将数
据实时传到上位机。接受由上位机控制算法产生的控制信号，并进行D/A 转换，产生统一的4～20mA 标准电流控制信号，控制电动调节阀和三相移相SCR 调压装置等执行器，完成控制任务。
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(三)上位机
基于C++builder6.0 开发的上位机监控软件包括水箱液位控制和炉温控制
两个部分，准确的的完成了与远程数据采集系统和智能仪表系统的动态交互。以计算机代替模拟调节器进行控制，将数据采集板转换完的A/D 数据，利用计算机控制算法产生控制量，并传输回智能仪表，进行D/A 转换。完成人机交互界面的开发，使用户能够方便的完成现场数据采集和显示、实时和历史数据处理、控制算法选择和相应控制参数配置、动画显示趋势曲线和参数分析辨识等功能。
二、实验目的
1、了解三容水箱液位定值控制系统的结构和组成。
2、掌握三阶系统调节器参数的整定与投运方法。
3、研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。
4、分析不同控制率对本实验系统的作用。
三、实验原理
三容水箱数学模型的测定实验
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三容液位定值控制系统
本系统可以看成是由三个单容对象串连构成。例如以上水箱为例，水流人量为Q ，由调节阀控制，流出量Q。则由负载阀来改变。水位h 的变化反映了流人量Q 和流出量Q 不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。当水的流人量与流出量相等的时候，水位保持不变。当控制阀突然开大，水的流人量阶跃增多，水位开始上升。随着水位的升高，水箱内水的静压力增大，则水的流出量也随之增多，最终会使得流人量和流出量相等，水位就再次稳定下来。
四、实验步骤
1、实验系统上电 }二位机进入监控画面，并设定调节阀FV101具有较小的开度；
2、启动水泵，上水箱注水；
3、观察监控画面，一段时间后水位在比较低时达到平衡状态；
4、增大调节阀的开度，记录水位随时间的数据直至液位再次达到平衡
五、实验数据处理与分析
（一）PID控制
1、Kp=20 Ki=3 Kd=0.24
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PID 调节过程分析：刚启动时，由于误差较大，比例环节起主要作用，控制器输出与阀门的开度均达到最大，水箱水位迅速上升。随着水箱水位的上升，误差的减小，比例控制的作用逐渐减弱，当水箱水位达到设定值并产生一定的超调时，微分项和比例项同时起作用，减小水位的超调和振荡，水位逐渐达到平稳的状态。此后，积分项起着主要的作用，只要有一定的误差，在积分作用就不断继续，使水位不断趋近于设定水位，最终稳定在设定水位上，此时控制器的输出也将达到稳定状态。
2、
Kp=20 Ki=3 Kd=0.35
PID调节过程分析：由于第一次试验初次未能达到所设定的稳态值4CM，所以第二次试验中，比例和积分部分不变，适当增大了微分控制作用，效果得到很大改善，平稳性也好了很多，但仍然没有达到我们的要求，因此需继续进行第三次参数调节。
3、Kp=20 Ki=2.5 Kd=0.35
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PID 调节过程分析: 该组试验进行了积分项调节的尝试，因为积分控制作用主要控制系统的静态误差，所以对动态性改善不大。
4、
Kp=17 Ki=2.5 Kd=0.35
PID调节过程分析：最后一次试验我们对比例控制作用进行了调节，总体来说获得了动态性能好，稳态误差小的调节效果。但是由于时间的限制，我们只进行了4组的试验，显然这是远远不足的，因此在试验结束后，助教向我们介绍了另一种控制方法——无模式自适应控制。该方法相比PID调节更加复杂，但是可以获得更加好的调节效果。
（二）无模型自适应控制（MFAC）
助教进行演示的参数设置：
rou=10 lamda=0.01 yita=2 miu=0.01 fai=5
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无模型自适应控制分析：相比PID控制，MFAC的调节效果更加出色，调节时间短，稳态误差小，平稳性好。
六、三容水箱仿真
1、建模
经过查阅资料，建立三容水箱模型如下：
利用matlab中的simulink工具搭建模型如下：
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东南大学自动控制实验室 实验报告 课程名称：自动控制原理 实验名称：闭环电压控制系统研究 院（系）：仪器科学与工程专业：测控技术与仪器姓名：学号： 实验室：常州楼五楼实验组别：/ 同组人员：实验时间：2018/10/17 评定成绩：审阅教师： 实验三闭环电压控制系统研究
一、实验目的： （1）通过实例展示，认识自动控制系统的组成、功能。 （2）会正确实现闭环负反馈。 （3）通过开、闭环实验数据说明闭环控制效果。 二、实验原理： （1）利用各种实际物理装置（如电子装置、机械装置、化工装置等）在数学上的“相似性”，将各种实际物理装置从感兴趣的角度经过简化、并抽象成相同的数学形式。我们在设计控制系统时，不必研究每一种实际装置，而用几种“等价”的数学形式来表达、研究和设计。又由于人本身的自然属性，人对数学而言，不能直接感受它的自然物理属性，这给我们分析和设计带来了困难。所以，我们又用替代、模拟、仿真的形式把数学形式再变成“模拟实物”来研究。这样，就可以“秀才不出门，遍知天下事”。实际上，在后面的课程里，不同专业的学生将面对不同的实际物理对象，而“模拟实物”的实验方式可以做到举一反三，我们就是用下列“模拟实物”——电路系统，替代各种实际物理对象。 （2）自动控制的根本是闭环，尽管有的系统不能直接感受到它的闭环形式，如步进电机控制，专家系统等，从大局看，还是闭环。闭环控制可以带来想象不到的好处，本实验就是用开环和闭环在负载扰动下的实验数据，说明闭环控制效果。自动控制系统性能的优劣，其原因之一就是取决调节器的结构和算法的设计（本课程主要用串联调节、状态反馈），本实验为了简洁，采用单闭环、比例调节器K。通过实验证明：不同的K，对系性能产生不同的影响，以说明正确设计调节器算法的重要性。 （3）为了使实验有代表性，本实验采用三阶（高阶）系统。这样，当调节器K值过大时，控制系统会产生典型的现象——振荡。本实验也可以认为是一个真实的电压控制系统。 三、实验设备： THBDC-1实验平台 四、实验线路图： 五、实验步骤：
自动控制原理实验报告（III）
一、实验名称：控制系统串联校正 二、实验目的 1. 了解和掌握串联校正的分析和设计方法。 2. 研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。 三、实验内容 1. 设计串联超前校正，并验证。 2. 设计串联滞后校正，并验证。 四、实验原理 1. 系统结构如图3-1 图3-1 其中G c(s)为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式由模拟机来实现。 2. 系统模拟电路如图3-2 图3-2 各电阻电容取值 R3=2MΩ R4=510KΩ R5=2MΩ C1=0.47μF C2=0.47μF 3. 未加校正时G c s=1 (a >1) 4. 加串联超前校正时G c s=aTs+1 Ts+1 给定 a = 2.44 , T = 0.26 , 则G c s=0.63s+1 0.26s+1 （0 （1）未加校正 （2）超前校正 （3）滞后校正 3. 系统波特图 （1）未加校正环节系统开环传递函数G s= 4 s2+s （2）串联超前校正系统开环传递函数G s= 2.52s+4 0.26s3+1.26s2+s （3）串联滞后校正系统开环传递函数G s= 40s+4 83.33s3 + 84.33s2+s 六、数据分析 1、无论是串入何种校正环节，或者是否串入校正环节，系统最终都会进入稳态，即三个系统都是稳定系统。 2、超前校正：系统比未加校正时调节时间短，即系统快速性变好了，而且超调量也减小了。从频率角度来看，戒指频率减小，相位稳定域度增大，系统稳定性变好。 关于硕士学位论文答辩的若干规定 为了严格管理我校硕士学位授予工作，不断提高研究生学位授予质量，决定对硕士研究生学位论文的抽查评阅和答辩工作，做如下规定： 一、硕士学位论文抽查和答辩 （一）抽查对象 1．申请评选优秀的学位论文。 2．凡在12月10日以前申请提前答辩的硕士研究生的学位论文。 3．对于中期考核排序在后10%的硕士研究生学位论文，以随机方式选择50%作为抽查对象。 4．延期毕业的硕士研究生的学位论文。 5．其余硕士研究生的学位论文（包括第一年进修课程，第二年考上正式硕士研究生，并且符合提前答辩条件的研究生的学位论文），按3%的比例随机产生。 随机抽查对象的产生，由研究生院与学院研究生秘书于12月10日共同监督实施。 （二）抽查程序 1．确定抽查名单 2．被抽查的研究生，必须于1月10日以前向学院学位委员会提交两份硕士学位论文（所送论文封去研究生及导师的姓名，无后记、附言、致谢）和两份硕士研究生学位论文评审书（申请人一栏不填写），逾期将不予受理。 3．被抽查的硕士学位论文由研究生院（对于提前答辩或延期毕业的研究生）或学院密封送校外两位专家进行评阅。 4．学院聘请一位校学位评定委员会委员参加抽查论文答辩会，答辩委员会的其他成员由学院学位委员会主席确定。 5．要求校外两位评审专家中，至少有一位参加硕士学位论文答辩会。 6．所有硕士学位论文答辩的研究生，导师均不参加其论文答辩委员 会。 （三）抽查结果处理 1．两位评阅人意见不一致时，将请第三位专家评审，并根据评审意见，按有关规定办理。 2．两位评阅人均不同意进行学位论文答辩时，不再举行论文答辩，将按肄业处理。 二、硕士学位论文评阅和答辩 （一）硕士学位论文评阅和答辩 硕士学位论文评阅和答辩的办法参照《北京交通大学学位授予工作实施细则》文件。 （二）硕士学位论文答辩程序 1．在12月10日抽查名单确定后,未被抽查到的研究生即可开始进行硕士学位论文答辩。 2．所有硕士研究生的论文答辩最迟应在3月10日以前到学院研究生科办理完答辩审批手续。 3．答辩完毕后有关材料（①硕士研究生学位审批材料；②公开发表的论文复印件；③硕士学位论文4本，(不包括交学校图书馆的1本)；④学院学位委员会总结报告须于3月15日之前交校学位办公室，逾期将不予受理。 4．答辩完毕后，由学生本人将授予硕士人员登记表信息输入研究生科计算机学位系统中。 三、申请硕士学位论文答辩注意事项 1．论文不能由研究生本人送审，应由答辩秘书送审。 2．答辩秘书应在举行论文答辩的前3天到学院研究生科办理有关论文答辩审批手续。 3．要有一篇公开发表的学术论文。要求如下： ①研究生必须是论文的第一作者，作者的署名单位应是北京交通大学。 北京交通大学考试试题（期中） 课程名称：数字电子技术（A）学年学期：2014-2015学年第一学期 课程编号：14L126Q 开课学院：电信学院出题教师： 学生姓名：学号：任课教师： 学生学院：班级： 一、概念题（每空3分，共30分） 1. 一组合逻辑电路输入信号的变化顺序有以下三种情况，当顺序为时，将可能出现竞争冒险。 （A）00→01→11→10；（B）00→11→10→01；（C）00→01→00→10。 2. TTL与非门的灌电流负载发生在输出电平情况下，负载电流越大，则输出电平越。 3．CMOS门电路与TTL门电路相比最大的优点是。 （A）传输速度快；（B）功耗低；（C）功能全；（D）价格低。 4．能实现线与功能的门电路有；能实现总线连接方式的门电路有。 （A）与非门；（B）异或门；（C）三态门；（D）OC门。 5．图1所示电路的逻辑表达F= 。 F 图1 图2 6．图2所示电路的逻辑功能是 。 7．如图所示逻辑电路的表达式F = 。 8．如图所示逻辑电路的表达式F = 。 A 0A 1 二、分析题（共30分） 1．分析图示集成逻辑门电路功能。（10分） 2．分析图示电路的逻辑功能。图中74HC85是比较器，74CH283是加法器。（10分） 3 2 1 3．试分析图示逻辑电路的逻辑功能。（10分） （a ） S Q （b ） X CP Y 三、设计题（共40分） 1．分别用3—8译码器和2—4数据选择器及适当的门电路，实现下面的逻辑表达式。（10分）（10分） BC AC AB F ++= 2．如图（a ）所示电路，当其输入信号如图（b ）所示，画出S 和Q 的波形。（10分） 控制理论： 实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真 1. 比例（P ）环节 1.1 实验电路 图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。 1.2 实验设备 阶跃信号发生器(单位阶跃输入)；电路单元U 6，U 12；直流数字电压表(测输入电压)；“THBDC-1”软件 1.3实验数据及实验响应曲线 R 1=100K ，R 2=200K(K=2)，R 0=200K 时 红色曲线为输入u i ，蓝色曲线为输出u o 。 注：为了更好的观测实验曲线，实验时可适当调节软件上的分频系数(一般调至刻度2)和“ ” 按钮(时基自动)，以下实验同样。 2. 积分（I ）环节 2.1 实验电路 图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。 2.2 实验设备 阶跃信号发生器(单位阶跃输入)，电路单元U 6，U 12，直流数字电压表(测输入电压)， “THBDC-1”软件 2.3实验数据及实验响应曲线 R=100K，C=10 uF，R0=200K ，(T=RC=100K×10uF=1)时, 红色曲线为输入u i，蓝色曲线为输出u o。 注：当实验电路中有积分环节时，实验前一定要用锁零单元进行锁零。 3. 比例积分(PI)环节 3.1 实验电路 图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。 3.2实验设备 阶跃信号发生器(单位阶跃输入)，电路单元U6，U12，直流数字电压表(测输入电压)，“THBDC-1”软件 3.3实验数据及实验响应曲线 R1=100K，R2=100K，C=10uF ，R0=200K ，(K= R2/ R1=1,T=R1C=100K×10uF=1)时 红色曲线为输入u i，蓝色曲线为输出u o。 4. 比例微分(PD)环节 实验报告 课程名称：自动控制原理 实验项目：典型环节的时域相应 实验地点：自动控制实验室 实验日期：2017 年 3 月22 日 指导教师：乔学工 实验一典型环节的时域特性 一、实验目的 1.熟悉并掌握TDN-ACC+设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。 2.熟悉各种典型环节的理想阶跃相应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异，分析原因。 3.了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验设备 PC 机一台，TD-ACC+(或TD-ACS)实验系统一套。 三、实验原理及内容 下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。 1．比例环节 (P) (1)方框图 (2)传递函数： K S Ui S Uo =) () ( (3)阶跃响应：) 0()(≥=t K t U O 其中 01/R R K = (4)模拟电路图： (5) 理想与实际阶跃响应对照曲线： ① 取R0 = 200K ；R1 = 100K 。 ② 取R0 = 200K ；R1 = 200K 。 2．积分环节 (I) (1)方框图 (2)传递函数： TS S Ui S Uo 1 )()(= (3)阶跃响应： ) 0(1)(≥= t t T t Uo 其中 C R T 0= (4)模拟电路图 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取R0 = 200K ；C = 1uF 。 ② 取R0 = 200K ；C = 2uF 。 1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 理想阶跃响应曲线 0.4s 1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 实测阶跃响应曲线 0.4s 10V 无穷 3．比例积分环节 (PI) (1)方框图： (2)传递函数： (3)阶跃响应： (4)模拟电路图： (5)理想与实际阶跃响应曲线对照： ①取 R0 = R1 = 200K；C = 1uF。 理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线 ②取 R0=R1=200K；C=2uF。 K 1 + U i(S)+ U o(S) + Uo 10V U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t Uo 无穷 U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t 《模拟电子技术》课程实验报告 集成直流稳压电源的设计 语音放大器的设计 集成直流稳压电源的设计 一、实验目的 1、 掌握集成直流稳压电源的设计方法。 2、 焊接电路板，实现设计目标 3、 掌握直流稳压电源的主要性能指标及参数的测试方法。 4、 为下一个综合实验——语音放大电路提供电源。 二、技术指标 1、 设计一个双路直流稳压电源。 2、 输出电压 Uo = ±12V ， 最大输出电流 Iomax = 1A 。 3、 输出纹波电压 ΔUop-p ≤ 5mV , 稳压系数 S U ≤ 5×10-3 。 4、 选作：加输出限流保护电路。 三、实验原理与分析 直流稳压电源的基本原理 直流稳压电源一般由电源变压器T 、整流滤波电路及稳压电路所组成。 基本框图如下。各部分作用： 1、电源变压器：降低电压，将220V 或380V 的电网电压降低到所需要的幅值。 2、整流电路：利用二极管的单向导电性将电源变压器输出的交流电压变换成脉动的直流电压，经整流电路输出的电压虽然是直流电压，但有很大的交流分量。 直流稳压电源的原理框图和波形变换 整流 电路 U i U o 滤波 电路 稳压 电路 电源 变压器 ～ 3、滤波电路：利用储能元件（电感、电容）将整流电路输出的脉动直流电压中 的交流成分滤出，输出比较平滑的直流电压。负载电流较小的多采用电容滤波电路，负载电流较大的多采用电感滤波电路，对滤波效果要求高的多采用电容、电感和电阻组成的复杂滤波电路。 单向桥式整流滤波电路 不同R L C的输出电压波形 4、稳压电路：利用自动调整的原理，使输出电压在电网电压波动和负载电流变化时保持稳定，即输出电流电压几乎不变。 常用的稳压电路有两种形式：一是稳压管稳压电路，二是串联型稳压电路。二者的工作原理有所不同。稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。它一般适用于负载电流变化较小的场合。串联型稳压电路是利用电压串联负反馈的原理来调节输出电压的。集成稳压电源事实上是串联稳压电源的集成化。实验中为简化电路，我们选择固定输出三端稳压器作为电路的稳压部分。固定输出三端稳压器是指这类集成稳压器只有三个管脚输出电压固定，这类集成稳压器分成两大类。一类是78××系列，78标识为正 输出电压，××表示电压输出值。另一类是79××系列，79表示为负输出电压，××表示 电压输出值。 北京交通大学经管学院工程硕士 论文选题、开题及答辩相关规定 北京交通大学经管学院工程硕士中心 二Ｏ一一年五月 目录 2013级工程硕士中期考核(开题报告)日程安排表 (2) 北京交通大学工程硕士选题、开题、论文答辩相关规定 (4) 一、选择导师和论文选题 (4) 二、开题报告和开题申请 (4) 三、学位论文 (5) 四、论文评阅、答辩和学位授予 (7) 五、学生在论文写作与答辩中的工作说明 (8) 六、指导教师在学院论文写作与答辩中的工作说明 (8) 2013年在职工程硕士中期考核(论文开题)时间安排表 工程硕士学生从正式入学后的第四个学期(课程进修班的学生，最早可在正式入学后的第二学期)按照培养方案的要求参加中期考核（论文开题）。已修满学分，课程成绩全部合格，要求进入论文阶段者，均需申请参加中期考核。 本次正常参加中期考核的是2011级工程硕士(学号1113XXXX)，12级工程硕士(学号1213XXXX)属提前中期考核(需下载“北京交通大学硕士研究生提前中期考核申请表”)。 学员应积极加强与导师的联系和沟通，在导师的指导下初步确定研究方向，通过查阅文献、收集资料和调查研究，结合所在行业工作特点及自身兴趣专长，与导师商讨拟定论文选题。请首先填写“北京交通大学经济管理学院工程硕士学位论文选题登记表”，导师签字后交至或邮至“北京市海淀区西直门外上园村3号北京交通大学经管学院工程硕士中心邮编：100044（截止时间2013年7月10日） 选题要求：工程硕士专业学位论文选题应直接来源于生产实际或具有明确的工程背景，其研究成果要有实际应用价值，论文拟解决的问题要有一定的技术难度和工作量，论文要具有一定的理论深度和先进性。鼓励学员结合工程硕士培养过程所学的理论知识，在调查研究的基础上，根据自身的工作经历选择题目。 项目管理领域工程硕士学位论文选题应注重工程性和项目导向性，应解决一个（或以上）完整的项目管理问题。鼓励学员选择建设工程、信息工程、制造工程、农业工程、国防工程等相关工程领域中，能促进项目管理理论发展的论题，以及提高项目管理应用水平的案例分析和实证研究等方面的论题，最好是有针对性地选择本人所在企业或部门的实际项目管理问题，运用项目管理理论和方法展开研究。 物流工程领域工程硕士学位论文选题应直接来源于物流领域实际工作部门，并与学生的本职工作联系紧密。论文可以是一个完整的工程技术项目，或某工程项目的子项目，必须有相关方案的比较、评估、设计计算和完整的图纸等相关文件；可以是某项规划、设计项目，必须有相应的技术经济比较；可以是新产品、新流程、新方法的设计和开发，必须有设计开发的全部技术资料以及分析；可以是某物流信息系统的设计和开发，必须有系统的相关技术文档以及相关软件；可以是经营管理的成果，必须有新的经营管理理论、方法和效果分析等。 一、中期考核时间为10月的某一个星期天，考核地点及分组情况网上另行通知 二、具体要求： 1.“北京交通大学经济管理学院工程硕士学位论文选题登记表”(A4纸)填写完整，导师签 字后交至或邮至“北京市海淀区西直门外上园村3号北京交通大学经管学院工程硕士中心邮编：100044(截止时间2013年7月10日) 2.3000字开题报告(A4纸)，请各位同学准备powerpoint电子讲稿，时间8分钟左右 成绩 北京航空航天大学 自动控制原理实验报告 学院自动化科学与电气工程学院 专业方向电气工程及其自动化 班级120311 学号12031019 学生姓名毕森森 指导教师 自动控制与测试教学实验中心 实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 实验时间2014.10.28 实验编号29 同组同学无 一、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。 二、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时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。 2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。 三、实验原理 1．一阶系统：系统传递函数为： 模拟运算电路如图1- 1所示： 图 1- 1 由图 1-1得 在实验当中始终取R 2= R 1 ，则K=1，T= R 2 C，取时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1。 2．二阶系统: 其传递函数为： 令=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示： 图1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示： 图1-3 取R 2C 1=1 ，R 3C 2 =1，则及ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1 四、实验设备 HHMN-1电子模拟机一台、PC 机一台、数字式万用表一块 五、实验步骤 1. 确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路； 2. 将系统输入端 与D/A1相连，将系统输出端 与A/D1相； 3. 检查线路正确后，模拟机可通电； 4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。 5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。 6. 单击“确定”，进行实验。完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。 六、实验结果 1、一阶系统。 自动控制系统实验报告 学号： 班级： 姓名: 老师： 一．运动控制系统实验 实验一.硬件电路的熟悉和控制原理复习巩固 实验目的：综合了解运动控制实验仪器机械结构、各部分硬件电路以及控制原理，复习巩固以前课堂知识，为下阶段实习打好基础。 实验内容：了解运动控制实验仪的几个基本电路： 单片机控制电路（键盘显示电路最小应用系统、步进电机控制电路、光槽位置检测电路） ISA运动接口卡原理（搞清楚译码电路原理和ISA总线原理） 步进电机驱动检测电路原理（高低压恒流斩波驱动电路原理、光槽位置检测电路）两轴运动十字工作台结构 步进电机驱动技术（掌握步进电机三相六拍、三相三拍驱动方法。） 微机接口技术、单片机原理及接口技术，数控轮廓插补原理，计算机高级语言硬件编程等知识。 实验结果： 步进电机驱动技术： 控制信号接口： （1）PUL：单脉冲控制方式时为脉冲控制信号，每当脉冲由低变高是电机走一步；双 脉冲控制方式时为正转脉冲信号。 （2）DIR：单脉冲控制方式时为方向控制信号，用于改变电机转向；双脉冲控制方式 时为反转脉冲信号。 （3）OPTO ：为PUL 、DIR 、ENA 的共阳极端口。 （4）ENA ：使能/禁止信号，高电平使能，低电平时驱动器不能工作，电机处于自由状 态。 电流设定： （1）工作电流设定： （2）静止电流设定： 静态电流可用SW4 拨码开关设定，off 表示静态电流设为动态电流的一半，on 表示静态电流与动态电流相同。一般用途中应将SW4 设成off ，使得电机和驱动器的发热减少，可靠性提高。脉冲串停止后约0.4 秒左右电流自动减至一半左右（实际值的60％），发热量理论上减至36％。 （3）细分设定： （4）步进电机的转速与脉冲频率的关系 电机转速v = 脉冲频率P * 电机固有步进角e / (360 * 细分数m) 逐点比较法的直线插补和圆弧插补： 一．直线插补原理： 如图所示的平面斜线AB ，以斜线起点A 的坐标为x0，y0，斜线AB 的终点坐标为(xe ，ye)，则此直线方程为： 00 00Y Ye X Xe Y Y X X --= -- 取判别函数F ＝(Y —Y0)(Xe —Xo)—(X-X0)(Ye —Y0) 2011-2012年度电力系统分析期末考试题（A 卷）答案 一、填空题（每空1分，共15分） 1．1）保证供电可靠性、2）保证电能质量3）保证运行经济性。 2．降低 瓦解。 3.1）直观性2）稀疏性3）对称性 4． 第一个周期 半个周期 。 5． P 和Q ， V θ 。 6． ∑∑?∑ ?==022//Z Z Z Z Z 7.短路电压百分比Vs%. 二、（20分） 解：输电线用π型等值电路，原图等效电路为 （1）计算线路首端功率和输电效率 110.3310016.522 L R rl = = ??Ω=Ω 110.4310021.522 L X xl = = ??Ω=Ω 6 4 22 2.6510 100 5.310C B bl S S --==???=?（3分） 用额定电压计算线路产生的充电功率，并将其分为两部分，得 2 4 2 11 5.310 110var 3.2065var 2 2 B C N Q B V M M ?-=- =- ???=- 将B Q ?分别接于节点A 和B ，作为节点负荷的一部分，故 2(3020 3.2065)(3016.7935)?=+=+-=+LD B S S j Q j j M VA j M VA （2分） 由额定电压计算线路功率损耗 学院 班级 学号 姓名 ------------------------------------装 -------------------------------------------------------------------订--------------------------------------线----------------- 实验报告册 课程名称：自动控制原理 指导老师：丁永前 班级： 姓名： 学号： 学期：20 16 —20 17 学年第 1 学期南京农业大学工学院教务处印 实验目录实验一：典型环节的模拟实验 实验二：典型系统瞬态响应和稳定性分析实验三：控制系统的频率特性 实验四：系统校正 实验名称：典型环节的模拟实验 一、实验目的 通过模拟实验电路，结合理论知识感性认识各基本环节在典型信号下的响应。通过实验初步了解实验装置的性能和结构，学会布线、设计和组合单元，学会软件的操作。 二、实验设备基本知识 ①准备：使运放处于工作状态． 将信号源单元（U1 SG）的ＳＴ端（插针）与+5Ｖ端（插针）用“短路块” 短接，使模拟电路中的场效应管（３ＤＪ６）夹断，这时运放处于工作状态． ②阶跃信号的产生： 电路可采用图1一1所示电路．它由“单脉冲单元”（U0sp）及“电位器单元（Ｕ14Ｐ）组成． 图1—1 具体线路形成：在Ｕ 13 ＳＰ单元中，将Ｈ1与十5Ｖ插针用“短路决”短接， Ｈ2插针用排线接至U 14 Ｐ单元的X插针; 在U 14 Ｐ单元中，将 Ｚ插针和GND插针用“短路块”短接，最后由插座的Ｙ端输出 信号． 以后实验若再用到阶跃信号时，方法同上．不再赘述。 三、实验内容和步骤： （1）观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶成响应曲线。（2）观测ＰＩＤ环节的响应 （3）根据实际搭建的模拟电路图的参数，求解各典型环节的传递函数，在Simulink中进行仿真，给出理论的响应曲线，并与实际响应曲线进行对比分析。 四、写出各典型环节在阶跃信号作用下的输出响应表达式（用参数表示） 1、比例环节：Uo/Ui=K 西安邮电学院 自动控制原理 实验报告 实验三系统校正 一，实验目的 1.了解和掌握系统校正的一般方法。 2.熟悉掌握典型校正环节的模拟电路构成方法。二．实验原理及电路 1.未校正系统的结构方框图 图1 2.校正前系统的参考模拟方框图 图2 3.校正后系统的结构方框图 图3 4.校正后系统的模拟电路图 图4 三．实验内容及步骤 1.测量未校正系统的性能指标 （1）按图2接线 （2）加入阶跃电压观察阶跃响应曲线，并测出超调量和调节时间，并将曲线和参数记录出来。 2.测量校正系统的性能指标 （1）按图4接线 （2）加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量以及调节时间。 四．实验结果 未校正系统 理论值σ% = 60.4% t s = 3.5s 测量值σ% = 60% t s = 2.8s 校正后系统 理论值σ% = 16.3% t s = 0.35s 测量值σ% = 5% t s = 0.42s 五．心得体会 在课本的第六章，我们学习了线性系统的校正方法，包括串联校正、反馈校正以及复合校正等矫正方法，相对于之前学习的内容，理解起来相对难一些，做起实验来也不容易上手。试验期间，遇到了很多难题，反复调整修改甚至把连接好的电路全都拆了重连，最后终于完成了实验。相对于之前的几次试验，这次实验师最让人头疼的，幸好之前积累了些经验，才使得我们这次实验的时候不至于手忙脚乱，但是也并不轻松。 虽然遇到的困难很多，但是我们却收获的更多，线性系统的校正是自动控制原理中重要的部分，通过理论课的学习，再加上实验课的实践，我终于对这些内容有个系统的理解。 数字集成电路设计期中考试复习提纲 第一章绪论 一、基本概念 1. 摩尔定律 2. 数字集成电路的抽象层次划分 3. 数字集成电路的基本设计流程 4. 电压传输特性 5. 再生性 6. DRC 7. LVS 二、基本计算 1. 芯片成品率的计算 三、复习题 1．根据实验一的内容，简述数字集成电路设计的基本流程。 2．简述数字集成电路设计的抽象层次。 3. Tanner 中包含哪些主要的工具？分别完成什么功能？ 4. 简述扇入和扇出的概念；当增大驱动门的扇出时，对该驱动门的动态性能 有何影响？试分析说明。 第二章制造工艺 一. 基本概念 1. 阱 2. 衬底 3. PMOS NMOS CMOS 4. 有缘区 5. 光刻 6. 掩膜版 7. 简化的CMOS 工艺流程 8. CMOS 集成电路的工艺分层结构 二. 复习题 1. 结合实验二的内容，通过简述LEDIT 绘制NMOS 晶体管的主要步骤，描述其工艺分层结构。 2. 什么是掩膜版，掩膜版如何实现CMOS 工艺分层？ 第三章器件 一．基本概念 1. 耗尽区 2. MOS 晶体管分类及导通原理 3. MOS 晶体管工作区域 4. MOS 晶体管等效电阻 5. MOS 管电容模型 二．基本公式及计算 1. 二极管电流公式 2. 二极管手工分析模型及简单电路分析 3. 二极管节电容计算公式 4. MOS 管手工分析模型 a) MOS 管漏极电流公式（MOS 管工作区域的判断） b) MOS 管沟道电容计算公式 三．复习题 1. MOS 管的工作区域是怎么划分的？简述各个工作区域的工作原理。 2. MOS 管的电容由哪几部分组成？ 3. 简述MOS 管在不同工作区域下沟道电容的变化情况。 4. 相关计算题。 第四章导线 一．基本概念 1. 导线的寄生参数 2. 导线寄生电容的产生原理 3. 导线集总模型与分布模型 4. 传输线 5. 反射系数 二．基本公式及计算 1. 导线的集总RC 模型分析 2. Elmore 延时计算公式 3. 导线的分布rc 模型分析 三、复习题 1. 简述集总RC 模型和分布rc 模型。 2. 简述传输线模型和分布rc 模型之间的区别。 3. 假设信号源内阻为零，分析不同负载阻抗条件下传输线响应。 4. 相关计算题。 第五章CMOS 反相器 一．基本概念与基本原理 1. 反相器的基本工作原理 2. 反相器的基本指标 3. 开关阈值 4. 本征电容 5. 等效扇出 二．基本公式与计算 1. 开关阈值的计算、开关阈值与PMOS 对NMOS 尺寸比的关系 2. 噪声容限、增益的计算 3. 传播延时的计算 4. 反相器链的延时 5. 反相器功耗的计算 6. 最优电源电压的计算 三、复习题 1. 分析反相器在不同工作状态下，PMOS 和NMOS 分别处在的工作区域，并画出VTC 曲线图示说明。 2. 反相器功耗由哪几部分组成？分析说明减小反相器功耗的主要手段。 3. 相关计算题。 北京交通大学学位授予工作实施细 则 文件汇编北京交通大学学位授予工作实施细则第一章总则第一条为了贯彻执行《中华人民共和国学位条例》、《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》，结合我校实际情况，特制定本细则。第二条我校经国务院学位委员会批准，有权授予学位的专业，按不同学科可分别授予经济学、法学、文学、理学、工学、管理学学士、硕士学位，还可以授予哲学、教育学硕士学位以及工程硕士、工商管理硕士两类专业学位。可授予经济学、法学、理学、工学、管理学博士学位。第三条凡拥护中国共产党的领导，拥护社会主义制度，热爱祖国，遵纪守法，品德良好，服从国家分配，并具有相应学术水平者，均可按本细则的有关规定，申请相应的学位。申请人不得同时向两 个学位授予单位提出申请。第二章学士学位第四条本科毕业生符合本细则第三条，在校学习期间完成教学计划的各项要求，成绩优良经审核达到下述学位水平准予毕业者，授予学士学位： 1.较好的掌握本门学科的基础理论、专门知识和基本技能； 2.具有从事科学研究工作和担负专门业务的初步能力。第五条本校本科毕业生，凡符合本细则第三条和第四条规定的，经各学院学位委员会审核后，报校学位评定委员会通过，授予学士学位。第三章硕士学位第六条凡符合本细则第三条规定的攻读硕士学位研究生，达到培养方案所规定的学分，通过硕士学位课程考试和论文答辩、成绩合格，达到下述学术水平者，授予硕士学位： 1.在本门学科上掌握坚实的基础理论和系统的专门知识； 2.具有从事科学研究工作或独立担负专门技术工作的能力。第七条我校硕士学位的授予工作每年定期举行。第八 条硕士学位课程考试和要求：获得硕士学位的研究生，应在本门学科上掌握坚实的基础理论和系统的专门知识。硕士学位课程必须经过严格的考试，成绩合格。硕士学位课程的考试包括：- 1 - 文件汇编1．马克思主义理论课。要求掌握马克思主义的基本理论；2．基础理论课和专业课三至四门；3．外国语一门。要求比较熟练地阅读本专业的外文资料。本校研究生的硕士学位课程考试，根据培养方案的要求，结合培养计划安排进行。有下列情况之一者，应重新组织学位课程考试：1．基础理论课和专业课考试的门数、科目和考试要求不符合硕士生专业培养方案规定的；2．所学硕士学位课程仅是考查，未经考试的；3．学位评定委员会认为不满足本细则第六条规定者。申请硕士学位人员必须通过规定的课程考试，成绩合格，完成培养方案规定的培养环节，方可进行学位论文评阅参加 -150-100 -50 50 实验一 典型环节的模拟研究及阶跃响应分析 1、比例环节 可知比例环节的传递函数为一个常数： 当Kp 分别为0.5，1，2时，输入幅值为1.84的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为0.92，1.84，3.68的反向阶跃信号。实验中，输出信号依次为幅值为0.94，1.88，3.70的反向阶跃信号， 相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%. 在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。 2、 积分环节 积分环节传递函数为： （1）T=0.1(0.033)时，C=1μf (0.33μf )，利用MATLAB ，模拟阶跃信号输入下的输出信号如图： T=0.1 T=0.033 与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上T=0.033时的波形斜率近似为T=0.1时的三倍，实际上为8/2.6=3.08，在误差允许范围内可认为满足理论条件。 3、 惯性环节 i f i o R R U U -=TS 1 CS R 1Z Z U U i i f i 0-=-=-=15 20 惯性环节传递函数为： K = R f /R 1,T = R f C, （1） 保持K = R f /R 1 = 1不变，观测T = 0.1秒，0.01秒（既R 1 = 100K,C = 1μf ， 0.1μf ）时的输出波形。利用matlab 仿真得到理论波形如下： T=0.1时 t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3%,读数误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28， 相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值 较为接近。 T=0.01时 t s （5%）理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为：（40-30）/30=33.3% 由于ts 较小，所以读数时误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28， 相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值较为接近 （2） 保持T = R f C = 0.1s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。 K=1时波形即为（1）中T0.1时波形 K=2时，利用matlab 仿真得到如下结果： t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3% 读数误差较大 K 理论值为2，实验值4.30/2.28， 1 TS K )s (R )s (C +-= 国家电工电子实验教学中心 数字电子技术 实验报告 李含笑 15211069 通信1503班 实验二基础实验计数器设计 一、实验目的 1.掌握同步计数器集成芯片74LS193的功能和使用方法。 2.掌握用集成计数器实现任意模数计数器。 3. 用十六进制计数器74LS193设计五进制减计数器(置位法) 二、实验器件 一个74LS193计数器（图2-1），它具有异步清零与异步预置的功能，不受时钟脉冲的影响，一个74LS00与非门芯片 UP为加计数时钟输入端； DOWN为减计数时钟输入端； CLR为清零输入端； BO为借位输出端； CO为进位输出端； LOAD为置数输入端； A~B为并行输入端； Q A~Q D为计数输出端 图2-174LS193芯片管脚图 表2-2 74ls193功能表 三、实验内容和实验原理 74LS193 是一个异步清零，异步预置的可逆计数器，当UP接时钟端（上升沿触发），DOWN 接高电平的时候，实现加法计数，当DOWN接时钟端（上升沿触发），UP接高电平时，实现减法计数。 本实验实现模5减法计数，用预置法，74LS193是异步预置，因此要有6个状态，其中一个为暂存态（过渡态）。预置初值为0100，当其减至1111时，由于最高位接了与非门，因此与非门产生低电平0，送至LD端,LD低电平有效，进行预置，输出变为0100。 四、实验电路原理图 图2-2 实验仿真图 图2-3 实验仿真图 图2-4 五进制减法计数器原理图 五、实验过程 图2-5 图2-6 图2-7图2-8图2-9 六、数据分析和结论 同步计数器与异步计数器的区别在于异步计数器的的每个触发器不是由同一个脉冲来控制的，同步计数器的每个触发器都是由同一个脉冲来控制的 成绩 实验报告 实验二频率特性测试与频域分析法建模实验 实验时间第12周周三上午实验编号 同组同学无 一、实验目的 1.掌握频率特性的测试原理及方法。 2.学习根据所测定出的系统的频率特性，确定系统传递函数的方法。 二、实验内容 1.测定给定环节的频率特性。 系统模拟电路图及系统结构图分别如图 2.2.1及图 2.2.2。 取Ω===M R R R 10.432，F C C μ121==，Ω==k 101R R 系统传递函数为： 1=K 时，取Ω=K R 10，则10 1010 )(2++= s s s G 2=K 时，取Ω=K R 20，则10 1020 )(2 ++=s s s G 若正弦输入信号为)sin()(1t A t Ui ω=，则当输出达到稳态时，其输出信号为)sin()(20?ω+=t A t U 。改变输入信号频率π ω 2= f 值，便可测得二组2 1 A A 和ψ随f(或ω)变化的 数值，这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。 2.根据测定的系统频率特性，确定系统的传递函数。 三、实验原理 1.幅频特性即测量输入与输出信号幅值A 1及A 2，然后计算其比值A 2/A 1。 2.实验采用“李萨如图形”法进行相频特性的测试。以下简单介绍一下这种测试方法的原理。 设有两个正弦信号： )sin()(t X t X m ωω=) sin()(?ωω+=t Y t Y m 若以X (ωt )为横轴，Y (ωt )为纵轴，而以ω作为参变量，则随着ωt 的变化， X (ωt )和Y (ωt )所确定的点的轨迹，将在X -Y 平面上描绘出一条封闭的曲线。这个图形就是物理学上所称的“李萨如图形”，如图2.2.3所示。 图2.2.3李沙育图形 3.相位差角的求法： 对于)sin()(t X t X m ωω=及) sin()(?ωω+=t Y t Y m 当0=t ω时,有0)0(=X ；)sin()0(?m Y Y =即)/)0(arcsin(m Y Y =?,2/0π?≤≤时成立 4.记录实验结果数据填写表2.2.1。 表2.2.1实验结果数据表 编号 1 2 3 … 10 ω A 2/A 1Y 0/Y m 实验报告（5） 实验名 称 实验五线性系统串联校正 实验日期2014-6-6 指导教 师 于海春 一、实验目的 1．熟练掌握用MATLAB 语句绘制频域曲线。 2．掌握控制系统频域范围内的分析校正方法。 3．掌握用频率特性法进行串联校正设计的思路和步骤。 二、预习要求 1．熟悉基于频率法的串联校正装置的校正设计过程。 2．熟练利用MATLAB 绘制系统频域特性的语句。 三、实验内容 1．某单位负反馈控制系统的开环传递函数为4 ()(1) G s s s = +，试设计一超前校正装置，使校正后系统的静态速度误差系数120v K s -=，相位裕量050γ=，增益裕量20lg 10g K dB =。 2．某单位负反馈控制系统的开环传递函数为3 ()(1)k G s s = +，试设计一个合适的滞后校正网络，使系统阶跃响应的稳态误差约为0.04，相角裕量约为045。 3．某单位负反馈控制系统的开环传递函数为()(1)(2) K G s s s s = ++，试设计一滞后-超前校正 装置，使校正后系统的静态速度误差系数110-=s K v ，相位裕量0 50=γ，增益裕量 dB K g 10lg 20≥。 三、实验结果分析 1．开环传递函数为的系统的分析及其串联超前校正： （1）取K=20，绘制原系统的Bode 图： ①源程序代码： num0=20; den0=[1,1,0]; w=0.1:1000; [gm1,pm1,wcg1,wcp1]=margin(num0,den0); [mag1,phase1]=bode(num0,den0,w); [gm1,pm1,wcg1,wcp1] margin(num0,den0) 电路分析实验 实验2.1 直流电路分析和仿真 学号; 一．实验目的 1.学习Multisim建立电路，分析直流电路的方法。 2.熟悉Multisim，分析仿真模式中输出结果的常用后处理方法。 3.掌握伏安特性的仿真测量。 4.通过实验加深对叠加定理和戴维南定理的理解。 二．实验内容 1.测量二极管的伏安特性 （1）建立如实验图2-1-1所示的仿真电路 图2-1 （2）启动Simulate菜单中Analyses下的DC Sweep命令，使用“直流扫描”工具，设置电压源V1从0到2.0V按步长0.001V变化，输出二极管D1电流，得到如图2-1-1的伏安特性曲线 2.验证叠加定理 （1）建立如图2-2-1所示的仿真电路 （2）启动仿真开关后分别在每种电源独立作用和共同作用时，用电压表测量各支路电压，记录在自己设计的表格里，验证叠加定理。 图2-2-1 电路仿真测量值 由于理论值与仿真数据完全一致， 且 U1(V1+V2)=U1(V1)+U2(V2)； U1(V1+V2)=U1(V1)+U2(V2)； U1(V1+V2)=U1(V1)+U2(V2)； 所以各支路电压符合叠加定理。 3.求取戴维南等效电路 （1）建立如实验图2-3所示的仿真电路，其中a,b左端为需要等效的端口，电流源为外加测试电源。 （2）用直流扫描分析方法求出a、b左端点的戴维南等效电路参数。让测试电流源从0变化到10mA,测试得到的扫描曲线，得到a，b端点的开路电压和等效电阻。 理论计算值 V=R3/(R1+R3)*V1=8.2500 V，R=R1//R3+R2=708.5Ω 通过光标取值得到开路电压 V=8.2500 V，等效电阻 R=708.5Ω . 与计算结果一致. 4.验证最大功率传输定理 （1）将实验图2-3所示的仿真电路中的测试电流换为一个负载电阻，如实验图2-4所示，利用参数扫描分析验证最大功率传输定理。 （2）选择Simulate/Analyses/Parameter sweep,设定R4电阻从500Ω变化到1.6KΩ，步长为0.5Ω，输出选择为R4的功率。启动分析仿真后得到R4功率随其阻值变化的曲线。 （3）打开测量游标，查找曲线最大值，得到最大功率值及其对应的负载电阻值。 实验图2-4北京交通大学 关于硕士学位论文答辩的若干规定
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