机械工程测控技术实验教程

本书主要包括机械工程控制基本理论、综合设计实验和网络化远程测控实验三部分内容。本书既适用于实验教学与理论教学同步进行的教学，也适用于实验课程单独开设的教学和开放性实验的指导，并通过网络化远程测控实验实现24小时完全开放教学。本书设置多类综合实验，以帮助读者领悟与学会应用控制工程技术、测试技术和检测技术来解决实际工程问题，为实验教学面向工程实际应用奠定必要基础。 

本书是在总结多年实验教学经验的基础上，基于guo家级实验教学示范中心和guo家级虚拟仿真实验教学中心——广西大学机械工程实验教学中心的开放式实验教学体系架构编写而成的。本书系该中心教材建设中的系列教材之一。本书主要包括机械工程控制基本理论、综合设计实验和网络化远程测控实验三部分内容。本书既适用于实验教学与理论教学同步进行的教学，也适用于实验课程单独开设的教学和开放性实验的指导，并通过网络化远程测控实验实现24小时完全开放教学。本书设置多类综合实验，以帮助读者领悟与学会应用控制工程技术、测试技术和检测技术来解决实际工程问题，为实验教学面向工程实际应用奠定必要基础。本书既可作为高等工科院校机械工程类、自动化类以及其他与测控相关专业的实验教材，特别是机械设计制造及其自动化和机械电子工程专业的实验教材，也可作为相关人员教学、科研及实验工作的参考书。

章基本理论(1)

 

节机械工程控制基础(1)

 

1.1.1控制工程概述(1)

 

1.1.2控制系统基本原理(2)

 

1.1.3系统的数学模型(5)

 

1.1.4控制系统的时域分析(7)

 

1.1.5控制系统的频域分析(8)

 

1.1.6控制系统的稳定性(8)

 

1.1.7自控系统的校正(10)

 

第二节机械工程测试技术基础(11)

 

1.2.1测试工程概述(11)

 

1.2.2信号描述及处理初步(11)

 

1.2.3测试系统基本原理(19)

 

第二章综合设计实验(23)

 

实验一控制系统校正设计与仿真(23)

 

实验二调速控制系统设计与仿真(24)

 

实验三PID控制器的设计与仿真(25)

 

实验四汽车操控系统的PID控制设计与仿真(26)

 

实验五机械振动系统固有频率的测量(29)

 

实验六运动小车测控系统设计与仿真(32)

 

实验七快速傅里叶频谱分析实验(33)

 

实验八系统状态空间设计(37)

 

实验九磁悬浮系统PID控制设计(40)

 

实验十龙门吊车控制系统设计(44)

 

实验十一基于Modbus协议设计测控系统(46)

 

实验十二振动时效消除工件残余应力控制系统设计(48)

 

实验十三双容水箱液位控制系统设计与仿真(50)

 

实验十四液位动平衡控制系统设计(52)

 

实验十五简支梁固有频率测量(54)

 

实验十六主动隔振设计(56)

 

实验十七被动隔振设计(58)

 

实验十八温度采集系统设计(61)

 

实验十九转速测量系统设计(64)

 

实验二十转子动平衡系统设计(66)

 

实验二十一电子称重设计(68)

 

实验二十二无损检测设计(71)

 

实验二十三粮库粮情测控系统设计(74)

 

实验二十四基于数据融合方法设计测控系统(77)

 

实验二十五基于数据融合方法设计测控系统(81)

 

实验二十六基于CCD成像技术设计微粒检测方法(82)

 

实验二十七基于Modbus协议远程控制设备(84)

 

实验二十八基于信号编解码方法设计测控系统(85)

 

实验二十九基于组态软件的校园建筑能耗监测系统设计(86)

 

实验三十基于组态软件的热交换器性能测试综合实验平台设计(90)

 

第三章网络化远程测控实验(92)

 

节基于LabVIEW的网络远程测控实验(92)

 

实验一信号发生与分析实验(92)

 

实验二信号采集与分析实验(97)

 

实验三信号频谱分析实验(104)

 

实验四信号滤波实验(107)

 

实验五信号调制解调实验(114)

 

实验六信号相关分析实验(120)

 

实验七信号时域响应分析实验 (125)

 

实验八信号频域响应分析实验(128)

 

实验九串口数据采集实验(130)

 

实验十声卡数据采集实验(133)

 

实验十一光照度检测实验(137)

 

实验十二多通道虚拟示波器设计实验(140)

 

实验十三虚拟频谱分析仪设计实验(143)

 

第二节“虚实结合”网络远程测控实验(147)

 

实验十四网络化远程振动分析实验(147)

 

实验十五网络远程噪声测试实验(152)

 

实验十六网络化远程车辆行驶仿真监控实验(156)

 

附录(160)

 

参考文献(161)

实验是科学技术创新的重要手段，也是理论面向实际应用的重要途径，在现代科学活动中运用实验技术具有非常重要的意义。在技术发明和改进中，实验是检验新设想和新方法的重要手段，是理论转为实际应用的重要法宝，对科学技术发展具有非凡意义。

目前人类正以惊人的速度走出工业文明，步入信息时代和新型技术时代，迫切需要复合型和工程应用型人才。这种发展新趋势对人才提出了新要求，即不仅要具备学科理论知识，还应具备知识综合运用能力、创新实践能力和工程实践能力。实验教学是理论联系实际的重要环节，是培养学生动手能力、创新能力、综合分析问题能力、综合运用知识能力和解决实际问题能力的重要途径。在高等院校教学中，实验教学是一个必不可少的实践环节。培养学生掌握科学实验的基本方法和技能，不但是实验教学的基本目标，而且对培养具有创新精神和实践能力的高级人才具有重要意义。

机械工程控制实验、测试技术实验以及相关的检测技术实验是高等院校测控实验的核心实验内容的一部分，对培养学生的工程实践能力、科学实践能力、创新设计能力和动手能力起着重要作用。为了满足社会需求，培养学生从验证理论知识扩展到应用知识，从知识的基础运用到面向实际工程运用，从模仿设计上升到独立思考和创新设计，从单一设计拓宽到综合设计的能力，我们在总结多年实验教学经验的基础上，基于guo家级实验教学示范中心和guo家级虚拟仿真实验教学中心——广西大学机械工程实验教学中心的“虚实结合”实验教学体系架构，编写了本书。本书力求在完成机械工程控制基础和测试技术等课程实验的前提下，更多地结合工程实际应用，设置多类综合实验，以帮助读者领悟与学会应用控制工程技术、测试技术和检测技术来解决实际工程问题，为实验教学面向工程实际应用奠定必要基础。

本书是广西大学机械工程实验教学中心组织出版的系列实验教材之一，主要包括基本理论、综合实验和网络化远程测控实验。基本理论主要包括机械工程控制基础、机械工程测试技术基础等。综合设计实验主要包括控制系统校正设计与仿真实验、调速控制系统设计与仿真实验、机械振动系统固有频率的测量实验等内容。网络化远程测控实验主要包括基于LabVIEW的网络远程测控实验和“虚实结合”网络远程测控实验。本书既可作为高等工科院校机械工程类、自动化类以及其他与测控相关专业的实验教材，特别是机械设计制造及其自动化和机械电子工程专业的实验教材，也可作为相关人员教学、科研及实验工作的参考书。

 

在本书的编写过程中，编者参阅了以往其他版本的同类教材、资料及文献，并得到了同行多位专家的支持和帮助，在此衷心致谢。

由于编者水平有限，书中难免有疏漏和错误，诚请读者批评指正，以求改进。

 

编者

 

2015年6月