南理工控制工程基础实验报告
成绩：《控制工程基础》课程实验报告班级：学号：姓名：南京理工大学2015年12月《控制工程基础》课程仿真实验一、已知某单位负反馈系统的开环传递函数如下G(s)?10 s2?5s?25借助MATLAB和Simulink完成以下要求：(1) 把G(s)转换成零极点形式的传递函数，判断开环系统稳定性。>> num1=[10]; >> den1=[1 5 25]; >> sys1=tf(num1,den1) 零极点形式的传递函数：于极点都在左半平面，所以开环系统稳定。(2) 计算闭环特征根并判别系统的稳定性，并求出闭环系统在0～10秒内的脉冲响应和单位阶跃响应，分别绘出响应曲线。>> num=[10];den=[1,5,35]; >>
sys=tf(num,den); >> t=[0::10]; >> [y,t]=step(sys,t); >> plot(t,y),grid >> xlabel(‘time(s)’) >> ylabel(‘output’) >> hold on; >> [y1,x1,t]=impulse(num,den,t); >> plot(t,y1,’:’),grid (3) 当系统输入r(t)?sin5t时，运用Simulink搭建系统并仿真，用示波器观察系统的输出，绘出响应曲线。曲线：二、某单位负反馈系统的开环传递函数为：6s3?26s2?6s?20G(s)?4频率范围??[,100] s?3s3?4s2?2s?2 绘制频率响应曲线，包括Bode图和幅相曲线。>> num=[6 26 6 20]; >> den=[1 3 4 2 2]; >> sys=tf(num,den); >> bode(sys,{,100}) >> grid on >> clear; >> num=[6 26 6 20]; >> den=[1 3 4 2 2]; >> sys=tf(num,den); >> [z , p , k] = tf2zp(num, den); >> nyquist(sys) 根据Nyquist判据判定系统的稳定性。
P=0 N=0 Z=P+N=0 所以系统稳定根据Bode图求出系统的截止频率?c以及幅值裕度与相位裕度。Matlab语句：Clear；num=[6 26 6 20]; den=[1 3 4 2 2]; sys=tf(num,den) margin(sys) 图形：
Bode DiagramGm = Inf , Pm = deg (at rad/sec)3020Magnitude (dB)Phase
(deg)100-10-20-300-45-90-135-18010-210 -1100101102Frequency (rad/sec) 图可得截止频率=/s，幅值裕度无穷大，相位裕度为三、某单位负反馈系统如下图所示，(1) 当比例控制器增益K＝1时，在Simulink中搭建系统，当输入为单位阶跃函数时，用示波器观察系统的输出，绘出响应曲线，并求出系统在单位阶跃输入下的超调量(?%)和峰值时间(tp)。>> num=[10]; den=[1 5 10]; >>
[num2,den2]=cloop(num,den,-1); >> sys2=tf(num2,den2); >> [y,t,x]=step(sys2); >> mp=max(y); >> tp=spline(y,t,mp); tp = >> cs=length(t); >> yss=y(cs) yss = >> ct=(mp-yss)/yss ct = 可得：系统阶跃响应的超调量为%。系统的峰值时间tp为。绘制当K?0??变化时，闭环系统的根轨迹。>> clear; >> num=[10]; >> den=[1 5 10]; >> sys=tf(num,den); >> [r,K]=rlocus(sys); >> rlocus(sys) (2) 根据以上根轨迹，为使闭环系统在阶跃输入下超调量?%?30%且稳态误差ess?，确定控制器增益K的范围。稳态误差公式=可知，要使 4 而下图可知，当K=时，?%=% ＞30%且随K 增大而增大，所以不存在符合的K值。
四、若某单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)?K s(s?1)(?1) 借助MATLAB和控制工具箱设计串联滞后校正网络，使校正后系统的静态
速度误差系数Kv?3，且相角裕度不低于450。Matlab语句：>> clear; num=[3]; den=[ 1 0]; sys=tf(num,den); margin(sys) Bode图：Bode DiagramGm = dB (at rad/sec) , Pm = deg (at rad/sec)10050System: sysFrequency (rad/sec): (dB): (dB)0-50-100-150-90-135Phase
(deg)-180-225-270System: sysFrequency (rad/sec): (deg): -13010-210-1100101102Frequency
(rad/sec) = 上图得20log= =，z=*=，p=矫正后开环传递函数为G(s)=验证此时的相位裕度和幅值裕度。Matlab程序：num=[3]; den=[ 1 0];
[num2,den2]=series(num,den,[ 1],[ 1]); G1=tf(num,den); G2=tf(num2,den2); figure(2); margin(G1); grid on hold on margin(G2); grid on hold on [Gm1,Pm1,Wcg1,Wcp1]=margin(G1)
[Gm2,Pm2,Wcg2,Wcp2]=margin(G2) 此时相角裕度为45度，符合要求。Bode DiagramGm = 14 dB (at rad/sec) , Pm = deg (at rad/sec)150100System: G2Frequency (rad/sec): (dB): - (dB)Phase
(deg)500-50-100-150-90-135-180-225-270 System: G2Frequency (rad/sec): (deg): -13510-410-310-210-1100101102Frequen cy (rad/sec) 绘制系统在校正前后的单位阶跃响应曲线，计算校正前后的时域性能指标并进行对比分析。校正前单位阶跃响应：num=[3]; den=[ 1 0]; G1=tf(num,den); step(feedback(G1,1),10) grid on 结果如下：Step : untitled1Time (sec): : (sec)678910 可见峰值时间为，于响应不稳定所以无超调量和调节时间校正后Step : untitled1Time (sec): : : untitled1Time (sec): : : untitled1Time (sec): : : untitled1Time
(sec): : (sec) 图可看出，超调量=27%，峰值时间调节时间为。为，上升时间为，此可看出，采用串联滞后网络校正系统后截止频率变小，单位阶跃响应的峰值时间增大，并且响应变为稳定。实验总结：以前虽然学习过MATLAB，但于课程结束后使用的机会比较少，对MATLAB的使用已有些生疏，经过这次试验，加强了对MATLAB的熟悉程度，也学会了用MATLAB涉及系统和绘制BODE图。另外也让我对控制工程课程上的一些理论知识有了更加形象的认识，要想更好地掌握一门知识还是需要理论和实践相结合，另外学习课程相关工具也是十分重要的，只有理论和实践相结合，并熟练的使用相关工具，才能更好地把所学运用到生活中去解决问题。
自动控制理论实验报告 实验一 典型环节的时域响应 院系： 班级： 学号： 姓名：
实验一 典型环节的时域响应 一、 实验目的 1．掌握典型环节模拟电路的构成方法，传递函数及输出时域函数的表达式。 2．熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。 3．了解各项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+教学实验系统一套。 三、 实验步骤 1、按图1-2比例环节的模拟电路图将线接好。检查无误后开启设备电源。 注：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100k 电阻。不需再接。 2、将信号源单元的“ST ”端插针与“S ”端插针用“短路块”接好。将信号形式开关设为“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT ”端输出的方波幅值为1V ，周期为10s 左右。 3、将方波信号加至比例环节的输入端R(t)， 用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入R(t)端和输出C(t)端。记录实验波形及结果。 4、用同样的方法分别得出积分环节、比例积分环节、惯性环节对阶跃信号的实际响应曲线。 5、再将各环节实验数据改为如下： 比例环节：；，k R k R 20020010== 积分环节：；，u C k R 22000== 比例环节：；，，u C k R k R 220010010=== 惯性环节：。，u C k R R 220010=== 用同样的步骤方法重复一遍。 四、 实验原理、内容、记录曲线及分析 下面列出了各典型环节的结构框图、传递函数、阶跃响应、模拟电路、记录曲线及理论分析。 1．比例环节 (1) 结构框图： 图1－1 比例环节的结构框图 (2) 传递函数： K S R S C =) () ( K R(S) C(S)
控制工程基础实验指导书 自控原理实验室编印
（内部教材）
实验项目名称: （所属课 程: 院系: 专业班级: 姓名: 学号: 实验日期: 实验地点: 合作者: 指导教师: 本实验项目成绩: 教师签字: 日期: （以下为实验报告正文） 、实验目的 简述本实验要达到的目的。目的要明确，要注明属哪一类实验（验证型、设计型、综合型、创新型）。 二、实验仪器设备 列出本实验要用到的主要仪器、仪表、实验材料等。 三、实验内容 简述要本实验主要内容，包括实验的方案、依据的原理、采用的方法等。 四、实验步骤 简述实验操作的步骤以及操作中特别注意事项。 五、实验结果
给出实验过程中得到的原始实验数据或结果，并根据需要对原始实验数据或结果进行必要的分析、整理或计算，从而得出本实验最后的结论。 六、讨论 分析实验中出现误差、偏差、异常现象甚至实验失败的原因，实验中自己发现了什么问题，产生了哪些疑问或想法，有什么心得或建议等等。 七、参考文献 列举自己在本次准备实验、进行实验和撰写实验报告过程中用到的参考文献资 料。 格式如下 作者，书名（篇名），出版社（期刊名），出版日期（刊期），页码
实验一控制系统典型环节的模拟、实验目的 、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节的模拟方法; 、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性; 、了解典型环节中参数的变化对输出动态特性的影响。 二、实验仪器 、控制理论电子模拟实验箱一台; 、超低频慢扫描数字存储示波器一台; 、数字万用表一只;
、各种长度联接导线。 三、实验原理 运放反馈连接 基于图中点为电位虚地，略去流入运放的电流，则由图 由上式可以求得下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。 、比例环节 实验模拟电路见图所示 U i R i U o 接示波器 以运算放大器为核心元件，由其不同的输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图所示。图中和为复数阻抗，它们都是构成。 Z2 Z1 Ui ,— U o 接示波器 得:
实验1模拟控制系统在阶跃响应下的特性实验 一、实验目的 根据等效仿真原理，利用线性集成运算放大器及分立元件构成电子模拟器, 以干电池作为输入信号，研究控制系统的阶跃时间响应。 二、实验内容 研究一阶与二阶系统结构参数的改变，对系统阶跃时间响应的影响。 三、实验结果及理论分析 1.一阶系统阶跃响应 a. 电容值1uF，阶跃响应波形： b. 电容值2.2uF，阶跃响应波形:
c. 电容值4.4uF，阶跃响应波形: 2?—阶系统阶跃响应数据表 U r= -2.87V R°=505k? R i=500k? R2=496k 其中
T = R2C U c C：)=「(R/R2)U r 误差原因分析： ①电阻值及电容值测量有误差； ②干电池电压测量有误差； ③在示波器上读数时产生误差； ④元器件引脚或者面包板老化，导致电阻变大； ⑤电池内阻的影响输入电阻大小。 ⑥在C=4.4uF的实验中，受硬件限制，读数误差较大3?二阶系统阶跃响应 a.阻尼比为0.1，阶跃响应波形: b.阻尼比为0.5，阶跃响应波形:
4.二阶系统阶跃响应数据表 E R w ( ?) 峰值时间 U o (t p ) 调整时间 稳态终值 超调（%） 震荡次数 C. d. 阻尼比为0.7，阶跃响应波形: 阻尼比为1.0，阶跃响应波形: CHI 反相 带宽限制 伏/格
四、回答问题 1.为什么要在二阶模拟系统中 设置开关K1和K2 ,而且必须 同时动作？ 答：K1的作用是用来产生阶跃信号，撤除输入信后，K2则是构成了C2的 放电回路。当K1 一旦闭合（有阶跃信号输入），为使C2不被短路所以K2必须断开，否则系统传递函数不是理论计算的二阶系统。而K1断开后，此时要让 C2尽快放电防止烧坏电路，所以K2要立即闭合。 2.为什么要在二阶模拟系统中设置 F3运算放大器？ 答：反相电压跟随器。保证在不影响输入和输出阻抗的情况下将输出电压传递到输入端，作为负反馈。 实验2模拟控制系统的校正实验 一、实验目的 了解校正在控制系统中的作用
院系：计算机科学学院专业：智能科学与技术年级： 2012 学号：2012213865 姓名：冉靖 指导教师：王文涛 2014年 6月1日
一. 以下是端口的各个寄存器的使用方式： 1．方向寄存器：PxDIR：Bit=1，输出模式；Bit=0，输入模式。 2．输入寄存器：PxIN，Bit=1，输入高电平；Bit=0，输入低电平。 3．输出寄存器：PxOUT，Bit=1，输出高电平；Bit=0，输出低电平。 4．上下拉电阻使能寄存器：PxREN，Bit=1，使能；Bit=0，禁用。 5．功能选择寄存器：PxSEL，Bit=0，选择为I/O端口；Bit=1，选择为外设功能。6．驱动强度寄存器：PxDS，Bit=0，低驱动强度；Bit=1，高驱动强度。 7．中断使能寄存器：PxIE，Bit=1，允许中断；Bit=0，禁止中断。 8．中断触发沿寄存器：PxIES，Bit=1，下降沿置位，Bit=0：上升沿置位。 9．中断标志寄存器：PxIFG，Bit=0：没有中断请求；Bit=1：有中断请求。 二．实验相关电路图： 1 MSP430F6638 P4 口功能框图： 主板上右下角S1~S5按键与MSP430F6638 P4.0~P4.4口连接： 2按键模块原理图： 我们需要设置两个相关的寄存器：P4OUT和P4DIR。其中P4DIR为方向寄存器，P4OUT 为数据输出寄存器。 主板上右下角LED1~LED5指示灯与MSP430F6638 P4.5~P4.7、P5.7、P8.0连接：
3 LED指示灯模块原理图： P4IN和P4OUT分别是输入数据和输出数据寄存器，PDIR为方向寄存器，P4REN 为使能寄存器： #define P4IN (PBIN_H) /* Port 4 Input */ #define P4OUT (PBOUT_H) /* Port 4 Output */ #define P4DIR(PBDIR_H) /* Port 4 Direction */ #define P4REN (PBREN_H) /* Port 4 Resistor Enable */ 三实验分析 1 编程思路： 关闭看门狗定时器后，对P4.0 的输出方式、输出模式和使能方式初始化，然后进行查询判断，最后对P4.0 的电平高低分别作处理来控制LED 灯。 程序流程图： 2 关键代码分析： #include
实验二二阶系统的瞬态响应分析 一、实验目的 1、熟悉二阶模拟系统的组成。 2、研究二阶系统分别工作在ξ=1，0<ξ<1，和ξ> 1三种状态下的单 位阶跃响应。 3、分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量σP、峰值时间tp和调 整时间ts。 4、研究系统在不同K值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。 5、学会使用Matlab软件来仿真二阶系统，并观察结果。 二、实验仪器 1、控制理论电子模拟实验箱一台； 2、超低频慢扫描数字存储示波器一台； 3、数字万用表一只； 4、各种长度联接导线。 三、实验原理 图2-1为二阶系统的原理方框图，图2-2为其模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和反号器组成，图中K=R2/R1，T1=R2C1，T2=R3C2。 图2-1 二阶系统原理框图
图2-1 二阶系统的模拟电路 由图2-2求得二阶系统的闭环传递函 12 22 122112 /() (1)()/O i K TT U S K U S TT S T S K S T S K TT ==++++ :而二阶系统标准传递函数为 (1)(2), 对比式和式得 n ωξ== 12 T 0.2 , T 0.5 , n S S ωξ====若令则。调节开环增益K 值，不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn 和ξ的值，可以得到过阻尼(ξ>1)、 临界阻尼（ξ=1）和欠阻尼（ξ<1）三种情况下的阶跃响应曲线。 （1）当K >0.625， 0 < ξ < 1，系统处在欠阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为： 图2-3 0 < ξ < 1时的阶跃响应曲线 （2）当K =0.625时，ξ=1，系统处在临界阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为： 如图2-4为二阶系统工作临界阻尼时的单位响应曲线。 (2) +2+=222n n n S S )S (G ωξω ω1 ()1sin( ) (3) 2-3n t o d d u t t tg ξωωωω--=+=式中图为二阶系统在欠阻尼状态下的单位阶跃响应曲线 e t n o n t t u ωω-+-=)1(1)(
一、单项选择题： 1. 某二阶系统阻尼比为0，则系统阶跃响应为 A. 发散振荡 B. 单调衰减 C. 衰减振荡 D. 等幅振荡 2． 一阶系统G(s)=1 +Ts K 的时间常数T 越小，则系统的输出响应达到稳态值的时间 A ．越长 B ．越短 C ．不变 D ．不定 3. 传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？ A.输入信号 B.初始条件 C.系统的结构参数 D.输入信号和初始条件 4．惯性环节的相频特性)(ωθ，当∞→ω时，其相位移)(∞θ为 A ．-270° B ．-180° C ．-90° D ．0° 5．设积分环节的传递函数为G(s)= s 1 ，则其频率特性幅值M(ω)= A. ωK B. 2K ω C. ω1 D. 21ω 6. 有一线性系统，其输入分别为u 1(t)和u 2(t)时，输出分别为y 1(t)和y 2(t)。当输入为a 1u 1(t)+a 2u 2(t)时(a 1,a 2为常数)，输出应为 A. a 1y 1(t)+y 2(t) B. a 1y 1(t)+a 2y 2(t) C. a 1y 1(t)-a 2y 2(t) D. y 1(t)+a 2y 2(t) 7．拉氏变换将时间函数变换成 A ．正弦函数 B ．单位阶跃函数 C ．单位脉冲函数 D ．复变函数 8．二阶系统当0<ζ<1时，如果减小ζ，则输出响应的最大超调量%σ将 A.增加 B.减小 C.不变 D.不定 9．线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下 A ．系统输出信号与输入信号之比 B ．系统输入信号与输出信号之比 C ．系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比 D ．系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比 10．余弦函数cos t ω的拉氏变换是 A.ω+s 1 B.2 2s ω+ω C.22s s ω+ D. 2 2s 1ω + 11. 微分环节的频率特性相位移θ(ω)= A. 90° B. -90° C. 0° D. -180° 12. II 型系统开环对数幅频渐近特性的低频段斜率为 A. -40(dB/dec) B. -20(dB/dec) C. 0(dB/dec) D. +20(dB/dec) 13．令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的
MSP430单片机应用技术 实验报告 学号：XXXXXXXX
实验1 一、实验题目：UCS实验 二、实验目的 设置DCO FLL reference =ACLK=LFXT1 = 32768Hz, MCLK = SMCLK = 8MHz，输出ACLK、SMCLK，用示波器观察并拍照。 UCS，MCLK、 SMCLK 8MHz 的 1 2 六、实验结果 实验２ 一、实验题目：ＦＬＬ＋应用实验 二、实验目的
检测P1.4 输入，遇上升沿进端口中断，在中断服务程序内翻转P4.1 状态。 三、实验仪器和设备 计算机、开发板、示波器、信号源、电源、Code Comeposer Studio v5 四、实验步骤 1、用电缆连接开发板USB2口和电脑USB口，打开电源开关SW1，电源指示灯D5点亮； 2、运行ＣＣＳＶ５； WDT 1、用电缆连接开发板USB2口和电脑USB口，打开电源开关SW1，电源指示灯D5点亮； 2、运行ＣＣＳＶ５； ３、新建工作空间ｗｏｒｋｓｐａｃｅ； ４、新建工程ｐｒｏｊｅｃｔ与源文件ｍａｉｎ．Ｃ； ５、编写程序； ６、编译、调试、下载程序到单片机；
７、观察、分析、保存运行结果。 五、实验程序 实验４ 一、实验题目：ＷＤＴ＿Ａ实验 二、实验目的 定时模式 1 2 六、实验结果 实验５一、实验题目：Ｔｉｍｅｒ＿Ａ实验
二、实验目的 比较模式-Timer_A0，两路PWM 输出，增减计数模式，时钟源SMCLK，输出模式7 TACLK = SMCLK = default DCOCLKDIV。PWM周期CCR0 = 512-1，P1.6 输出PWM占空比CCR1 = 37.5%，P1.7输出PWM占空比CCR1 =12.5%。 要求： （1）用示波器观察两路PWM 输出的波形并拍照，测量周期、正脉宽等参数，与理论值进行对比分析。 （2 （3 1 2 实验６ 一、实验题目：ＡＤＣ１２实验 二、实验目的 ADC12 单次采样A0 端口，根据转换结果控制LED 状态。
实验内容 （一）直流电机双环调速系统实验，此时必须松开连轴节！不带动工作台！ 1． 测试电流环特性 ，由于外接霍尔传感器只有一套，有五套PWM 放大器有电流输出（接成跟随器方式，其电流采样输出为25芯D 型插座的17（模拟地），19脚，但模拟地是电流环的模拟地，不是实验箱运算放大器OP07的地！所以，只能用万用表量测。多数同学可用手堵转，给定微小的输入电压（小于±50mV ）加入到电流环输入端,再加大就必须松开手，观察电机转速能否控制？为什么？如果要测试电流环静态特性，必须用台钳夹住电机轴，保证电机堵转。所以此项实验由教师按图22进行，这里只给出以下数据： 图 22 电流环静态特性实验接线图 （1）霍尔传感器的校准 利用直流稳压电源和电流表校准霍尔传感器，该 传感器为LEM-25,当原边为1匝时，量程为25A ，而原边采用5匝时， 量程为5A ；现在按后者的接法实验，M R 约500Ω。 （2）然后利用它来测试PWM 功率放大器的静态传递系数。电流环的静态特性如表2所示。注意电机是堵转的！
1V;得到通频带400Hz. 2.根据给定参数，利用MATLAB设计速度环的校正装置参数,画出校正前后的Bode图调，到实验室自己接线，教师检查无误后，可以通电调试；首先，正确接线保证系统处于负反馈，如果正反馈会产生什么现象？如何通过开环特性判断测速反馈是负反馈？对此有正确定答案后方能够开始实验。 （1）在1 β和β=0.4～0.5时分别调试校正装置的参数，使其单位阶跃输入的 = 响应曲线超调量最小，峰值时间最短，并记录阶跃响应曲线的特征值； 能够用A/D卡把数据采集到计算机中更好！ （2）断开电源，记录最佳的校正装置参数； （3）测试速度环静态特性，为加快测试速度，可直接测试输入电压和测速机电压的关系；在转速低的情况下用手动阻止电机的转动，是否会影响转速？ 为什么？分析速度环的机械特性（转速与负载力矩的关系曲线称为机械特 性），从而说明系统的刚度。 （4）有条件的小组可测试速度环频率特性（只测量幅频特性）。 （二）电压－位置伺服系统实验 开始，也必须脱开电机与工作台的连轴节！直到位置环调试好后，再把连轴节连接好！ 1．断开使能，手动电机转动，检查电子电位计工作的正确性！ 2．让位置环开环，利用调速系统，观察电子电位计在大范围工作的正确性，可利用示波器或万用表测试电位计的输出。 3．位置环要使用实验箱的头2个运算放大器，所以必须注意注意位置反馈的极性；为保证位置反馈是负反馈，必须通过位置系统开环来判断，这时位置调节器只利用比例放大器，如果发现目前的接线是正反馈后，怎么接线？ 4．将位置环的位置反馈正确接到反馈输入端，利用给定指令电位计，移动它，使电机位置按要求转动。正确后，即可把连轴节连接好，连接连轴节时用专用内六角扳手。这时应该断电！ 5．按设计的校正装置连接好，再上电。测试具有比例放大器和近似比例积分调节器时的阶跃响应曲线，并记录之； 6．测试输入电压－位置的传递特性曲线； 7．用手轮加小力矩估计系统的（电弹簧）刚度。 三、实验报告要求 （一）速度环实验 1．对速度环建模，画出速度环方块图，传递函数图 2．画出校正前后的Bode图，设计校正装置及其参数； 3．写出实验原始数据，整理出静态曲线和动态数据； 4．从理论和实际的结合上，分析速度环的特点，并写出实验的收获和改进意见； （二）位置环实验 1．对位置环建模，画出位置环方块图，传递函数图；
中北大学 机械工程与自动化学院 实验指导书 课程名称：《机械工程控制基础》 课程代号：02020102 适用专业：机械设计制造及其自动化 实验时数：4学时 实验室：数字化实验室 实验内容：1.系统时间响应分析 2.系统频率特性分析 机械工程系 2010.12
实验一 系统时间响应分析 实验课时数：2学时 实验性质：设计性实验 实验室名称：数字化实验室 一、实验项目设计内容及要求 1.试验目的 本实验的内容牵涉到教材的第3、4、5章的内容。本实验的主要目的是通过试验，能够使学生进一步理解和掌握系统时间响应分析的相关知识，同时也了解频率响应的特点及系统稳定性的充要条件。 2.试验内容 完成一阶、二阶和三阶系统在单位脉冲和单位阶跃输入信号以及正弦信号作用下的响应，求取二阶系统的性能指标，记录试验结果并对此进行分析。 3.试验要求 学习教材《机械工程控制基础（第5版）》第2、3章有关MA TLAB 的相关内容，要求学生用MA TLAB 软件的相应功能，编程实现一阶、二阶和三阶系统在几种典型输入信号（包括单位脉冲信号、单位阶跃信号、单位斜坡信号和正弦信号）作用下的响应，记录结果并进行分析处理：对一阶和二阶系统，要求用试验结果来分析系统特征参数对系统时间响应的影响；对二阶系统和三阶系统的相同输入信号对应的响应进行比较，得出结论。 4.试验条件 利用机械工程与自动化学院数字化试验室的计算机，根据MA TLAB 软件的功能进行简单的编程来进行试验。 二、具体要求及实验过程 1.系统的传递函数及其MA TLAB 表达 (1)一阶系统 传递函数为：1 )(+= Ts K s G 传递函数的MA TLAB 表达： num=[k]；den=[T,1]；G(s)=tf(num,den) (2)二阶系统 传递函数为：2 2 2 2)(n n n w s w s w s G ++= ξ 传递函数的MA TLAB 表达： num=[2n w ]；den=[1，ξ2wn ，wn^2]；G(s)=tf(num,den) （3）任意的高阶系统 传递函数为：n n n n m m m m a s a s a s a b s b s b s b s G ++++++++= ----11 101110)( 传递函数的MA TLAB 表达： num=[m m b b b b ,,,110- ]；den=[n n a a a a ,,,110- ]；G(s)=tf(num,den)
单片机实验报告 学院：姓名：学号：指导老师：
目录 第一章实验内容、目的及要求 (2) 一、内容 (2) 二、目的及要求 (3) 第二章实验 (3) 实验一数字量输入输出实验 (3) 实验二定时器/计数器实验 (4) 实验三Ａ/Ｄ、Ｄ/Ａ转换实验 (11) 实验四串行通信设计 (20) 第三章实验体会 (28)
第一章实验内容、目的及要求 一、内容 实验一数字量输入输出实验 阅读、验证C语言程序功能。使用汇编语言编程，完成实验指导书之“3.1 数字量输入输出实验”基本实验项目。 实验二定时器/计数器实验 阅读、验证C语言程序功能。使用汇编语言编程，完成实验指导书之“3.3 定时/计数器实验”基本实验项目。 提高部分：定时器控制LED灯 由单片机内部定时器1，按方式1工作，即作为16位定时器使用每0.05秒钟T1溢出中断一次。P1口的P1.0-P1.7分别接八个发光二极管。编写程序模拟时序控制装置。开机后第一秒钟L1，L3亮，第二秒钟L2，L4亮，第三秒钟L5，L7亮，第四秒钟L6，L8亮，第五秒钟L1，L3，L5，L7亮，第六秒钟L2，L4，L6，L8亮，第七秒钟八个LED灯全亮，第八秒钟全灭，以后又从头开始，L1，L3亮，然后L2，L4亮……一直循环下去。 实验三Ａ/Ｄ、Ｄ/Ａ转换实验 阅读、验证C语言程序功能。使用汇编语言编程，完成实验指导书之“4.3 A/D转换实验”项目（P64）和“4.4 D/A转换实验”项目。 提高部分：（要求：Proteus环境下完成） 小键盘给定（并显示工作状态），选择信号源输出波形类型（D/A 转换方式），经过A/D采样后，将采样数据用LED灯，显示当前模拟信号值大小及变化状态。 实验四串行通讯实验 阅读、调试C语言程序功能。使用汇编语言编程，完成实验指导书之“3.7 串口通讯实验”项目。（要求：实验仪器上完成）提高部分：（要求：Proteus环境下完成） 利用单片机实验系统，实现与PC机通讯。功能要求：将从实验系统键盘上键入的数字，字母显示到PC机显示器上，将PC机键盘输入的字符（0-F）显示到单片机实验系统的数码管上。
《控制工程基础》实验报告 姓名欧宇涵 914000720206 周竹青 914000720215 学院教育实验学院 指导老师蔡晨晓 南京理工大学自动化学院 2017年1月
实验1：典型环节的模拟研究 一、实验目的与要求： 1、学习构建典型环节的模拟电路； 2、研究阻、容参数对典型环节阶跃响应的影响； 3、学习典型环节阶跃响应的测量方法，并计算其典型环节的传递函数。 二、实验内容： 完成比例环节、积分环节、比例积分环节、惯性环节的电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃响应特性的影响。 三、实验步骤与方法 （1）比例环节 图1-1 比例环节模拟电路图 比例环节的传递函数为：K s U s U i O =)()(，其中1 2R R K =，参数取R 2=200K ，R 1=100K 。 步骤： 1、连接好实验台，按上图接好线。 2、调节阶跃信号幅值(用万用表测)，此处以1V 为例。调节完成后恢复初始。 3、Ui 接阶跃信号、Uo 接IN 采集信号。 4、打开上端软件，设置采集速率为“1800uS”，取消“自动采集”选项。 5、点击上端软件“开始”按键，随后向上拨动阶跃信号开关，采集数据如下图。 图1-2 比例环节阶跃响应
（2）积分环节 图1-3 积分环节模拟电路图 积分环节的传递函数为： S T V V I I O 1 -=，其中T I =RC ，参数取R=100K ，C=0.1μf 。 步骤：同比例环节，采集数据如下图。 图1-4 积分环节阶跃响应 （3）微分环节 图1-5 微分环节模拟电路图 200K R V I Vo C 2C R 1 V I Vo 200K
中北大学机械与动力工程学院 实验报告 专业名称__________________________________ 实验课程名称______________________________ 实验项目数_______________总学时___________ 班级______________________________________ 学号______________________________________ 姓名______________________________________ 指导教师__________________________________ 协助教师__________________________________ 日期______________年________月______日____
实验二二阶系统阶跃响应 一、实验目的 1．研究二阶系统的特征参数如阻尼比ζ和无阻尼自然频率ω n 对系统动态性能 的影响；定量分析ζ和ω n 与最大超调量Mp、调节时间t S 之间的关系。 2．进一步学习实验系统的使用方法。 3．学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。 二、实验仪器 1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．PC计算机一台 三、实验原理 1．模拟实验的基本原理： 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。 2.时域性能指标的测量方法：超调量% σ： 1)启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。 2)测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查 找原因使通信正常后才可以继续进行实验。 3)连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1 输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。 4)在实验课题下拉菜单中选择实验二[二阶系统阶跃响应] 。 5)鼠标双击实验课题弹出实验课题参数窗口。在参数设置窗口中设置相应 的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。 6)利用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，带入下式算出超 调量： Y MAX - Y ∞ % σ=——————×100% Y ∞ t P 与t s :利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳 态值所需的时间值，便可得到t P 与t s 。 四、实验内容 典型二阶系统的闭环传递函数为 ω2 n ?（S）= （1） s2＋2ζω n s＋ω2 n
单片机S T M实验报告 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
实验报告 课程名称：单片微机原理与车载系统 学生姓名蒋昭立 班级电科1601 学号 指导教师易吉良 成绩 2018年 12 月 17 日
实验1 GPIO实验 实验目的 1）熟悉MDK开发环境； 2）掌握STM32单片机的GPIO使用方法。 实验设备 1）一台装有Keil和串口调试软件的计算机； 2）一套STM32F103开发板； 3）STlink硬件仿真器。 基本实验内容 1）熟悉MDK开发环境，参考《STM32F1开发指南(精英版)-寄存器版本》第3章，安装MDK并新建test工程，运行例程，在串口窗宽观察结果，并记录如下：从图片可以看出，例程运行成功，没有错误。
2）按键输入实验，《STM32F1开发指南(精英版)-寄存器版本》第8章。实现功能： 3 个按钮（KEY_UP、KEY0和 KEY1），来控制板上的 2 个 LED（DS0 和 DS1）和蜂鸣器，其中 KEY_UP 控制蜂鸣器，按一次叫，再按一次停；KEY1 控制 DS1，按一次亮，再按一次灭；KEY0 则同时控制 DS0 和 DS1，按一次，他们的状态就翻转一次。 理解连续按概念及其实现代码。参数 mode 为 0 的时候，KEY_Scan 函数将不支持连续按，扫描某个按键，该按键按下之后必须要松开，才能第二次触发，否则不会再响应这个按键，这样的好处就是可以防止按一次多次触发，而坏处就是在需要长按的时候比较不合适。当 mode 为 1 的时候，KEY_Scan 函数将支持连续按，如果某个按键一直按下，则会一直返回这个按键的键值，这样可以方便的实现长按检测。 寄存器方法实现不支持连续按的关键代码，以及程序运行后的效果。 由程序可知，给KEY_Scan函数输入的值为0，为不支持连按模式。
页眉 实验1 模拟控制系统在阶跃响应下的特性实验一、实验目的 根据等效仿真原理，利用线性集成运算放大器及分立元件构成电子模拟器，以干电池作为输入信号，研究控制系统的阶跃时间响应。 二、实验内容 研究一阶与二阶系统结构参数的改变，对系统阶跃时间响应的影响。 三、实验结果及理论分析 1.一阶系统阶跃响应 a.电容值1uF，阶跃响应波形： b.电容值2.2uF，阶跃响应波形： 页脚 页眉
，阶跃响应波形：电容值c.4.4uF 阶系统阶跃响应数据表2.一稳态终值U（∞）（V）时间常数T(s) 电容值c（uF）理论值实际值实际值理论值0.50 2.87 1.0 0.51 2.90 1.07 2.90 2.2 2.87 1.02 2.06 2.90 2.87 4.4 2.24 元器件实测参数=505kU= -2.87V R? R=496k? =500kR?2o1r其中 T?RC2U(?)??(R/R)U rc21页脚 页眉 误差原因分析： ①电阻值及电容值测量有误差；
②干电池电压测量有误差； ③在示波器上读数时产生误差； ④元器件引脚或者面包板老化，导致电阻变大； ⑤电池内阻的影响输入电阻大小。 ⑥在C=4.4uF的实验中，受硬件限制，读数误差较大。 3.二阶系统阶跃响应 a.阻尼比为0.1，阶跃响应波形： b.阻尼比为0.5，阶跃响应波形： 页脚 页眉 ，阶跃响应波形：0.7c.阻尼比为
，阶跃响应波形：阻尼比为1.0d. 阶系统阶跃响应数据表4.二ξR（?）峰值时间U(t) 调整时间稳态终值超调（%）震荡次数pow M（）t）t（s V（）（s UV）N psps6 62.7 2.8 0.3 0.1 2.95 454k 4.8 1 0.5 0.5 3.3 52.9k 2.95 11.9 0.4 1 0.7 0.3 0.4 24.6k 3.0 2.7 2.92 1.0 1.0 2.98 1.0 2.97k 2.98 页脚 页眉 四、回答问题
《控制工程基础》实验指导书常熟理工学院机械工程学院 2009.9
目录 1.MATLAB时域分析实验 (2) 2.MATLAB频域分析实验 (4) 3.Matlab校正环节仿真实验 (8) 4.附录：Matlab基础知识 (14)
实验1 MATLAB 时域分析实验 一、实验目的 1． 利用MATLAB 进行时域分析和仿真。 要求：(1)计算连续系统的时域响应（单位脉冲输入，单位阶跃输入，任意输入）。 2．掌握Matlab 系统分析函数impulse 、step 、lsim 、roots 、pzmap 的应用。 二、实验内容 1．已知某高阶系统的传递函数为 ()265432 220501584223309240100 s s G s s s s s s s ++=++++++，试求该系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应、单位速度响应和单位加速度响应。 MATLAB 计算程序 num=[2 20 50]; den=[1 15 84 223 309 240 100]; t= (0: 0.1: 20); figure (1); impulse (num,den,t); %Impulse Response figure (2); step(num,den,t);%Step Response figure (3); u1=(t); %Ramp.Input hold on; plot(t,u1); lsim(num,den,u1,t); %Ramp. Response gtext(‘t’); figure (4); u2=(t.*t/2);%Acce.Input u2=(0.5*(t.*t)) hold on; plot(t,u2); lsim(num,den,u2,t);%Acce. Response
南京理工大学 电子信息工程综合实验 实验报告 题目：电子信息工程综合实验实验报告院系：电子工程与光电技术学院 姓名（学号）： 指导教师： 实验日期： 2015年11月6号
目录 实验一正交调制器实验 (2) 实验二正交相干检波器 (7) 实验三匹配滤波器 (12) 实验四动目标检测及相参积累 (17) 实验五线性调频脉冲压缩 (29) 实验总结 (35)
实验一 正交调制器实验 一、实验目的 1.掌握正交调制器的工作原理； 2.掌握正交调制器的电路组成。 二、实验仪器 信号源、示波器、直流稳压电源 三、实验原理 正交调制是一种特殊的复用技术，一般是指利用两个频率相同但相位相差90度的正弦波作为载波，同时传送两路互相独立的信号的一种调制方式。图一是具体的调制器功能框图。 图一 正交调制器功能框图 如图一所示，两路互相正交的信号i(t)和q(t)分别调制角频率为W c 的互相正交的正弦波调制，调制后两路相加的波形为： (t)i(t)cosw (t)sinw c c x t q t =+ 如果两路正交的信号i(t)和q(t)分别为线性调频脉冲信号的复包络的实部和虚部，即： 2(t)cos(k t )i π=， 2q(t)sin(k t )π= 正交调制器的输出则为： 222x(t)(t)cos (t)sin cos(k t )cos()sin(k t )sin()cos(k t )c c c c c i t q t t t t ωωπωπωωπ=+=-=+ 显然，正交调制器的输出为载频频率为W c 的线性调频脉冲信号。 四、实验电路 本实验装置主要由波形产生电路以及正交调制电路两个模块组成，硬件方面主要使用了单片机和FPGA 两种可编程的器件联合实现的。单片机处理开关扫描和显示电路，FPGA 实现波形产生与输出选择，具有很大的灵活性和开放性，系统原理框图如图二所示。
南理工控制工程基础实验报告 成绩：《控制工程基础》课程实验报告班级：学号：姓名：南京理工大学2015年12月《控制工程基础》课程仿真实验一、已知某单位负反馈系统的开环传递函数如下G(s)?10 s2?5s?25借助MATLAB和Simulink完成以下要求：(1) 把G(s)转换成零极点形式的传递函数，判断开环系统稳定性。>> num1=[10]; >> den1=[1 5 25]; >> sys1=tf(num1,den1) 零极点形式的传递函数：于极点都在左半平面，所以开环系统稳定。(2) 计算闭环特征根并判别系统的稳定性，并求出闭环系统在0～10秒内的脉冲响应和单位阶跃响应，分别绘出响应曲线。>> num=[10];den=[1,5,35]; >>
sys=tf(num,den); >> t=[0::10]; >> [y,t]=step(sys,t); >> plot(t,y),grid >> xlabel(‘time(s)’) >> ylabel(‘output’) >> hold on; >> [y1,x1,t]=impulse(num,den,t); >> plot(t,y1,’:’),grid (3) 当系统输入r(t)?sin5t时，运用Simulink搭建系统并仿真，用示波器观察系统的输出，绘出响应曲线。曲线：二、某单位负反馈系统的开环传递函数为：6s3?26s2?6s?20G(s)?4频率范围??[,100] s?3s3?4s2?2s?2 绘制频率响应曲线，包括Bode图和幅相曲线。>> num=[6 26 6 20]; >> den=[1 3 4 2 2]; >> sys=tf(num,den); >> bode(sys,{,100}) >> grid on >> clear; >> num=[6 26 6 20]; >> den=[1 3 4 2 2]; >> sys=tf(num,den); >> [z , p , k] = tf2zp(num, den); >> nyquist(sys) 根据Nyquist判据判定系统的稳定性。
机械控制工程基础实验 指导书 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】
河南机电高等专科学校《机械控制工程基础》 实验指导书 专业：机械制造与自动化、起重运输机械设计与制造等 机械制造与自动化教研室编 2012年12月
目录
实验任务和要求 一、自动控制理论实验的任务 自动控制理论实验是自动控制理论课程的一部分，它的任务是： 1、通过实验进一步了解和掌握自动控制理论的基本概 念、控制系统的分析方法和设计方法； 2、重点学习如何利用MATLAB工具解决实际工程问题和 计算机实践问题； 3、提高应用计算机的能力及水平。 二、实验设备 1、计算机 2、MATLAB软件 三、对参加实验学生的要求 1、阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，明确每次实验的目的，了解内容和方法。 2、按实验指导书要求进行操作；在实验中注意观察，记录有关数据和图 像，并由指导教师复查后才能结束实验。 3、实验后关闭电脑，整理实验桌子，恢复到实验前的情况。 4、认真写实验报告，按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。字迹 要清楚，画曲线要用坐标纸，结论要明确。 5、爱护实验设备，遵守实验室纪律。 实验模块一 MATLAB基础实验 ——MATLAB环境下控制系统数学模型的建立 一、预备知识 的简介
MATLAB为矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，由美国MathWorks公司出品的商业数学软件。主要用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 来源：20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler 为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由 Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。 地位：和Mathematica、Maple并称为三大数学软件，在数学类科技应用软件中，在数值计算方面首屈一指。 功能：矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等。 应用范围：工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 图1-1 MATLAB图形处理示例 的工作环境 启动MATLAB，显示的窗口如下图所示。 MATLAB的工作环境包括菜单栏、工具栏以及命令运行窗口区、工作变量区、历史指令区、当前目录窗口和M文件窗口。 (1)菜单栏用于完成基本的文件输入、编辑、显示、MATLAB工作环境交互性设置等操作。 (2)命令运行窗口“Command Window”是用户与MATLAB交互的主窗口。窗口中的符号“》”表示MATLAB已准备好，正等待用户输入命令。用户可以在“》”提示符后面输入命令，实现计算或绘图功能。 说明：用户只要单击窗口分离键，即可独立打开命令窗口，而选中命令窗口中Desktop菜单的“Dock Command Window”子菜单又可让命令窗口返回桌面（MATLAB桌面的其他窗口也具有同样的操作功能）；在命令窗口中，可使用方向
河南机电高等专科学校《机械控制工程基础》
目录 实验任务和要求............................................................................................................................................. 实验模块一MATLAB基础实验............................................................................................................
实验任务和要求 一、自动控制理论实验的任务 自动控制理论实验是自动控制理论课程的一部分，它的任务是： 1、通过实验进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设 2、按实验指导书要求进行操作；在实验中注意观察，记录有关数据和图像，并由指 导教师复查后才能结束实验。 3、实验后关闭电脑，整理实验桌子，恢复到实验前的情况。
4、认真写实验报告，按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。字迹要清楚， 画曲线要用坐标纸，结论要明确。 5、爱护实验设备，遵守实验室纪律。 实验模块一MATLAB基础实验 ——MATLAB环境下控制系统数学模型的 建立 一、预备知识 1.MATLAB的简介 MATLAB为矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，由美国MathWorks公司出品的商业数学软件。主要用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 来源：20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。 地位：和Mathematica、Maple并称为三大数学软件，在数学类科技应用软件中，在数值计算方面首屈一指。 功能：矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言