机械工程控制基础实验报告

机械工程控制基础教案第一章：机械工程控制基础概述教学目标：1. 了解机械工程控制的基本概念和原理。

2. 掌握机械工程控制系统的分类和特点。

3. 理解机械工程控制系统的应用和发展趋势。

教学内容：1. 机械工程控制系统的定义和作用。

2. 机械工程控制系统的分类：开环控制系统和闭环控制系统。

3. 机械工程控制系统的特点：实时性、稳定性和准确性。

4. 机械工程控制系统的应用领域：机械制造、、自动化生产线等。

5. 机械工程控制系统的未来发展趋势：智能化、网络化和绿色化。

教学方法：1. 讲授法：讲解机械工程控制基础的概念和原理。

2. 案例分析法：分析典型的机械工程控制系统的应用实例。

3. 讨论法：引导学生思考机械工程控制系统的未来发展。

教学资源：1. 教材：机械工程控制基础。

2. 多媒体课件：图片、视频和动画等。

教学评估：1. 课堂问答：检查学生对机械工程控制基础概念的理解。

2. 小组讨论：评估学生对机械工程控制系统应用和发展趋势的理解。

第二章：机械工程控制系统的建模与分析教学目标：1. 学习机械工程控制系统的建模方法。

2. 掌握机械工程控制系统的时域分析和频域分析。

3. 理解机械工程控制系统的稳定性判据。

教学内容：1. 机械工程控制系统的建模方法：机理建模和实验建模。

2. 机械工程控制系统的时域分析：稳态误差、瞬态响应和稳定性。

3. 机械工程控制系统的频域分析：频率响应和波特图。

4. 机械工程控制系统的稳定性判据：奈奎斯特判据、伯德图判据等。

教学方法：1. 讲授法：讲解机械工程控制系统的建模方法和分析方法。

2. 数值分析法：利用数学软件进行机械工程控制系统的建模和分析。

3. 案例研究法：分析具体的机械工程控制系统的建模和分析实例。

教学资源：1. 教材：机械工程控制系统的建模与分析。

2. 数学软件：MATLAB等。

教学评估：1. 课堂问答：检查学生对机械工程控制系统建模和分析方法的理解。

2. 数值作业：评估学生对机械工程控制系统建模和分析的实践能力。

机械工程控制基础MATLAB分析与设计仿真实验报告一、实验目的：1.学习并掌握MATLAB软件的基本使用方法；2.了解机械工程控制的基本概念和理论知识；3.分析并设计机械工程控制系统的仿真模型。

二、实验内容：1.使用MATLAB软件绘制机械工程控制系统的block图；2.使用MATLAB软件进行机械工程控制系统的数学建模和仿真；3.使用MATLAB软件对机械工程控制系统进行性能分析和优化设计。

三、实验步骤：1.打开MATLAB软件，并创建一个新的m文件；2.根据机械工程控制系统的控制原理，绘制系统的block图；3.根据系统的block图，使用MATLAB软件进行数学建模，并编写相应的代码；4.对机械工程控制系统进行仿真，并分析仿真结果；5.根据仿真结果，优化系统参数，并重新进行仿真。

四、实验结果分析：通过对实验步骤的操作，我们得到了机械工程控制系统的仿真结果。

根据仿真结果，我们可以对系统的性能进行分析和评估。

通过与系统要求相比较，可以发现系统存在响应速度较慢、稳态误差较大等问题。

在实验中，我们根据分析结果对系统进行了优化设计，并重新进行了仿真。

优化设计的目标是改善系统的性能，使其更接近于理想的控制效果。

通过对系统的参数进行调整和调节，我们成功地改善了系统的性能。

五、实验总结：通过本次实验，我们学习了MATLAB软件的基本使用方法，并了解了机械工程控制的基本概念和理论知识。

我们通过对机械工程控制系统的仿真，实现了对系统性能的分析和优化设计。

在实验过程中，我们遇到了一些问题，例如如何选择合适的参数和调节控制量等。

通过查阅相关资料和与同学的交流讨论，我们成功地解决了这些问题，同时加深了对机械工程控制的理解。

通过本次实验，我们不仅掌握了MATLAB软件的基本使用方法，还加深了对机械工程控制的理解。

这对我们今后从事相关工作和开展相关研究都具有重要的指导和帮助作用。

《机械工程控制基础》实验指导书青岛科技大学前言机械工程控制基础是针对过程装备与控制工程专业而开设的一门专业基础课，主要讲解自动控制原理的主要内容，是一门理论性较强的课程，为了帮助学生学好这门课，能够更好的理解理论知识，在课堂教学的基础上增加了该实验环节。

《机械工程控制基础》实验指导书共编写了4个实验，有实验一、典型环节模拟研究实验二、典型系统动态性能和稳定性分析实验三、控制系统的频率特性分析实验四、调节器参数对系统调节质量的影响《机械工程控制基础》实验指导书的编写主要依据“控制工程基础”教材的内容，结合本课程教学大纲的要求进行编写。

利用计算机和MATLAB程序完成实验。

注：1）每个实验的实验报告均由5部分组成，最后一部分“实验数据分析”或“思考题”必须写。

2）每个实验所记录的图形均需标出横轴和纵轴上的关键坐标点。

目录实验一典型环节模拟研究 (4)一、实验目的二、实验要求三、实验原理四、实验内容及步骤五、实验报告要求实验二典型系统动态性能和稳定性分析 (7)一、实验目的二、实验要求三、实验原理四、实验内容及步骤五、实验报告要求实验三控制系统的频率特性分析 (9)一、实验目的二、实验要求三、实验原理四、实验内容及步骤五、实验报告要求实验四调节器参数对系统调节质量的影响 (11)一、实验目的二、实验要求三、实验原理四、实验内容及步骤五、实验报告要求附录一：MATLAB6.5的使用 (13)实验一典型环节模拟研究一、实验目的1．熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线2．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。

二、实验要求1．观测并记录各种典型环节的阶跃响应曲线2．观测参数变化对典型环节阶跃响应的影响，测试并记录相应的曲线三、实验原理1．惯性环节（一阶环节），如图1-1所示。

(a) 只观测输出曲线(b) 可观测输入、输出两条曲线图1-1 惯性环节原理图2．二阶环节，如图1-2所示。

或图1-2 二阶环节原理图3．积分环节，如图1-3所示。

现代机械工程基础实验Ⅰ（机电）实验报告（液压控制应用部分）班级机械104姓名PengGe学号版权所有，翻版随意~好好学习，天天向上不用谢山东某建筑大学机电工程学院目录一、过山车项目.................................................................................................. - 1 -二、坦克系统...................................................................................................... - 2 -三、超高压水切割系统...................................................................................... - 4 -四、盾构机系统.................................................................................................. - 6 -五、液压工作站系统.......................................................................................... - 7 -六、写出下列机构的至少10种应用................................................................ - 8 -七、液压转台...................................................................................................... - 9 -八、STEWart平台系统 ...................................................................................... - 9 -九、简述磁流变和电流变减震器的工作原理................................................ - 10 -十、联想液压机构新的应用.......................................................................... - 10 - 十一、机器骡子液压系统设计........................................................................ - 10 - 十二、液力变矩器............................................................................................. - 11 -一、过山车项目1、过山车采用液压弹射器提速，液压系统原理图如下：2、过山车机械结构设计方案图3、该方案应用到其他方面的5种应用情况坦克仿真驾驶平台的起伏效果、混凝土搅拌机、塔式起重机、车辆驱动传动系统，液压起升平台4、过山车液压节能回收装置过山车——磁极1——磁极2——齿轮旋转——液压泵——活塞式蓄能器二、坦克系统1、坦克行走系统液压原理图2、坦克液压减震系统原理图3、液压减震系统机械结构图4、设计一个减震系统,使得生鸡蛋从5米高的地方下落能够完好三、超高压水切割系统1、液压系统原理图功能：把低压水增压，一般增压到水压为3000～4000巴（bar）。

机械工程控制基础实验报告200 -200 学年第学期班级：姓名：学号：指导教师：实验一、MA TLAB概述：MATLAB是Math Works公司的软件产品，是一个高级的数值分析、处理和计算的软件，其强大的矩阵运算能力和完美的图形可视化功能，使得它成为国际控制界应用最广泛的首选计算机工具。

MATLAB具有良好的的可扩展性，其函数大多数为ASCII文件，可以直接进行编辑、修改；其工具箱可以任意增加，任何人可以生成自己的MATLAB工具箱。

因此，很多研究成果被直接做成MATLAB工具箱发表。

SIMULINK是基于模型化图形的动态系统仿真软件，是MATLAB的一个工具箱，它使系统分析进入一个崭新的阶段，它不需要过多地了解数值问题，而是侧重于系统的建模、分析和设计。

其良好的人机界面及周到的帮助功能使得它广为科技界和工程界采用。

因此，本试验将尽可能把MA TLAB和SIMULINK工具应用于控制系统的分析和计算中。

二、实验报告要求1.报告要求单面A4纸打印。

2.按照每个题目的具体要求，手写或者计算机打印。

3.实验报告，占平时分的30%计入总评成绩中。

试验一：用MATLAB 进行部分分式展开1、试验目的： （1）对MA TLAB 进行初步的了解；（2）掌握应用MATLAB 对高阶函数进行部分分式的展开。

2、试验学时：1学时3、试验方法：MA TLAB 有一个命令用于求B （S ）/A （S ）的部分分式展开式。

设S 的有理分式为F （S ）=B （S ）/A(S)=num/den=(b 0S n +b 1S n-1+…+b n )/(S n +a 1S n-1+…+a n ) 式中ai 和bi 的某些值可能是零。

在MATLAB 的行向量中，num 和den 分别表示F(S)分子和分母的系数，即num=[b0 b1 … bn] den=[1 a1 … an] 命令[r,p,q]=residue(num,den)MATLAB 将按下式给出F （S ）部分分式展开式中的留数、极点和余项：有：r(1)、r(2)…r(n)是函数的留数；p(1)、p （2）、…p(n)是函数的极点；K （s ）是函数的余项。

浙师大机械控制工程基础实验报告实验题目：基于PLC的物流分拣系统实验目的：1. 熟练掌握PLC的基础操作方法和基本编程控制指令；2. 训练学生基于PLC系统编程控制工业自动化过程的能力；3. 加强学生的团队合作精神和主动学习能力。

实验原理：物流分拣系统是指在物流运输中采用计算机处理等高新技术方法，在分拣中心采用机器人等自动化设备进行货物分拣与配送的一种系统。

该系统能够快速、准确、有效地将运输到分拣中心的物品按目的地分拣到不同的运输线，从而大大提高物流运输的效率。

PLC是指可编程逻辑控制器，是是一种专门用于工业自动化控制的电子控制系统。

PLC采用模块化结构，硬件结构稳定可靠，软件编程便捷，节约时间和人力成本。

在物流分拣系统中，PLC作为主控制器，可以负责分拣机械的协调配合，控制信息流向等功能。

实验内容：1. 排队分拣根据结合机加工线和物料线，实现视觉和条形码识别技术，完成物料编码的判断和物料流的整合，实现从进入物流流程到离开物流流程整个物料的追溯与控制。

2. 小车行动控制小车作为物货运输的载体，需要能够快速、精准地控制运动，将物品从物流中心运送到指定的地方。

小车行动控制采用PLC编程控制，实现小车的移动、停止、按钮控制等功能。

3. 分拣板块控制分拣板块是指机械手臂的配件，负责将货物从输送带上拿起，放到指定的分拣台上。

分拣板块控制采用PLC编程控制，实现板块的排列、旋转、抓取和放置等动作。

实验设备：1. 运动控制平台：用于小车的行驶控制和物品的输送物流控制；2. 分拣机械：负责机械臂的动作控制和物料的分拣；3. PLC编程软件：用于PLC的编程和控制；4. 编码器和条码扫描仪：用于物品的识别和编码。

实验操作：1. 阅读实验手册，明确实验目的、原理和内容。

2. 根据实验手册中所提供的PLC编程思路，结合实验内容，选择合适的PLC编程方式进行程序设计。

3. 根据实验手册中所给出的运动控制平台和分拣机械的物理结构，进行网络连接和物理接线。

机械工程控制基础实验
实验项目1：典型环节的时域响应
1.教学内容
列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，对比阶跃输入下理想响应曲线与实际响应曲线的差别，并分析原因。

2.教学目标
（1）熟悉并掌握TD-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响应曲线和实际阶跃响应曲线。

对比差异、分析原因。

实验项目2：典型系统的时域响应和稳定性分析
1.教学内容
列出二阶系统环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，分析典型二阶系统稳定性。

2.教学目标
（1）研究二阶系统的特征参量（x、wn）对过渡过程的影响。

（2）研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。

实验项目3：线性系统的校正
1.教学内容
通过串联校正，实现系统动态性能和静态性能改善。

2.教学目标
（1）掌握系统校正的方法，重点了解串联校正。

— 1 —
（2）根据期望的时域性能指标推导出二阶系统的串联校正环节的传递函数。

四、考核方式及要求
对实验前复习教材并预习实验讲义、实验过程中考核和实验报告成绩进行综合评分。

五、主要仪器设备及现有台套数
PC机一台，TD-ACC+（或TD-ACS）实验系统一套，现有30套。

六、教材及参考书
1.教材：杨叔子.机械工程控制基础.华中科技大学出版社，2008，
2.
2.参考书：胡寿松．自动控制原理．科学出版社，2007.6．
— 2 —。

一. 实验教学目的和任务机械设计制造及其自动化、机械电子工程专业培养目标为机械与电子结合、信息与控制相结合的宽口径的人才，要求学生有扎实的基础理论知识、较强的实践动手能力与创新能力。

因而要求本专业的学生必须掌握《控制工程基础》的相关基础知识。

实验的主要目的是使学生通过实验中的系统设计及理论分析，帮助学生进一步理解自动控制系统的设计和分析方法，综合应用所学的工程数学、模拟电路、数字电路等基础知识，培养控制系统的独立设计与研究开发能力，从自动控制工程的角度自觉地建立系统的思维方法。

二. 实验教学基本要求1. 本实验课程单独设课，教师需向学生讲解实验课程的性质，任务，要求，课程安排和进度，平时考核内容，期末考试办法，实验守则及实验室安全制度等。

2. 实验课以设计性与验证性实验为主，实验指导书中给出设计题目与方法，也可由学生自主设计实验方法，实验前学生必需进行预习，设计报告经教师批阅后，方可进入实验室进行实验。

3. 在规定的时间内，学生分组独立完成，出现问题，教师要引导学生独立分析解决，不得包办代替。

4. 任课教师要认真上好每一堂课，实验前清点学生人数，实验中按要求做好学生实验情况及结果记录，实验后认真填写实验开出记录。

5. 学生必须严格遵守实验室规定，实验分组独立进行。

实验完成后一周内学生完成实验报告，指导教师二周内完成实验报告的批改、成绩登记，并上交相关文件存档。

三. 实验教学内容本课程实验教学安排以下2个实验。

可根据具体教学情况及实验设备性能情况，在THBCC-1信号与系统·控制理论及计算机技术实验平台实验指导书所给13个实验中合理选取2个实验项目进行。

实验项目一：控制系统时域分析实验项目二：控制系统频域分析四. 实验项目与学时分配实验项目与学时分配表五. 实验考核办法与成绩评定实验考核成绩占课程总成绩的权重为10%，计入平时成绩。

六. 实验教材（或参考书、指导书）本专业实验采用自编实验指导书。

《机电控制工程基础》实验指导书适用专业：机械设计制造及其自动化机械电子工程太原工业学院机械工程系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（机械工程系）一、实验项目设计内容及要求1. 实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. 实验内容完成一阶、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. 实验要求系统时间响应分析试验要求学生用MATLAB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. 实验条件利用数字化实验室的计算机，根据MATLAB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MATLAB表达(1)一阶系统 传递函数为：1)(+=Ts Ks G 传递函数的MATLAB 表达： num=[k]；den=[T,1]；G(s)=tf(num,den) (2)二阶系统传递函数为：2222)(nnnw s w s w s G++=ξ传递函数的MATLAB 表达： num=[2n w ]；den=[1，n w ξ2，2n w ]；G(s)=tf(num,den) （3）任意的高阶系统传递函数为：nn n n mm m m a s a s a s a b s b s b s b s G ++++++++=----11101110)( 传递函数的MATLAB 表达：num=[m m b b b b ,,,110- ]；den=[nn a a a a ,,,110- ]；G(s)=tf(num,den) 若传递函数表示为：)())(()())(()(1010nmp s p s p s z s z s z s K s G------=则传递函数的MATLAB 表达：z=[m z z z ,,,10 ]；p=[n p p p ,,,10 ]；K=[K]；G(s)=zpk(z,p,k) 2.各种时间输入信号响应的表达（1）单位脉冲信号响应：[y,x]=impulse[sys,t] （2）单位阶跃信号响应：[y,x]=step[sys,t] （3）任意输入信号响应：[y,x]=lsim[sys,u,t]其中，y 为输出响应，x 为状态响应（可选）；sys 为建立的模型；t 为仿真时间区段（可选）实验方案设计可参考教材相关内容，相应的M程序可参考教材（杨叔子主编的《机械工程控制基础》第五版）提供的程序，在试验指导教师的辅导下掌握M程序的内容和格式要求，并了解M程序在MATLAB软件中的加载和执行过程。

Hefei University of Technology《控制工程基础》实验报告学院机械与汽车工程学院姓名学号专业班级机械设计制造及其自动化13-7班2015年12月15日自动控制原理实验• 1、线性系统的时域分析• 1.1典型环节的模拟研究一、实验要求1、掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式。

2、观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响。

二、实验原理(典型环节的方块图及传递函数)三、实验内容及步骤在实验中欲观测实验结果时，可用普通示波器，也可选用本实验机配套的虚拟示波器。

如果选用虚拟示波器，只要运行LABACT 程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。

具体用法参见用户手册中的示波器部分。

1) 观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。

该环节在A1单元中分别选取反馈电阻R1=100K 、200K 来改变比例参数。

图3-1-1 典型比例环节模拟电路实验步骤： 注：“SST ”不能用“短路套”短接！（1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V 作为系统的信号输入（Ui ） （2）安置短路套、联线，构造模拟电路：（a（b（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT （Uo ）。

注：CH1选“X1”档。

时间量程选“x4”档。

（4）运行、观察、记录：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5V 阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo ）的实际响应曲线Uo （t ），且将结果记下。

改变比例参数（改变运算模拟单元A1的反馈电阻R1），重新观测结果,其实际阶跃响应曲线见表3-1-1。

2) 观察惯性环节的阶跃响应曲线典型惯性环节模拟电路如图3-1-2所示。