机械工程控制实验报告

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。

中北大学《机械工程控制基础》实验报告班级 X学号 32姓名陈国梁时间 2011-12-24实验一：系统时间响应分析实验时间：2011-12-24 实验室名称：数字化实验室内容：1、 实验结果与相应的MATLAB 程序一阶系统单位脉冲和单位阶跃响应clear all;t=[0:0.001:0.2]; %nG=[1];tao=0.2;dG=[tao 1];G1=tf(nG ,dG); tao=0.3;dG=[tao 1];G2=tf(nG ,dG); tao=0.4;dG=[tao 1];G3=tf(nG ,dG) %[y1,T]=impulse(G1,t);[y1a,T]=step(G1,t); [y2,T]=impulse(G2,t);[y2a,T]=step(G2,t); [y3,T]=impulse(G3,t);[y3a,T]=step(G3,t); %subplot(121),plot(T,y1,'--',T,y2,'-.',T,y3,'-') legend('tao=0.2','tao=0.3','tao=0.4') xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');grid on;subplot(122),plot(T,y1a,'--',T,y2a,'-.',T,y3a,'-') legend('tao=0.2','tao=0.3','tao=0.4') grid on;xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');0.050.10.150.21.522.533.544.55t(sec)x (t )0.050.10.150.200.10.20.30.40.50.60.7t(sec)x (t)二阶系统单位脉冲和单位阶跃响应clear all; t=[0:0.01:4]; wn=7;nG=[wn^2];kc=0.3;dG1=[1 2*kc*wn wn^2];G1=tf(nG ,dG1); kc=0.6;dG2=[1 2*kc*wn wn^2];G2=tf(nG ,dG2); kc=0.9;dG3=[1 2*kc*wn wn^2];G3=tf(nG ,dG3); [y1,T]=impulse(G1,t);[y1a,T]=step(G1,t); [y2,T]=impulse(G2,t);[y2a,T]=step(G2,t); [y3,T]=impulse(G3,t);[y3a,T]=step(G3,t); subplot(121),plot(T,y1,'--',T,y2,'-.',T,y3,'-') legend('kc=0.3','kc=0.6','kc=0.9'), xlabel('t(sec)'),ylabel('y(t)');grid on;subplot(122),plot(T,y1a,'--',T,y2a,'-.',T,y3a,'-') legend('kc=0.3','kc=0.6','kc=0.9'), grid on;xlabel('t(sec)'),ylabel('y(t)');1234-2-112345t(sec)y (t )123400.20.40.60.811.21.4t(sec)y (t )二阶系统正弦响应及响应 clear all;t=[0:0.01:14]; u=sin(0.3*pi*t); wn=7;nG=[wn^2];kc=0.9;dG=[1 2*kc*wn wn^2];G=tf(nG ,dG); y=lsim(G ,u,t);plot(t,u,'-.',t,y,'-',t,u'-y,'--','linewidth',1) legend('u(t)','y(t)','e(t)')grid;xlabel('t(sec)'),ylabel('y(t)');2468101214-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81t(sec)y (t )close all; %t=0:0.001:4; %yss=1;dta=0.02; % wn=7;nG=[wn^2];kc=0.3;dG1=[1 2*kc*wn wn^2];G1=tf(nG ,dG1); kc=0.6;dG2=[1 2*kc*wn wn^2];G2=tf(nG ,dG2); kc=0.9;dG3=[1 2*kc*wn wn^2];G3=tf(nG ,dG3); y1=step(G1,t);y2=step(G2,t);y3=step(G3,t); % kc=0.3;% 求上升时间trr=1;while y1(r)<yss;r=r+1;end tr1=(r-1)*0.001;%求峰值ymax 和峰值时间tp [ymax,tp]=max(y1); tp1=(tp-1)*0.001;%求超调量mpmp1=(ymax-yss)/yss;%求调整时间tss=4001;while y1(s)>1-dta & y1(s)<1+dta;s=s-1;end ts1=(s-1)*0.001;% kc=0.6;r=1;while y2(r)<yss;r=r+1;endtr2=(r-1)*0.001;[ymax,tp]=max(y2);tp2=(tp-1)*0.001;mp2=(ymax-yss)/yss;s=4001;while y2(s)>1-dta &y3(s)<1+dta;s=s-1;endts2=(s-1)*0.001;% % kc=0.9;r=1;while y3(r)<yss;r=r+1;endtr3=(r-1)*0.001;[ymax,tp]=max(y3);tp3=(tp-1)*0.001;mp3=(ymax-yss)/yss;s=4001;while y3(s)>1-dta & y3(s)<1+dta;s=s-1;end ts3=(s-1)*0.001;%输出数据[tr1 tp1 mp1 ts1;tr2 tp2 mp2 ts2;tr3 tp3 mp3 ts3]ans =0.2810 0.4700 0.3723 1.60400.3960 0.5610 0.0948 0.38100.8820 1.0300 0.0015 0.67102、实验分析内容：（1）分析时间常数对一阶系统时间响应的影响；（2）分析参数对二阶系统的时间响应的性能指标的影响；（3）分析系统稳定性与系统特征值的关系；（4）了解系统频率响应的特点。

材料科学与工程系《机械控制工程基础》实验报告专业班级：姓名：学号：指导老师：评定成绩：教师评语：指导老师签名：2012年12月3日《机械工程控制基础》实验指导书实验一、时域特性的MATLAB计算机辅助设计分析一、传递函数的MATLAB 部分分式展开1.基本命令1)传递函数的表示方法：num=[]; den=[]。

或num=conv([],[]);den=conv （[],[]）。

2)部分分式展开命令：〔r,p.k 〕＝residue(num,den) 3）M 函数4)特别注意分号的使用2实验报告：对下列两个传递函数部分分式展开，并写出展开的过程和结果。

)2)(1(795)(23+++++=s s s ss s F对于该函数有num=[1 5 9 7];den=[1 3 2]; 命令[r,p,k] =residue(num,den)得到的结果r = -1 2 p = -2 -1 k =1 2 所以展开式为：)2)(1(795)(23+++++=s s s ss s F =31s 22s 12++++-）（)1(5432)(234+++++=s s s ss ss F对于该函数有num=[1 2 3 4 5];den=[1 1 0]; 命令[r,p,k] =residue(num,den) 得到的结果r =-35 p =-1 0 k =1 12 所以展开式为：)1(5432)(234+++++=s s s ss ss F =4s51s 32+++-二、时域响应曲线MATLAB 分析1.时域响应MATLAB 命令函数：impluse(num,den)；impluse(num,den,t) step(num,den)；step(num,den ，t) lsim(num,den,u,t)2.画图MATLAB 命令：plot()，hold on ，gtext3.实验报告：二阶系统的传递函数为：2222nn nw w sw ++ζ（其中7.0=ζ，s rad w n /10=）用MATLAB 写出所编程序，画出单位阶跃和单位脉冲响应曲线。

机械工程专业机械控制理论与技术实习报告一、实习目的和背景机械控制是机械工程专业中的重要课程之一，通过实习可以加深学生对机械控制理论与技术的理解，提高实践操作能力。

本次实习旨在让学生熟悉机械控制实验室的设备和工具，并锻炼学生解决实际问题的能力。

二、实习内容1. 实验一：PID控制算法应用本次实验的目的是通过使用PID控制算法，实现对温度或者速度等参数的控制。

我们在实验室的温控装置上进行了实验，通过调节PID 控制器的参数，逐渐接近所设定的目标温度。

通过本实验，掌握了PID控制算法在实际工程中的应用。

2. 实验二：PLC编程控制PLC（Programmable Logic Controller）是一种常用于工业控制的可编程逻辑控制器，可以实现复杂的控制任务。

本次实验中，我们使用了PLC编程软件来编写一个简单的控制程序，实现对传送带上物品的分拣功能。

通过这个实验，我们掌握了PLC编程的基本原理和使用方法。

3. 实验三：机器人控制系统实践机器人控制系统是现代智能制造中的重要组成部分，本次实验中，我们使用了一台简单的工业机器人。

通过编写控制程序，实现机器人的自动运动和抓取动作。

通过本次实验，我们了解了机器人控制系统的基本结构和工作原理。

4. 实验四：传感器与数据采集实践传感器在机械控制中起到重要的作用，可以实时采集各种参数。

本次实验中，我们学习了不同类型的传感器，并对数据进行采集和处理。

通过实验，我们了解了传感器的工作原理，以及如何使用传感器获取所需的数据。

三、实习总结与心得通过这次机械控制实习，我对机械控制的理论与技术有了更深刻的了解。

实践中，我掌握了PID控制算法的基本原理和调节方法，学会了使用PLC编程软件进行控制，了解了机器人控制系统的结构和工作原理，以及传感器的应用。

在实习过程中，我遇到了一些问题，但通过与同学和老师的交流，最终得到了解决。

实习让我更加深入地了解了机械控制这门学科，提高了我的动手实践能力。

机械工程专业自动控制实习报告一、实习简介本次实习是机械工程专业的自动控制实习，旨在提供实际机械工程领域的控制技术实践机会。

通过实习，学生可以加深对自动控制理论的理解，并将其应用于实际工程项目中。

实习内容包括控制系统的设计、PLC编程、传感器应用等多个方面。

二、实习目标1. 理解自动控制的基本概念和原理；2. 学会使用PLC（可编程逻辑控制器）进行工业控制系统的设计与编程；3. 掌握传感器在自动控制系统中的应用；4. 培养团队协作和解决问题的能力。

三、实习内容及方法1. 自动控制概述在实习开始之前，我们首先学习了自动控制的基本概念和原理，包括反馈控制、前馈控制和PID控制等内容。

通过理论学习，我们对自动控制的作用和应用有了更深入的认识，为后续的实践做好铺垫。

2. PLC编程实践PLC是一种专门用于工业自动化控制的可编程控制器。

在实习中，我们使用了一款PLC软件进行编程操作。

通过学习PLC编程语言和逻辑图，我们可以实现对设备的自动控制，并进行模拟和实时调试。

这一部分的实习让我深刻体会到了自动化控制技术的实际应用价值。

3. 传感器应用实践传感器在自动控制系统中起着非常重要的作用，它们可以采集各种信号，并将其转化为电信号输出。

在实习中，我们学习了各种传感器的原理和应用场景，并通过实际操作来验证其性能。

通过与PLC的联合应用，我们能够更好地理解控制系统是如何通过传感器来感知和调节外部环境的。

4. 实际工程项目在实习的最后阶段，我们参与了一个实际的工程项目。

项目要求我们设计一个能够自动控制温度和湿度的恒温恒湿装置。

通过前期的学习和实践，我们已经具备了一定的能力来应对这个挑战。

在项目中，我们运用了所学的自动控制理论和技术，设计并搭建了相应的控制系统。

通过不断的调试和优化，我们最终实现了预定的温湿度控制目标。

四、实习总结通过这次自动控制实习，我对机械工程专业中的自动控制技术有了更深入的了解。

通过理论学习和实践操作，我不仅掌握了相关的控制理论和方法，还提高了自己的团队协作和解决问题的能力。

机械工程控制基础实验报告学号：20071000206班号：07207501姓名：丁腾飞指导老师：王院生实验一：利用MATLAB 分析时间响应1、用MATLAB 求系统时间响应：课题：设系统的传递函数为： G(s)= 50)1(05.0502+++s s τ求该系统在时间常数不同取值时的单位脉冲响应，单位阶跃响应，和任意输入响应。

解答：令τ=0，τ=0.0125，τ=0.025，应用impulse 函数，可以得到系统单位脉冲响应，如图一；应用step 函数，同样可以得到系统单位阶跃响应，如图二。

图中tao即为τ。

MATLAB 程序如下，程序中tao 即为τ。

t=[0:0.01:0.8];nG=[50];tao=0;dG=[0.05 1+50*tao 50];G1=tf(nG,dG); 图一 图二tao=0.0125;dG=[0.05 1+50*tao 50];G2=tf(nG,dG);tao=0.025;dG=[0.05 1+50*tao 50];G3=tf(nG,dG);[y1,T]=impulse(G1,t);[y1a,T]=step(G1,t);[y2,T]=impulse(G2,t);[y2a,T]=step(G2,t);[y3,T]=impulse(G3,t);[y3a,T]=step(G3,t);subplot(121),plot(T,y1,'--',T,y2,'-.',T,y3,'-')legend('tao=0','tao=0.0125','tao=0.025')xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');grid on;subplot(122),plot(T,y1a,'--',T,y2a,'-.',T,y3a,'-')legend('tao=0','tao=0.0125','tao=0.025')grid on;xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');对于任意输入，例如正弦输入作用下，应用lsim函数可求得τ=0.025时系统的时间响应及误差曲线，如图三。

机械工程控制基础
实验报告
姓名：邓林
学号：20141289
班级：机制1403
实验一典型环节及其阶跃响应1、比例环节
G(s)=1
实验结果表明比例系数越大，信号跳跃的越明显
2、惯性环节
惯性环节的时间常数越大，系统达到稳定的时间就越长3、积分环节
G(s)=1/(0.5s+1)
G(s)=1/(s+1)
S前面的系数越小系统的斜率越大，增长的越快4、微分环节
13
5、比例微分环节
13
微分环节的前一部分输出信号为零，但会突然出现突变产生跳跃，后保持稳定6、比例积分环节
实验二二阶系统阶跃响应
二阶系统的过度过程具有单调上升的特性
当ξ<1时，二阶系统的单位阶跃响应函数的过渡过程为衰减振荡，并且随着阻尼ξ的减小，其震振特性表现得越加强烈，当ξ=0时达到等幅振荡。

在ξ=1和ξ>1时，二阶系统的过渡过程具有单调上升的特性。

从过渡过程的持续时间来看，在无振荡单调上升的曲线中，以ξ=1时的过渡时间最短。

实验三线性系统的稳定性及误差分析1、稳定性仿真实验
T=0.1，K=2
当T=0.1 K=1时，系统经过一段时间便可以达到稳定；当T=0.1 K=2时，系统输出图形如正弦函数，系统不能稳定在一个固定值；当T=0.1 K=3时，随着时间的变化系统越来越不稳定；当T=0.01 K=2时，系统开始存在不稳定信号，随着系统的运行逐渐趋于稳定，并最终稳定于某固定值
2、误差分析仿真实验
增大开环增益可以减小稳态误差，提高系统的型别也可以减小稳态误差。

机械控制工程基础实验报告学院工学院职业技术教育学院班级机械设计制造及其自动化姓名XXX学号xxxxxxxx实验项目名称： Matlab语言基础实验《机械控制工程基础》实验报告之一一、实验目的和要求1、掌握Matlab软件使用的基本方法2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制4、掌握Matlab软件求拉普拉斯变换与逆变换基本方法二、实验内容1) MATLAB工作环境平台Command图1 在英文Windows 平台上的MATLAB6.5 MATLAB工作平台①命令窗口（Command Window）命令窗口是对 MATLAB 进行操作的主要载体，默认的情况下，启动MATLAB 时就会打开命令窗口，显示形式如图 1 所示。

一般来说，MATLAB的所有函数和命令都可以在命令窗口中执行。

掌握 MALAB 命令行操作是走入 MATLAB 世界的第一步。

命令行操作实现了对程序设计而言简单而又重要的人机交互，通过对命令行操作，避免了编程序的麻烦，体现了MATLAB所特有的灵活性。

在运行MATLAB后，当命令窗口为活动窗口时，将出现一个光标，光标的左侧还出现提示符“>>”，表示MATLAB正在等待执行命令。

注意：每个命令行键入完后，都必须按回车键！当需要处理相当繁琐的计算时，可能在一行之内无法写完表达式，可以换行表示，此时需要使用续行符“…”否则 MATLAB 将只计算一行的值，而不理会该行是否已输入完毕。

使用续行符之后 MATLAB 会自动将前一行保留而不加以计算，并与下一行衔接，等待完整输入后再计算整个输入的结果。

在 MATLAB 命令行操作中，有一些键盘按键可以提供特殊而方便的编辑操作。

比如：“↑”可用于调出前一个命令行，“↓”可调出后一个命令行，避免了重新输入的麻烦。

当然下面即将讲到的历史窗口也具有此功能。

②历史窗口（Command History）历史命令窗口是 MATLAB6 新增添的一个用户界面窗口，默认设置下历史命令窗口会保留自安装时起所有命令的历史记录，并标明使用时间，以方便使用者的查询。

试验一数学模型的Matlab 描述一、实验目的①掌握Malab 中数学模型的三种表现形式 ②掌握三种模型之间的转换方法③掌握复杂传递函数的求取方法④了解复杂系统表现形式及建模方法二、实验要求①在Matlab 中实现三种数学模型的描述②实现三种数学模型之间的转换③写出试验报告三、实验内容Matlab 中数学模型主要有三种形式: 传递函数分子/分母多项式、传递函数零极点增益模型和状态空间模型。

它们各有特点, 有时需要在各种模型之间进行转换。

（1）已知系统传递函数652272)(234+++++=s s s s s s G问题1:在Matlab 中表示出该模型。

问题2: 将其转换成零极点增益型。

（2）已知系统的传递函数2)1)(2()(++=s s s s G 问题1:在Matlab 中表示出该模型。

问题2: 将其转换成状态空间型。

3、已知连续系统∑（A, B, C, D ）的系数矩阵是：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=400140002A ，⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=101B ， []011=C ，]0[=D问题1:在Matlab 中表示出该模型。

问题2: 将其转换成分子分母多项式型。

4.用Matlab 表示传递函数为)2)(356)(13()1(5)(2322++++++++=s s s s s s s s s G的系统试验二利用Matlab分析时间响应一、实验目的①掌握impulse函数、step函数和lsim函数的用法②掌握利用三种函数求解系统的时间响应③掌握Matlab中系统时域性能指标的求解方法④了解simulink中系统动态模型的建立方法二、实验要求①用impulse、step和lsim函数对线形连续系统的时间响应进行仿真计算。

②在对系统进行单位阶跃响应的基础上, 求取系统时域性能指标。

③写出试验报告。

三、实验内容（1）impulse函数、step函数和lsim函数的说明Impulse函数step函数lsim 函数（2）求系统二阶系统44.24)()()(2++==s s s R s C s φ的单位脉冲响应、单位阶跃响应、正弦（)2sin(t u π=）响应。

技术改造—272—《机械工程控制基础》实验综述报告谷 龙（安徽文达信息工程学院，安徽 合肥 230000）1、引言《机械控制工程基础》强调基本概念和基本方法，注重方法论述的逻辑性和严谨性，同时在论述过程中根据工科学生的具体情况尽量避免高深的数学论证，紧密结合控制工程与机械工程实际，用机械与电气实例解释基本理论和基本方法，使其能很好地在数理知识和专业知识之间起到桥梁的作用。

随着国家经济形势的迅猛发展，安徽的经济也迎来了巨大的发展机遇，合肥，作为安徽省的省会城市，其优先得到的发展机会是不言而喻的。

2、机械工程控制基础的实验现状2.1国内高校的实验方法 国内的一些高校从自身的办学定位出发，呈现出两种不同的实验方法： 一是以清华大学、上海交大等为代表的国内著名理论研究型高校，其办学宗旨是培养高水平的理论创新型人才。

《机械工程控制基础》课程的教学也必须从传统的控制理论知识的讲述，转变到如何引导学生应用课堂上所学的相关控制理论的基础知识去解决机械工程中相关的控制工程问题，为此，必须建立与之相适应的实验教学体系。

二是以众多职业技术学院为代表的实际操作型学校，其办学宗旨是培养企业设备的操作工人，他们大多采用的是以提高学生的应用技能为目的的实验方法。

目的旨在培养学生的认知能力，为企业直接提供来之即用的产业工人。

2.2国外高校的实验方法 实验教学是培养学生实践和科学素养的重要途径，所以实验室成为从事实验教学和科学研究的重要基地。

近年来，高校实验室建设规模和实验室的功能得到了不断加强，由此带来的实验室安全问题变得尤为突出。

2015 年12 月18 日，据人民网报道：“清华大学化学系何添楼一实验室发生火灾爆炸事故，造成一博士后实验人员当场死亡。

”此次实验室安全事故再一次敲响了实验室安全教育与管理的警钟。

为了保障实验室财产与实验人员的安全，高校应把实验教学安全规范与管理作为实验教学与科研工作的首要任务。

国外实验室安全规范与管理情况国外特别是西方发达国家，其高校对安全管理高度重视，每所高校都成立专门机构负责实验安全工作，机构内成员大多是专业技术人员。