机械控制工程试验指导书

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实验一二阶系统的阶跃响应

一、实验目的

1．学习二阶系统阶跃响应曲线的实验测试方法。 2．研究二阶系统的两个重要参数、

n对阶跃瞬态响应指标的影响。

二、实验设备

1．XMN-2型控制理论实验装置。

2．CAE─PCI虚拟仪器。

3．万用表。

三、实验内容

Y(s)X(s)E(s)

)2(2

ss



其闭环传递函数：

XSSn

nn(S)

(S)



2



n──无阻尼自然频率

 ──阻尼比



T1

T──时间常数

模拟电路图

X(t)

(op1)RC

(op2)C

(op9)100K100K

(op6)

100KRRY(t)

运算放大器运算功能：

(op1)──积分



1

TSTRC,

；

(op2)──积分



1

TSTRC,

；

(op9)──反相(－1)；

(op6)──反相比例



KKR

典型二阶系统方块图 

TRCrads11

(/)

KR

i21

1．调整R

f=40K，使K=0.4(=0.2)；取R=1M，C=0.47，使T=0.47秒(

n=1/0.47)，加入单位阶跃

扰动X(t)=1(t)V，记录响应曲线Y(t)，记作①。

2．保持=0.2不变、阶跃扰动X(t)=1(t)V不变，取R=1M，C=1.47，使T=1.47秒(

n=1/1.47)，记录

响应曲线Y(t)，记作②。

3．保持=0.2不变、阶跃扰动X(t)=1(t)V不变，取R=1M，C=1.0，使T=1.0秒 (

n=1/1.0)，记录响

应曲线Y(t)，记作③。

4．保持

n=1/1.0不变，阶跃扰动X(t)=1(t)V不变，调整R

f=80K，使K=0.8 (=0.4)，记录响应曲线

Y(t)，记作④。

5．保持

n=1/1.0不变，阶跃扰动X(t)=1(t)V不变，调整R

f=200K，使K=2.0(=1.0)，记录响应曲线

Y(t)，记作⑤。以上内容用表格表示为：

T1

0.2 0.4 1.0

47.01

①

③ ④ ⑤

47.11

②

分别标出各条曲线的M

P(t

p)、t

s, 将曲线①、②、③进行对比; ③、④、⑤进行对比; 将③中的M

P(t

p)、

s与理论值进行比较。

四、思考题

1．推导模拟电路的闭环传递函数Y

X(S)

(S)

？确定

n、 和R，C，R

f ，R

i的关系。

2．若模拟实验中Y(t)的稳态值不等于阶跃输入函数X(t)的幅度，其主要原因可能是什么？

实验二线性系统稳定性的研究

一、实验目的

1．研究线性系统的开环比例系数K对稳定性的影响。

2．研究线性系统的时间常数T对稳定性的影响。

二、实验设备

1．XMN-2型控制理论实验装置。

2．CAE─PCI虚拟仪器。

3．万用表。

三、实验内容

X(s)

1+ 1SK

2+ 1SK

3+ 1SY(s)

三阶系统方块图

510K

510K510K1M

1M1M

100k

470K

(OP1)

(OP2)(OP3)X(t)

Y(t)

510KC

f2C

三阶系统模拟电路图

图中： K

1=2；K

2=1

100M

R；K

3=1

i；KKKK

123

1=1M·C

f1； T

2=1M·C

f2； T

3=1M·C

f3 。

1．求取给定三阶系统的临界开环比例系数K

j1；给定三阶系统如上图所示，其中：

f1=C

f2=C

f3=0.47 ；R

i3=1M。

临界开环比例系数K

j的求取方法：

(1) 先将电位器W

R置于最大(470K)。

(2) 加入X=0.5V的阶跃扰动。

(3) 调整W

R使系统输出y呈等幅振荡，记录此输出y 。

(4) 保持W

R不变，断开反馈线，维持X=0.5V的扰动，测取系统输出电压U

y 。

则：KU

Xjy



2．系统的开环比例系数K对稳定性的影响。对于前面给定的三阶系统： (1) 适当调整W

R，观察K增大；K减小时的系统响应曲线。

(2) 记录当KK

j1

21时的系统响应曲线。

(3) 记录当KK

j5

41时的系统响应曲线。

3. 系统中各时间常数的比例系数对稳定性的影响：

设三阶系统为：K

TSTSTS()()()

123111

其中：KKKK

123；T=0.47秒

1

；T

2=T；T

3=T。

(1) 求取该三阶系统在=2时的临界开环比例系数K

j2，记录此时的系统响应曲线。

(2) 记录该系统在=5；K=K

j2时系统响应曲线。

(3) 记录该系统在=1；K=K

j2时系统响应曲线。

4. 绘制系统的稳定性能图谱：

对于上述三阶系统，记K

j1；K

j2；K

j3分别为=1；=2；=5时的临界开环比例系数。以(2)；(3)内容中的曲线为基础，依下面格式，绘制该系统的稳定性能图谱。

j1 K

j2 K

1 ① ④ ⑦

2 ② ⑤ ⑧

5 ③ ⑥ ⑨

绘制系统稳定性能图谱的格式

说明：

(1) 曲线①～⑥，X=0.5V；曲线⑦～⑨，X=0.1V

(2) 虚拟示波器参数（包括横坐标时间范围、纵坐标幅值范围）需要依据实际情况调整。

(3) 绘制图谱可按①，②，③，⑤，⑥，④，⑨，⑧，⑦的顺序进行，（⑦可不做）

(4) 在绘制曲线⑦～⑨前，要想K=K

j3需要使R

i3=200K。

四、思考题：

1．计算三种三阶系数的临界开环比例系数K

j及其呈现等幅振荡的自振频率ω

j，并将它们与实验结果

比较。

2．三阶系统的各时间常数怎样组合时，系统的稳定性最好？怎样组合时，稳定性最差？

3．根据实验结果，总结开环比例系数K及时间常数T影响系统稳定性的规律。

机械制造技术基础实验指导书

《机械制造技术基础》实验指导书

工艺教研室编写

机械工程学院

2007年2月

2 目录

实验一、刀具角度测量实验 .................................................................... 3

实验二、动态切削力的测量实验 ............................................................ 6

实验三．加工误差的统计分析实验 ........................................................ 8

实验四、工艺系统静刚度的测量实验 ..................................................10

实验一、刀具角度测量实验

一、实验目的和要求

1、熟悉车刀切削部分的构造要素；

2、通过实验加深理解刀具标注角度参考平面的定义，三个平面的空间位置及相互关系；

3、熟悉万能车刀测角仪的测量原理，掌握车刀几何角度的测量方法，加深理解车刀几何角度及其在切削过程中的作用；

4、用所测量的刀具几何角度画一张车刀的角度标注图；

5、记载自己所测刀具的编号、刀具材料、几何角度。

二、实验设备

车刀若干，万能刀具角度测量仪器4台

三、实验方法

1、熟悉车刀切削部分的构造要素，重点观察车刀的形状、主切削刃、副切削刃、前刀面、主后刀面、副主后刀面的位置。图2-1为车刀切削部分的构造要素。

图 2-1 车刀切削部分的构造要素

2、掌握刀具几何角度的定义

前角 γ0 ：在正交平面内测量的前刀面与基面的夹角。

后角 α0 ：在正交平面内测量的主后刀面与切削平面的夹角。

主偏角 κr ：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。

副偏角 κr ′：在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。

机械工程测试技术实验指导书

西南科技大学实验指导书

《机电工程测试技术》

实验指导书

主编黄华川

西南科技大学制造科学与工程学院

2006年11月制造科学与工程学院

实验一箔式应变片性能――单臂双臂全桥桥路性能比较 ............................................................... 1

实验二霍尔式传感器的直流激励特性 .............................................................................................. 4

实验三电容式传感器特性 .................................................................................................................. 6

实验四电子秤设计与制作 .................................................................................................................. 8

实验五差动螺管式电感传感器的静态位移性能 .............................................................................. 9

实验六热电偶的温度效应 ................................................................................................................ 11

附录 ........................................................................................................................ 错误！未定义书签。西南科技大学实验指导书

控制工程-实验指导书-修订版

《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 1

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

2 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

265432220501584223309240100ssGsssssss，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;

控制工程基础实验指导书(答案) 2讲解

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=1， 0< <1，和  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P、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

1222122112/() (1)()/OiKTTUSKUSTTSTSKSTSKTT

:而二阶系统标准传递函数为

(1)(2), 对比式和式得

1221 , 4nKTTTTK

12 T0.2 , T0.5 , 10 , 0.625 nSSKK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的值，可以得到过阻尼(>1)、临界阻尼（=1）和欠阻尼（<1）三种情况下的阶跃响应曲线。

（1）当K>0.625， 0    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    1时的阶跃响应曲线

（2）当K=0.625时，=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+=222nnnSS)S(G212211 ()1sin( ) (3)1 1 . 2-3ntoddnutttge式中图为二阶系统在欠阻尼状态下的单位阶跃响应曲线etnonttu)1(1)(

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