浙师大机械控制工程基础实验报告资料

《机械控制理论基础》——实验报告班级：学号：姓名：目录实验内容实验一一阶环节的阶跃响应及时间参数的影响P3 实验二二阶环节的阶跃响应及时间参数的影响P9 实验三典型环节的频率特性实验P15 实验四机电控制系统的校正P20 实验心得…………………………………………P23实验一 一阶环节的阶跃响应及时间参数的影响● 实验目的通过实验加深理解如何将一个复杂的机电系统传递函数看做由一些典型环节组合而成，并且使用运算放大器来实现各典型环节，用模拟电路来替代机电系统，理解时间响应、阶跃响应函数的概念以及时间响应的组成，掌握时域分析基本方法 。

● 实验原理使用教学模拟机上的运算放大器，分别搭接一阶环节，改变时间常数T ，记录下两次不同时间常数T 的阶跃响应曲线，进行比较（可参考下图：典型一阶系统的单位阶跃响应曲线）。

典型一阶环节的传递函数：G （S ）=K （1+1/TS ） 其中： RC T = 12/R R K =典型一阶环节的单位阶跃响应曲线：● 实验方法与步骤1）启动计算机，在桌面双击“Cybernation_A.exe ”图标运行软件，阅览使用指南。

2）检查USB 线是否连接好，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。

3）在实验项目下拉框中选中本次实验，点击按钮，参数设置要与实验系统参数一致，设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可继续进行实验。

● 实验内容1、选择一阶惯性环节进行实验操作由于一阶惯性环节更具有典型性，进行实验时效果更加明显。

惯性环节的传递函数及其模拟电路与实验曲线如图1-1： G （S ）= - K/TS+1RC T = 12/R R K =2、（1）按照电子电路原理图，进行电路搭建，并进行调试，得到默认实验曲线图1-2图1-2（2）设定参数：方波响应曲线（K=1 ；T=0.1s ）、（K=2；T=1s ），R1=100k Ω 3、改变系统参数T 、K （至少二次），观察系统时间响应曲线的变化。

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报告一、实验目的机械工程控制基础实验是机械工程专业的重要实践环节，通过实验可以加深对机械工程控制理论的理解，掌握控制系统的基本分析和设计方法。

本次实验的主要目的包括：1、熟悉典型控制系统的组成和工作原理。

2、掌握控制系统的数学模型建立方法。

3、学会使用实验设备对控制系统进行性能测试和分析。

4、培养动手能力和解决实际问题的能力。

二、实验设备本次实验所使用的设备主要包括：1、控制实验台：包括控制器、执行机构、传感器等组件，可搭建多种控制系统。

2、计算机：用于数据采集、处理和分析。

3、示波器：用于观测系统的输入输出信号。

三、实验原理1、控制系统的组成一个典型的控制系统通常由控制器、执行机构、被控对象和传感器组成。

控制器根据给定的输入信号和反馈信号，产生控制信号来驱动执行机构，从而改变被控对象的输出。

传感器则用于测量被控对象的输出，并将其反馈给控制器，形成闭环控制。

2、数学模型控制系统的数学模型是描述系统输入输出关系的数学表达式。

常见的数学模型有传递函数、状态空间方程等。

在实验中，我们通常通过对系统的物理原理进行分析，建立其数学模型。

3、系统性能指标控制系统的性能指标包括稳定性、准确性和快速性。

稳定性是指系统在受到扰动后能够恢复到平衡状态的能力；准确性是指系统输出与给定输入之间的偏差；快速性是指系统从初始状态到稳定状态的过渡过程时间。

四、实验内容1、一阶系统的时域响应搭建一阶系统的实验电路，输入阶跃信号，使用示波器观测系统的输出响应。

通过改变系统的参数，如时间常数，观察其对系统响应的影响。

记录不同参数下的响应曲线，并计算系统的上升时间、峰值时间和调整时间等性能指标。

2、二阶系统的时域响应搭建二阶系统的实验电路，输入阶跃信号，观测系统的输出响应。

改变系统的阻尼比和自然频率，研究其对系统响应的影响。

分析不同阻尼比下系统的超调量、振荡次数和调整时间等性能指标。

3、系统的频率特性测试使用扫频法测试系统的频率特性，绘制波特图和奈奎斯特图。

机控实验报告
《机械控制工程基础》实验报告
学院：
班级：
学号：
姓名：
组号：
安徽工业大学
机械工程学院
实验一二阶系统瞬态响应分析实验参数设置采样通道【AD】
采样周期：采样点数：
信源通道【DA】
波源类型：信号源电压：
计算和测量数据记录：
1、结合表1.1中实验数据，从物理意义上分析改变系统参数阻尼比对超调量
M
p 和调整时间
t等系统瞬态响应参数的影响。

S
2、为了满足一般控制系统瞬态响应特性的性能指标，表1.1中各参量一般取值范围为何值？
3、绘制实验中得到的二阶系统瞬态响应函数曲线（打印或手绘）。

实验二系统频率特性测试
实验参数设置
信源通道【DA】
波源类型：信号源频率：信号源电压：测量数据记录：
1、画出被测系统的结构和模拟电路图。

2、画出被测系统的开环()L ω曲线与()φω曲线（手绘或打印）。

3、从Bode 图上查出二级系统的截止频率：
频宽：。

控制工程基础实验报告控制工程基础实验报告引言：控制工程是一门涉及自动化、电子、计算机等多个学科的交叉学科，其实验是培养学生动手能力和实践能力的重要环节。

本篇文章将以控制工程基础实验为主题，探讨实验的目的、过程和结果等方面。

实验目的：控制工程基础实验的目的是让学生通过实践了解控制系统的基本原理和方法，培养其分析和解决问题的能力。

通过实验，学生可以掌握闭环控制系统的设计与调试技巧，加深对控制理论的理解。

实验内容：本次实验的内容是设计一个简单的温度控制系统。

系统由温度传感器、控制器和加热器组成。

温度传感器采集环境温度，控制器根据设定的温度值来控制加热器的工作状态，以维持温度在设定值附近。

实验步骤：1. 搭建实验平台：将温度传感器、控制器和加热器按照实验要求连接起来，确保电路正常工作。

2. 设计控制算法：根据控制系统的要求，设计合适的控制算法。

可以采用比例控制、积分控制或者PID控制等方法。

3. 参数调试：根据实验平台和控制算法的特点，调试控制器的参数，使系统能够快速、稳定地响应设定值的变化。

4. 实验数据采集：通过实验平台上的数据采集器，记录系统的输入和输出数据，以便后续分析和评估。

实验结果：经过实验，我们得到了一组温度控制系统的数据。

通过对这些数据的分析，我们可以评估系统的控制性能和稳定性。

在实验中，我们使用PID控制算法，经过参数调试，得到了较好的控制效果。

系统能够在设定值附近稳定工作，并且对设定值的变化能够快速响应。

实验总结：通过这次实验，我们深入了解了控制工程的基本原理和方法。

实践中遇到的问题和挑战，锻炼了我们的动手能力和解决问题的能力。

实验结果表明，合适的控制算法和参数调试是实现良好控制效果的关键。

控制工程实验的重要性不言而喻，它不仅是理论学习的延伸，更是培养学生实践能力的重要途径。

结语：控制工程基础实验是掌握控制工程理论和方法的重要环节。

通过实践，学生能够更好地理解和应用所学知识，提高解决实际问题的能力。

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。

实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验时间 实验编号 同组同学 一、实验目的1、 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。

2、 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。

3、 学习阶跃响应的测试方法。

二、实验内容1、 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T 时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间T s 。

2、 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间T s 。

三、实验原理1、一阶系统阶跃响应性能指标的测试系统的传递函数为:()s ()1C s KR s Ts φ=+（）= 模拟运算电路如下图 :其中21R K R =,2T R C =;在实验中，始终保持21,R R =即1K =，通过调节2R 和C 的不同取值，使得T 的值分别为0.2,0.51,1.0。

记录实验数据，测量过度过程的性能指标，其中取正负5%误差带，按照经验公式取3s t T = 2、二阶系统阶跃响应性能指标的测试系统传递函数为：令ωn=1弧度/秒，则系统结构如下图：二阶系统的模拟电路图如下：在实验过程中，取22321,1R C R C ==，则442312R R C R ζ==，即4212R C ζ=；在实验当中取123121,1R R R M C C F μ===Ω==，通过调整4R 取不同的值，使得ζ分别为0.25,0.5,0.707,1,观察并记录阶跃响应曲线，记录所测得的实验数据以及其性能指标，四、实验设备：1、HHMN-1型电子模拟机一台。

2、PC 机一台。

3、数字万用表一块。

4、导线若干。

五、实验步骤：1、熟悉电子模拟机的使用，将各运算放大器接成比例器，通电调零。

2、断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大 器接成比例器。

3、将D/A 输出端与系统输入端Ui 连接，将A/D1与系统输出端UO 连接(此处连接必须谨慎，不可接错)。

《机械控制工程基础》课程实验ACCT-IV自动控制理论及计算机控制技术实验箱实验一：直流电机转速控制实验实验学时：2实验类型：综合型实验要求：必修一、实验目的1．通过对小型直流电机转速进行控制，加深对负反馈概念的理解。

2．了解PID校正元件在闭环控制系统中的作用。

3．加深对阶跃输入信号、系统阶跃响应、超调量、调节时间、稳态误差的理解。

二、实验仪器与设备1．ACCT-IV自动控制理论及计算机控制技术实验箱2．数字万用表三、实验原理及主要知识点直流电机调速系统结构框图如图所示：U：阶跃输入信号，对应期望转速。

gPID：校正元件。

驱动单元：起功率放大作用。

直流电机：被控对象，其转速为被控量。

转速测量电路：起反馈元件（检测元件）的作用，将直流电机转速（非电量）转换成电压信号进行反馈，从而构成闭环控制系统。

四、实验步骤直流电机转速控制实验电路如图所示：1．将实验箱上U1单元电源开关扳到OFF位置。

2．利用实验箱上的U9、U15、U11单元搭接上述电路，U9、U15、U11运放单元的信号G接-15V U接U1单元的+5V，1兆欧电阻、10K电阻和1微法电容在U4单元。

可调电阻顺时（必须接），g针转动阻值增大，U9单元的RP1、RP2可调电阻逆时针旋至电阻最小，U11单元的可调电阻RP1逆时针旋至电阻最小。

3．经指导教师检查接线无误后，将实验箱上U1单元电源开关扳到ON位置，观察小型直流电机的运转情况。

4．用数字万用表长时间测量U9单元运放的输出电压，该电压对应负反馈控制系统中的误差信号。

当数字万用表显示正值时，表示实际转速低于期望转速。

用手指轻轻拨动直流电机风扇，对直流电机施加干扰，注意观察直流电机转速和上述误差信号的变化情况。

五、实验结果与分析1．注意观察直流电机转速和相应误差信号的变化情况。

六、实验思考题及实验报告要求1．在实验报告的“实验简要原理”部分画出直流电机调速系统的方框图。

2．在实验报告的“实验结果”部分绘制实验电路图，并对所观察到的实验现象进行描述。

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。

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。

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。

机械工程控制实验报告姓名：学号：班级序号：指导老师：王院生目录机械工程控制实验报告 (1)实验一利用MATLAB分析时间响应 (3)实验二用MATLAB求系统的瞬态性能指标 (5)实验三利用MATLAB分析频率特性 (7)实验四利用MATLAB分析系统的稳定性 (10)实验五利用SIMULINK进行系统仿真 (12)实验六利用MATLAB设计系统校正（课后习题6.7） (14)第一次实验第三章:利用MATLAB 分析事件响应一、用MATLAB 求系统时间响应系统的传递函数为 50)501(05.050)(G 2+++=s s s τ,利用MATLAB 可以求出系统在时间常数tao=0、tao=0.0125、tao=0.025时,应用impulse 函数，可以得到系统单位脉冲响应；应用step 函数，可以得到系统单位阶跃响应。

MATLAB 程序以及系统单位脉冲曲线、系统单位阶跃响应曲线分别如下所示： 程序：t=[0:0.01:0.8];nG=[50];tao=0;dG=[0.05 1+50*tao 50];G1=tf(nG ,dG); 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)');系统单位脉冲曲线、系统单位阶跃响应曲线：对于正弦输入作用下，应用lsim函数可求得tao=0.025时系统的时间响应及误差曲线，MATLAB程序以及系统的时间响应及误差曲线如下所示：程序：t=[0:0.01:1];u=sin(2*pi*t);tao=0.025;nG=[50];dG=[0.05 1+50*tao 50];G=tf(nG,dG);y=lsim(G,u,t);plot(t,u,'--',t,y,'-',t,u'-y,'-.','linewidth',1)legend('u(t)','xo(t)','e(t)')grid;xlabel('t(sec)'),ylabe('x(t)');系统的时间响应及误差曲线：二、用MATLAB 求系统的瞬态性能指标系统传递函数为 50)501(05.050)(G 2+++=s s s τ，利用MATLAB 分别计算在tao=0、tao=0.0125和tao=0.025时系统的性能指标。

控制工程基础实验报告控制工程基础实验报告院系名称：机电工程学院专业班级：机械09-3班学生姓名：王贺学号：2021041302指导教师：赵弘完成日期20XX年6月6日实验一典型环节及其阶跃响应实验目的1．学习构成典型环节的模拟电路。

2．熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对典型环节动态特性的影响。

3．学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。

4．熟悉仿真分析软。

实验内容各典型环节的模拟电路如下：1.比例环节2.惯性环节3.积分环节4.微分环节改进微分环节5.比例微分环节实验步骤1．用Workbench连接好比例环节的电路图，将阶跃信号接入输入端，此时使用理想运放;2．用示波器观察输出端的阶跃响应曲线，测量有关参数;改变电路参数后，再重新测量,观察曲线的变化。

3．将运放改为实际元，如采用“LM741“,重复步骤2。

4．记录波形和数据。

5．仿真其它电路，重复步骤2，3，4。

实验总结通过这次实验，我对典型环节的模拟电路有了更加深刻的了解,也熟悉了各种典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对典型环节动态特性的影响；熟悉仿真分析软。

这对以后的控制的学习有很大的帮助。

实验二二阶系统阶跃响应实验目的1．研究二阶系统的两个重要参数阻尼比ξ和无阻尼自然频率ωn对系统动态性能的影响。

2．学会根据阶跃响应曲线确定传递函数，熟悉二阶系统的阶跃响应曲线。

实验内容二阶系统模拟电路如图：思考：用电路参数表示ξ和ωn实验步骤1．在workbench下连接电路图；将阶跃信号接入输入端，用示波器观测记录响应信号；2．取ωn=10rad/s,即令R=100K,C=1uf：分别取ξ=0，0.25,0.5,0.7,1,2,即取R1=100K,考虑R2应分别取何值，分别测量系统阶跃响应，并记录最大超调量δp%和调节时间ts。

3．取ξ=0.5，即R1=R2=100K；ωn=100rad/s，即取R=100K，C=0.1uf，注意：两个电容同时改变，测量系统阶跃响应，并记录最大超调量δp%和调节时间ts。

控制工程基础实验报告姓名：班级：学号：目录实验三 (1)3.1 实验目的 (1)3.2 实验内容 (1)3.3 实验结果 (2)实验四 (15)4.1实验目的 (15)4.2 实验内容 (15)4.3 实验结果 (15)实验三 控制系统的频域与时域分析一、实验目的：1、掌握控制系统数学模型的基本描述方法和相互转化2、了解控制系统的稳定性分析方法3、掌握控制系统频域与时域分析基本方法二、实验内容1、表示下列传递函数模型,并转化成其他的数学模型(1))523()1()66)(2(4)(23322+++++++=S S S S S S S S S G (2) )52(24)(3++-=S S S S G(3)) )2)(12(1)(++=S S S G(4) []⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛21212110102110x x y u x x x x2、一个单位负反馈开环传递函数为)14)(15.0()(++=S S S kS G试绘出系统闭环的根轨迹图；并在跟轨迹图上任选一点，试计算该点的增益及其所有极点的位置。

3.已知某负反馈系统的前向通路传递函数为 ，反馈通路传递函数为 。

绘制系统的单位阶跃响应曲线，并计算上升时间，峰值时间，超调量，延迟时间。

三、实验结果 11102-s s 3.01+（1）传递函数模型num=4*conv([1,2],conv([1,6,6],[1,6,6]));>> den=conv([1,0],conv([1,1],conv([1,1],conv([1,1],[1,3,2,5])))); >> Gs=tf(num,den)Transfer function:4 s^5 + 56 s^4 + 288 s^3 + 672 s^2 + 720 s + 288-----------------------------------------------------s^7 + 6 s^6 + 14 s^5 + 21 s^4 + 24 s^3 + 17 s^2 + 5 s零极点模型[z,p,k]=tf2zp(num,den)z =-4.7321 + 0.0000i-4.7321 - 0.0000i-2.0000-1.2679-1.2679p =-2.9042-0.0479 + 1.3112i-0.0479 - 1.3112i-1.0000-1.0000 + 0.0000i-1.0000 - 0.0000ik =4>> Gs2=zpk(Gs)Zero/pole/gain:4 (s+4.732)^2 (s+2) (s+1.268)^2--------------------------------------------s (s+2.904) (s+1)^3 (s^2 + 0.09584s + 1.722)状态空间模型>> [A , B ,C ,D]= tf2ss (num , den)A =-6 -14 -21 -24 -17 -5 01 0 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 00 0 1 0 0 0 00 0 0 1 0 0 00 0 0 0 1 0 00 0 0 0 0 1 0B =1C =0 4 56 288 672 720 288D =>> Gs3=ss(Gs)a =x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x1 -6 -3.5 -2.625 -1.5 -1.063 -0.3125 0x2 4 0 0 0 0 0 0 x3 0 2 0 0 0 0 0 x4 0 0 2 0 0 0 0 x5 0 0 0 1 0 0 0x6 0 0 0 0 1 0 0 x7 0 0 0 0 0 0.5 0 b =u1x1 16x2 0x3 0x4 0x5 0x6 0x7 0c =x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 y1 0 0.0625 0.4375 1.125 2.625 2.813 2.25d =u1y1 0（2）传递函数模型num=[4,-2];den=[1,0,2,5];>> gs=tf(num,den)Transfer function:4 s - 2-------------s^3 + 2 s + 5零极点模型>> [z,p,k]=tf2zp(num,den)z =0.5000p =0.6641 + 1.8230i0.6641 - 1.8230i-1.3283k =4>> gs2=zpk(gs)Zero/pole/gain:4 (s-0.5)--------------------------------(s+1.328) (s^2 - 1.328s + 3.764) 状态空间模型gs3=ss(A,B,C,D)a =x1 x2 x3x1 0 -2 -5x2 1 0 0x3 0 1 0b =u1x1 1x2 0x3 0c =x1 x2 x3y1 0 4 -2d =u1y1 03零极点模型>> z=[];>> p=[-0.5,-2];>> k=[0.5];>> gs1=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:0.5-------------(s+0.5) (s+2)传递函数模型>> [num,den]=zp2tf(z ,p ,k)num =0 0 0.5000 den =1.00002.5000 1.0000 >> gs=tf(num,den)Transfer function:0.5---------------s^2 + 2.5 s + 1状态空间模型[A , B ,C ,D]=zp2ss(z ,p ,k)A =-2.5000 -1.00001.0000 0B =1C =0 0.5000D =>> gs3=ss(A,B,C,D) a =x1 x2 x1 -2.5 -1x2 1 0 b =u1x1 1x2 0c =x1 x2y1 0 0.5d =u1y1 0（4）状态空间模型A=[0 1;-1 -2];>> B=[0;1];>> C=[0 1];>> D=[0];gs3=ss(A,B,C,D)a =x1 x2x1 0 1x2 -1 -2b =u1x1 0x2 1c =x1 x2y1 0 1d =u1y1 0传递函数模型[num,den]=ss2tf(A,B,C,D)num =0 1.0000 -0.0000 den =1 2 1gs=tf(num,den)Transfer function:s - 1.11e-016-------------s^2 + 2 s + 1零极点模型>> [z, p ,k]=ss2zp(A ,B ,C ,D )z =p =-1-1k =1>> gs2=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:s-------(s+1)^22num=[1];den=conv([1,0],conv([0.5,1],[4,1])); >> rlocus(num,den);>> [K,Poles]=rlocfind(num,den) Select a point in the graphics window selected_point =1.1635 + 3.1522iK =103.6761Poles =-4.59571.1728 + 3.1471i1.1728 - 3.1471i3t=0:0.01:5; num=[10]; den=[1,3,9];G=tf(num,den); >> step(G,t);由图形可知：上升时间tr=0.8,峰值时间tp=1.2，超调量Mp=0.19实验四 Matlab 环境下校正环节的设计一． 实验目的1． 研究校正环节的工作原理以及设计实现方法；2． 研究校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响；3． 熟练掌握利用Matlab 实现系统辅助设计及仿真技术。

实验一典型环节阶跃响应一、实验目的1.掌握控制系统模拟实验的基本原理和方法；2.掌握典型环节阶跃响应曲线的测量和分析方法。

二、实验仪器1. XK-KL1型自动控制系统实验箱一台2.计算机一台三、实验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，然后可按给定的系统电路图将其连接，以获得相应的模拟系统；再将输入信号加到模拟系统的输入端，利用计算机测量系统的输出，便可获得系统的响应曲线及性能指标，若改变系统参数，可进一步分析研究参数对系统性能的影响。

四、实验内容构建下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应：1.比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。

G（S）= -R2/R12.惯性环节的模拟电路及其传递函数如图1-2。

G（S）= - K/TS+1K=R2/R1，T=R2C3.积分环节的模拟电路及传递函数如图1-3。

G（S）=1/TST=RC4.微分环节的模拟电路及传递函数如图1-4。

G（S）= - RCS5. 比例+微分环节的模拟电路及传递函数如图1-5（未标明的C=0.01uf）。

G（S）= -K（TS+1）K=R2/R1，T=R2C6. 比例+积分环节的模拟电路及传递函数如图1-6。

G（S）=K（1+1/TS）K=R2/R1，T=R2C五、实验步骤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。

比例环节3.连接被测量典型环节的模拟电路(图1-1)。

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一[典型环节及其阶跃响应] 。

5.鼠标单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。