机械控制工程基础实验报告

《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。

红河学院工学院实验报告单《机械工程控制基础》Matlab仿真实验报告单课程名称：《机械工程控制基础》实验姓名：日期：成绩：年级专业：2011级机械工程学号：实验场地：任美福楼222实验三：二阶线性系统时域性能指标的Matlab仿真实验一、实验内容。

1、二阶线性系统2424s s++单位阶跃响应的时域性能指标。

2、二阶线性系统236 1236s sξ++，当0.1,0.4,0.7,1,2,3ξ=时，单位阶跃响应的Matlab仿真。

3、二阶线性系统222nn ns sωωω++，当0.5,1,1.5,3,5,10nω=时，单位阶跃响应的Matlab仿真。

二、实验目的。

1、熟悉Matlab操作；2、常握Matlab中二阶线性系统的时域性能指标的求法。

3、常握Matlab中二阶线性系统无阻屁固有频率不变，阻尼比变化时对单位阶跃响应的影响，以及阻尼比不变时，无阻尼固有频率变化时对单位阶跃响应的影响。

三、相关Matlab仿真程序与仿真图形。

四、根据实验结果，讨论：（1）当二阶线性系统无阻尼固有频率不变时，阻尼ω比ξ对调节时间的影响；（2）当二阶线性系统阻尼比不变时，无阻尼固有频率n 对调节时间的影响；附件：程序1 二阶线性系统2848s s ++单位阶跃响应的时域性能指标。

clearnum=[8];den=[1 4 8];disp('二阶系统传递函数') %运行结果显示“二阶系统传递函数”这样的字样。

disp是一命令。

Gs=tf(num,den)disp('无阻尼固有频率与阻尼比')[Wn Xita ]=damp(Gs) %damp 是一个命令，用于求取传递函数的无阻尼固有频率、阻尼比、极点。

Wn 是一变量符号，表示无阻尼固有频率n ω，Xita 一变量符号，表示阻尼比ξ。

Wn=Wn(1) %取无阻尼固有频率。

Xita= Xita(1) %取阻尼比disp('二阶系统性能指标如下')tr=(pi-atan(sqrt(1-Xita^2)/ Xita))/Wn/sqrt(1-Xita^2) %上升时间tp=pi/Wn/sqrt(1-Xita^2) %峰值时间ts= 3.5/Xita/Wn %调整时间Mp= exp(-pi*Xita/sqrt(1-Xita^2))*100 %最大超调量程序2 二阶线性系统2641664s s ξ++，当0.1,0.2,0.4,0.7,1.0,2.0ξ=时，单位阶跃响应的Matlab 仿真。

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。

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。

试验1 模拟控制系统在阶跃响应下特性试验一、试验目根据等效仿真原理，运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，研究控制系统阶跃时间响应。

二、试验内容研究一阶与二阶系统构造参数变化，对系统阶跃时间响应影响。

三、试验成果及理论分析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. 一阶系统阶跃响应数据表电容值 （uF ） 稳态终值U c （∞）（V ） 时间常数T(s) 理论值 实际值 理论值 实际值 1.0 2.87 2.90 0.51 0.50 2.2 2.87 2.90 1.02 1.07 4.42.872.902.242.06元器件实测参数U r = -2.87VR o =505k ΩR 1=500k ΩR 2=496k Ω其中C R T 2=r c U R R U )/()(21-=∞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电池内阻影响输入电阻大小。

⑥在C=4.4uF试验中，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：c.阻尼比为0.7，阶跃响应波形：d.阻尼比为1.0，阶跃响应波形：4.二阶系统阶跃响应数据表ξR w（Ω）峰值时间t p（s）U o(t p)（V）调整时间t s（s）稳态终值U s（V）超调（%）M p震荡次数N0.1 454k 0.3 4.8 2.8 2.95 62.7 6 0.5 52.9k 0.4 3.3 0.5 2.95 11.9 10.7 24.6k 0.4 3.0 0.3 2.92 2.7 11.02.97k 1.0 2.98 1.0 2.98 0 0四、回答问题1.为何要在二阶模拟系统中设置开关K1和K2，并且必须同步动作？答：K1作用是用来产生阶跃信号，撤除输入信后，K2则是构成了C2放电回路。

《机械工程控制基础》MATLAB分析与设计仿真实验报告《机械工程控制基础》MATLAB 分析与设计仿真实验任务书（2014）一、仿真实验内容及要求1．MATLAB 软件要求学生通过课余时间自学掌握MATLAB 软件的基本数值运算、基本符号运算、基本程序设计方法及常用的图形命令操作；熟悉MA TLAB 仿真集成环境Simulink 的使用。

2．各章节实验内容及要求1）第三章 线性系统的时域分析法∙ 对教材第三章习题3-5系统进行动态性能仿真，并与忽略闭环零点的系统动态性能进行比较，分析仿真结果；∙ 对教材第三章习题3-9系统的动态性能及稳态性能通过仿真进行分析，说明不同控制器的作用；∙ 在MATLAB 环境下选择完成教材第三章习题3-30，并对结果进行分析；∙ 在MATLAB 环境下完成英文讲义P153.E3.3；∙ 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，在100=a K 时，试采用微分反馈控制方法，并通过控制器参数的优化，使系统性能满足%5%,σ<3250,510s ss t ms d -≤<⨯等指标。

2）第四章 线性系统的根轨迹法∙ 在MATLAB 环境下完成英文讲义P157.E4.5；∙ 利用MA TLAB 绘制教材第四章习题4-5；∙ 在MATLAB 环境下选择完成教材第四章习题4-10及4-17，并对结果进行分析；∙ 在MATLAB 环境下选择完成教材第四章习题4-23，并对结果进行分析。

3）第五章 线性系统的频域分析法∙ 利用MA TLAB 绘制本章作业中任意2个习题的频域特性曲线；4）第六章 线性系统的校正∙ 利用MA TLAB 选择设计本章作业中至少2个习题的控制器，并利用系统的单位阶跃响应说明所设计控制器的功能；∙ 利用MA TLAB 完成教材第六章习题6-22控制器的设计及验证；∙ 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，试采用PD 控制并优化控制器参数，使系统性能满足给定的设计指标ms t s 150%,5%<<σ。

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。

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。

实验一一阶系统及二阶系统时域特性MatLab仿真实验一．实验目的1.通过实验中的系统设计及理论分析方法，进一步理解自动控制系统的设计与分析方法。

2.熟悉仿真分析软件。

3.利用Matlab对一、二阶系统进行时域分析。

4.掌握一阶系统的时域特性，理解常数T对系统性能的影响。

5.掌握二阶系统的时域特性，理解二阶系统重要参数对系统性能的影响。

二．实验设备计算机和Matlab仿真软件。

三．实验内容1.一阶系统时域特性一阶系统G(s)=1，影响系统特性的参数是其时间常数T，T越大，系统的惯性越大，Ts+1系统响应越慢。

Matlab编程仿真T=0.4，1.2，2.0，2.8，3.6，4.4系统单位阶跃响应。

2.二阶系统时域特性a、二阶线性系统G(s)=16单位脉冲响应、单位阶跃响应、单位正弦输入响应的s2+4s+16Matlab仿真。

b、二阶线性系统36，当ξ为0.1，0.2，0.5，0.7，1.0，2.0时，完成单位阶跃响应s2+12ξs+36的Matlab仿真，分析ξ值对系统响应性能指标的影响。

四．实验要求1.进入机房，学生要严格遵守实验室规定。

2.学生独立完成上述实验，出现问题，教师引导学生独立分析和解决问题。

3.完成相关实验内容，记录程序，观察记录响应曲线，响应曲线及性能指标进行比较，进行实验分析4.分析系统的动态特性。

5.并撰写实验报告，按时提交实验报告。

五．Matlab编程仿真并进行实验分析1、一阶系统由图可知，一阶系统时间常数越大，图像图线越晚达到常值输出，即时间常数T影响系统参数，时间常数越大，系统的惯性越大，系统响应越慢。

2、二阶系统a.单位脉冲响应单位阶跃响应单位正弦输入G(s)=16，故可知无阻尼固有频率w n=4,阻尼比为0.5，故其为欠阻尼系统，二阶系统s2+4s+16的单位脉冲响应曲线和单位阶跃响应曲线的过渡过程都是衰减振荡曲线，而单位正弦输入响应曲线表明输出相对于输入出现了滞后。

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. 一阶系统阶跃响应数据表电容值 （uF ） 稳态终值U c （∞）（V ） 时间常数T(s) 理论值 实际值 理论值 实际值 1.0 2.87 2.90 0.51 0.50 2.2 2.87 2.90 1.02 1.07 4.42.872.902.242.06元器件实测参数U r = -2.87VR o =505k ΩR 1=500k ΩR 2=496k Ω其中C R T 2=r c U R R U )/()(21-=∞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：c.阻尼比为0.7，阶跃响应波形：d.阻尼比为1.0，阶跃响应波形：4.二阶系统阶跃响应数据表ξR w（Ω）峰值时间t p（s）U o(t p)（V）调整时间t s（s）稳态终值U s（V）超调（%）M p震荡次数N0.1 454k 0.3 4.8 2.8 2.95 62.7 60.5 52.9k 0.4 3.3 0.5 2.95 11.9 10.7 24.6k 0.4 3.0 0.3 2.92 2.7 11.02.97k 1.0 2.98 1.0 2.98 0 0四、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。

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。

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。

《机械控制工程》实验报告学院：机械与汽车工程学院专业：机械设计制造及其自动化学号：____________________姓名：____________________得分：____________________指导：____________________日期：____________________合肥工业大学机械与汽车工程学院机械电子工程系实验一典型环节的模拟研究一、实验目的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、实验原理三、实验步骤选用虚拟示波器，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。

1)．观察比例环节的阶跃响应曲线2)．观察惯性环节的阶跃响应曲线3)．观察积分环节的阶跃响应曲线4)．观察比例积分环节的阶跃响应曲线5)．观察比例微分环节的阶跃响应曲线6)．观察PID（比例积分微分）环节的响应曲线具体用法参见实验指导书第二章虚拟示波器部分。

四、实验曲线及结果分析1)比例环节2)惯性环节3)积分环节4)比例积分环节5)比例微分环节6)PID （比例积分微分）环节实验二 二阶系统瞬态响应和稳定性分析一、实验目的1. 掌握典型二阶系统模拟电路的构成方法，Ⅰ型二阶闭环系统的传递函数标准式。

2. 研究二阶闭环系统的结构参数--无阻尼振荡频率ωn, 阻尼比ξ对过渡过程的影响。

3. 掌握欠阻尼二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp 、t p 、t s 的计算。

4. 观察和分析典型二阶闭环系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼的瞬态响应曲线，欠阻尼二阶闭环系统中的结构参数--自然频率（无阻尼振荡频率）ωn, 阻尼比ξ对瞬态响应的影响。