《机械工程控制基础》实验指导书
机械控制工程基础实验指导书
实验箱简介机械控制工程基础实验模块由六个模拟运算单元及元器件库组成，这些模拟运算单元的输入回路和反馈回路上配有多个各种参数的电阻、电容，因此可以完成各种自动控制模拟运算。
例如构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例微分环节，PID环节和典型的二阶、三阶系统等。
利用本实验机所提供的多种信号源输入到模拟运算单元中去，再使用本实验机提供的虚拟示波器界面可观察和分析各种自动控制原理实验的响应曲线。
主实验板根据功能本实验机划分了各种实验区均在主实验板上。
实验区组成见表1。
虚拟示波器的使用一、设置用户可以根据不同的要求选择不同的示波器，具体设置方法如下： 1、示波器的一般用法：运行LABACT 程序，选择“工具”栏中的‘单迹示波器’项或‘双迹示波器’项，将可直接弹出该界面。
‘单迹示波器’项的频率响应要比‘双迹示波器’项高，将可观察每秒6500个点；‘双迹示波器’项只能观察每秒3200个点。
点击开始即可当作一般的示波器使用。
2、实验使用：运行LABACT 程序，选择‘自动控制 / 微机控制 / 控制系统’菜单下的相应实验项目，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、CH2测孔测量波形。
二、虚拟示波器的使用1、虚拟示波器的一般使用图1 虚拟示波器运行界面图1为示波器的时域显示和相平面显示界面，只要点击开始，示波器就运行了，此时就可以用实验机上CH1和 CH2来观察波形。
CH1和 CH2各有输入范围选择开关，当输入电压小于－5V ～+5V 应选用x1档，如果大于此输入范围应选用x5挡（表示衰减5倍）。
该显示界面中提供了示波和X-Y 两种方式，示波就是普通示波器的功能，它提供了示波器的时域显示，X-Y 相当于真实示波器中的X-Y 选项；如果需要用X-Y 功能，只要选中X-Y 选项即可，它提供了示波器的相平面显示，进行非线性系统的相平面分析，实验中必须用X-Y 功能。
机械工程控制基础实验指导书
《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。
机械控制工程基础实验指导书(07年)
中北大学机械工程与自动化学院实验指导书课程名称：《机械工程控制基础》课程代号：02020102适用专业：机械设计制造及其自动化实验时数：4学时实验室：数字化实验室实验内容：1.系统时间响应分析2.系统频率特性分析机械工程系2010.12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：数字化实验室一、实验项目设计内容及要求1.试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.试验内容完成一阶、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.试验要求学习教材《机械工程控制基础（第5版）》第2、3章有关MA TLAB 的相关内容，要求学生用MA TLAB 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.试验条件利用机械工程与自动化学院数字化试验室的计算机，根据MA TLAB 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MA TLAB 表达 (1)一阶系统 传递函数为：1)(+=Ts Ks G 传递函数的MA TLAB 表达： num=[k]；den=[T,1]；G(s)=tf(num,den) (2)二阶系统 传递函数为：2222)(nn n w s w s w s G ++=ξ传递函数的MA TLAB 表达： num=[2n w ]；den=[1，ξ2wn ，wn^2]；G(s)=tf(num,den) （3）任意的高阶系统 传递函数为：nn n nm m m m a s a sa s ab s b s b s b s G ++++++++=----11101110)(传递函数的MA TLAB 表达：num=[m m b b b b ,,,110- ]；den=[n n a a a a ,,,110- ]；G(s)=tf(num,den)若传递函数表示为：)())(()())(()(1010n m p s p s p s z s z s z s Ks 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） 试验方案设计可参考教材相关内容，相应的M 程序可参考（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。
机械工程控制基础教学大纲
机械工程控制基础教学大纲(实用版)编制人：__________________审核人：__________________审批人：__________________编制单位：__________________编制时间：____年____月____日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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山东大学实验指导书-机械设计基础(控制学院学生用)
机械设计基础实验指导书专业班级：学号：姓名：国家级机械基础实验教学示范中心编学生实验守则1.必须按指定的时间参加实验，不得迟到、早退，迟到10分钟以上者不得参加本次实验。
2.实验前必须认真预习实验指导书及实验内容，明确实验目的、步骤和原理，并完成预习作业。
未完成预习作业和回答教师提问不合格者，不得参加本次实验。
3.由于特殊原因，不能参加实验者，经指导教师同意方可补做。
4.实验时必须严格遵守实验室的规章制度和仪器设备操作规程。
如实记录数据，不抄袭他人实验结果。
5.爱护仪器设备，节约使用材料。
不得动用与本实验无关的仪器设备及其他物品，不准将实验室内的物品带出室外。
6.实验中要切实注意安全，若发生事故，应立即切断电源，保持现场，及时向指导教师报告，待查明原因并排除后，方可继续实验。
7.进入实验室后应保持安静，不得高声喧哗和打闹，不准抽烟，不准随地吐痰，不准乱丢纸屑杂物，要保持实验室和仪器设备的整齐清洁。
8.实验完毕后，仪器物品应恢复原位，整理场地，关闭电源。
经指导教师检查仪器设备、工具、材料及实验记录后，方可离开实验室。
9.私自拆卸仪器设备并造成事故和损失的，肇事者应写出书面检查，并按学校的有关规定进行赔偿和处罚。
10.按照要求撰写实验报告，在实验室结束实验后1周内上交实验报告。
实验一 机械结构分析及运动简图测绘一、概述我们在对机构进行分析和设计时，常常撇开构件的实际外形、运动副的具体结构和组成构件的零件数目等与运动无关的因素，而用简单的线条和规定的符号代表构件和运动副，并按一定比例表示各运动副的相对位置和构件尺寸，这种表明机构各构件相对运动关系的简单图形称为机构运动简图。
机构运动简图可以简明地表达一部机器的传动原理，是工程技术人员进行机构设计、分析和交流的工具，工科学生应当加强机构运动简图测绘的训练。
二、实验目的1.了解所研究机构的实际应用及运动变换功能；2. 掌握机构运动简图的测绘方法；3. 掌握机构自由度的计算并判定机构运动是否确定。
机械工程材料实验指导书实验一硬度试验
机械工程材料实验指导书实验一硬度实验【实验目的】1．进一步加深对硬度概念的理解。
2．了解布氏、洛氏硬度计的构造和作用原理。
3．熟悉布氏硬度、洛氏硬度的测定方法和操作步骤。
【实验设备及材料】布氏硬度计、洛氏硬度计、读数显微镜、试样(钢、铸铁或有色金属)一组。
【实验原理】硬度计的原理是：将一定直径球体压入试样表面，保持一定的时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径，用试验力压出一压痕表面面积计算硬度。
1.布氏硬度（HB）以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2) ，布氏硬度计适用于铸铁等晶粒粗大的金属材料的测定。
2.洛氏硬度（HR）当HB大于450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计。
它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。
根据试验材料硬度的不同，分三种不同的硬度标尺HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。
HRB：是采用100kg 载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。
HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。
一、布氏硬度实验【布氏硬度计】THBS-3000DA采用电子自动加荷，计算机软件编程，高倍率光学测量，采用自动数字式编码器直接测量，测试结果LCD显示。
图1 THBS-3000DA型布氏硬度试验机【试样的技术条件】1．试样的试验面，应制成光滑平面，不应有氧化皮及污物。
试验面应能保证压痕直径能精确测量，试样表面粗糙度Ra值一般不应大于0.8μm。
2．在试样制备过程中，应尽量避免由于受热及冷加工对试样表面硬度的影响。
机械工程控制基础实验
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 —。
机械设计基础实验指导书(最新)
①“左、静、右”钮置“左”，记录μA表值，若指针指过满度，置合适的衰减档，记录灯下刻度，得1测点振动量S11。
②“左、静、右”钮置“右”，重复①的操作，得2测点振动量S21。
1#面加试重完毕关闭闪光灯，锁紧支撑，停车取下试重。
7、2#校正面加试重，测量两支撑振动量S12，S22。
电测部分的解算电路，又称面的分解电路，它的作用是保证每次μA表的示值及闪光灯下定出的角度。每次只反映某一个校正面不平衡量的大小和位置，并不包含另一个校正面不平衡量的影响。校正面的选择，即面的分离电路控制，由“左、静、右”旋钮切换。
另外，μA表的示值是“格数”，是不平衡的相对值。因为理论上可以证明软支撑动平衡机不平衡与支撑振动量之间成正比，且相位相反。因此，μA表的示值也是振动量的相对值，根据振动量的相对值（幅值）和闪光灯下的角度（相位），就可以确定出转子平衡量的大小和位置。
确定转子平衡量大小和位置的方法有：试凑法，几何作图法和计算法。本实验用影响系数法进行转子动平衡，提倡用计算机程序化计算。
图1DS—30型动平衡机工作原理图
五、实验步骤
实验的主要过程是：测量试验转子支撑处的初始振动幅值及相位；对左、右校正面加试重，并分别测量支撑振动幅值及相位。
1、接通电测箱电源，指示灯亮，仪器预热20分钟。
东北电力大学自编教材
机械设计基础实验指导书
（附实验报告表）
赵成军编写
机械工程学院机械基础实验室
实验守则
1、实验课前必须认真阅读实验指导书。熟悉实验目的、要求、步骤以及有关注意事项，做好实验前的各项准备工作。
2、实验前必须完成“实验预习报告”，否则，不允许参加本次试验，不计成绩。
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《机械工程控制基础》实验指导书
工程与技术系
二O一一年四月
目录
实验一时间特性的计算机求解 (1)
实验二频率特性计算机求解 (3)
实验三系统稳定性分析 (5)
实验四系统稳态误差的计算 (7)
实验一 时间特性的计算机求解
一、 实验目的
1. 使用matlab 程序语言描述一阶二阶系统的时间响应。
2. 观察系统在单位阶跃信号、单位脉冲信号作用下的输出，并分析其动态性能。
二、 实验设备
计算机及matlab 仿真软件
三、 实验的内容
1. 使用matlab 程序语言描述一阶系统单位阶跃型号下的的时间响应 （1）程序语言：
num=[01......,b b b m m -]; den=[01......,a a a n n -]; step(num,den)
（2）求解实例：
求解一阶系统1
21
)(+=s s G 单位阶跃响应 num=[1]; den=[2 1]; step(num,den) 响应曲线如图所示：
2. 使用matlab 程序语言描述二阶系统单位阶跃型号下的的时间响应 （1）程序语言：
num=[2
n ω];
den=[
22
12)n n ξωω（];
step(num,den)
（2）求解实例：
求解二阶系统4
6.14
)(2
++=s s s G 单位阶跃响应 num=[4];
den=[1 1.6 4]; step(num,den) 响应曲线如图所示：
四、实验报告要求
使用matlab 程序语言下列一阶和二阶系统单位阶跃信号下的的时间响应，并确定影响系统快速性和稳定性的性能指标
（1）1
31
)(+=
s s G （2）1000
5.341000
)(2
++=s s s G
实验二 频率特性计算机求解
一、 实验目的
1. 使用matlab 程序语言计算系统的频率特性。
2. 绘制连续系统的奈奎斯特和伯德图。
二、 实验设备
计算机及matlab 仿真软件
三、 实验的内容
1. 使用matlab 程序语言计算系统的频率特性，绘制连续系统的奈奎斯特图。
（1）程序语言：
num=[01......,b b b m m -]; den=[01......,a a a n n -]; nyquist(num,den)
（2）求解实例：
求解二阶系统3
2152)(22++++=s s s s s G 奈奎斯特曲线。
num=[2 5 1]; den=[1 2 3]; nyquist(num,den) 奈奎斯特曲线如图所示：
2. 使用matlab 程序语言计算系统的频率特性，绘制连续系统的伯德图特图。
（1）程序语言：
num=[01......,b b b m m -]; den=[01......,a a a n n -]; bode(num,den)
（2）求解实例：
求解二阶系统8
610
8)(2
+++=s s s s G 伯德图 num=[8 10]; den=[1 6 8]; bode (num,den) 结果如图所示：
四、实验报告要求
1. 使用matlab 程序语言计算系统的频率特性，绘制系列连续系统的奈奎斯特图和伯德图。
（1）)
12.0()
10(5.2)(2
++=
s s s s G
实验三 系统稳定性分析
一、 实验目的
1. 使用matlab 程序语言分析系统的稳定性。
2. 绘制系统伯德图并计算系统频域性能指标。
二、 实验设备
计算机及matlab 仿真软件
三、 实验的内容
1. 使用matlab 程序语言绘制系统波的图并计算频域性能指标。
（1）程序语言函数：
Margin ( )
（2）求解实例：
判断单位反馈系统4
57
.2)(23++=s s s G 闭环系统的稳定性。
num=[0 0 0 2.7]; den=[1 5 0 4]; s1=tf(num,den);
[Gm,Pm,Wcp,Wcg]=margin(s1)； margin(s1) grid
响应曲线如图所示： Gm 为幅值裕度 Pm 为相位裕度 Wcp 为相位交点频率 Wcg 为增益交点频率
四、实验报告要求
1. 使用matlab 程序语言绘制s
s s s G 103421
)(2
3++=系统伯德图并计算系统频域性能指标并分析系统的稳定性。
实验四系统稳态误差的计算
一、实验目的
1. 使用matlab程序语言计算系统的稳态误差。
2. 观察系统的响应曲线并分析稳态误差结果。
二、实验设备
计算机及matlab仿真软件
三、实验的内容
1. 使用matlab程序语言计算单位反馈系统的稳态误差
（1）程序语言：
y=step(sys,t);
ess=1-y;
ess(length(ess));
（2）求解实例：
求解系统
3(21)
()
(2)(1)
s
G s
s s s
+
=
+-
的稳态误差
>> num=[6 3];
>> den=[1 1 -2 0]; >> s=tf(num,den); >> sys=feedback(s,1); >> step(sys);hold on >> t=[0:0.1:300]'; >> y=step(sys,t);grid >> ess=1-y;
>> ess(length(ess)) 运算结果-5.5511e-015
响应曲线如图所示：
四、实验报告要求
1. 使用matlab 程序语言求出单位反馈系统2
3421023
1824)(s
s s s s s G ++++=的单位阶跃响应稳态误差。