哈工大_机电系统控制基础实验_实验一
机电控制实验总结
机电控制实验总结实验一：模块化生产加工系统演示实验生产加工系统由八个模块组成，分别为按照顺序排列可以实现生产工序。
具体的加工流程如下图所示。
1、供料单元供料单元的主要功能是从料库取出工件，将单个工件传送到下一工序。
工件存放于料筒之中,双作用气缸从料仓中退出工件,摇臂机构上的真空吸盘将工件吸起,摆臂机构将工件送到下一站位置。
2、检测单元检测单元可以通过传感器检测工件的特性,已达到区分工件的目的。
分别由系统中配置的光电式、电容式、模拟量三种传感器完成区分工件颜色、以及高度。
3、加工单元加工单元完成对工件的加工过程。
本单元只使用电气驱动器。
通过驱动盛放工件的旋转平台,并利用传感器可以检测平台的准确位置,使得钻头可以在工件上指定的位置处钻孔。
4、机械手操作单元机械手操作单元是将工件按照颜色进行区分。
操作手在指定位置加工将工件提起,同时用于区分颜色的光电式传感器要对工件的颜色进行识别,然后按照要求将工件放置于不同的滑槽上完成区分。
5、暂存单元暂存单元的容量为六。
暂存单元有很强的适用性,工件完成加工后就会进入缓冲站排队,等待下一个工作站的信号,下一个工作站做好接收准备时,缓冲站就将工件传送至下一站。
6、机器人操作单元机器人托取工件,感应器检测到工件后夹紧夹手。
机器人按设定好的程序将工件送至下一单元。
7、组装单元组装单元需与机械臂站共同完成最后的组装工作。
该站为工件的组装提供元件,首先双作用气缸将端盖从端盖料仓中退出,气缸放置在活塞托盘中,气缸弹簧由另一气缸推出。
8、分装单元电感及光电式传感器检测工件颜色、材质等特性。
进入成品分装工作站的工件按不同特性被分别放置于不同滑槽上。
总结：MPS模块化制造系统通过对标准的、基本的制造系统模块进行重构快速得到面向定制产品的制造系统,是一种高生产率和高柔性的制造系统。
生产系统具有以下几类模块:加工基本模块、模块化驱动单元、模块化的刀具和夹具以及可重构的控制系统。
系统的特点是:当有一个新产品投产时,标准化的模块可以快速组成一个新的制造系统,当产品生产完成后,组成制造系统的模块可以拆下来用于其它新产品的制造系统。
《机电系统控制基础》实验指导书
哈尔滨理工大学《机电系统控制基础》机械电子工程专业实验指导书班级：姓名：学号：实验名称：荣成学院机械工程系机电教研室2017年 8月目录实验一Matlab语言基础实验 (1)实验二控制系统建模及模型转换 (6)实验三控制系统的时域分析实验 (9)实验四控制系统的频域分析实验 (14)实验五控制系统的稳定性分析实验 (21)附录一Matlab中输入希腊字母的方法 (30)实验一Matlab语言基础实验一、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①Command 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，如图 1 所示。
一般MA TLAB的所有函数和命令都可以在命令窗口中执行。
图1 MATLAB工作界面平台掌握MALAB 命令行操作是走入MA TLAB 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MA TLAB提示符“>>”表示MA TLAB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MA TLAB 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MA TLAB 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。
比如当然下面即将讲到的历史窗口也具有此功能。
②Command History历史命令窗口在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。
哈工大 机电控制系统 大作业二
1. 设计题目
设一由环形分配器、驱动电路和四相反应式步进电机组成的开环控制系统，试设计该系统的环形分配器，实现以下功能。
（1）步进电机组成的开环控制系统具有上电复位和手动复位功能；
（2）步进电机组成的开环控制系统具有正反转控制功能；
2. 设计说明书
（1）画出四相八拍反应式步进电机励磁状态转换表；
正转：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A
（2）确定复位状态；
以初始状态为复位状态：ABCD----1000。
（3）设计上电复位和手动复位电路，设置手动复位开关；
如图所示，采用D触发器控制ABCD状态。
上电瞬间，电容可视为短路，控制A端口的D触发器R=0，S=1，使A输出为1，控制B、C、D端口的D触发器R=1，S=0，B、C、D端输出为0，从而使ABCD=1000。
同样，当按下开关J1，同样使4个D触发器状态同上电瞬间，也使ABCD=1000。
此电路实现了上电复位和手动复位。
（4）通过卡诺图或布尔代数化简，写出各项的逻辑表达式；
'TCD TAB T A CD ∙∙= 'B TAB TCD TCD =∙∙
'C ：
'C TAB TAB TCD =∙∙ 'D TCD TAB TAB =∙∙。
（5）作逻辑图；。
哈工大《电子系统》实验报告模板
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y《电子系统》实验报告院系：电信学院班级：设计者：学号：指导教师：孙思博实验一连续波雷达测速实验一、实验目的：1、掌握雷达测速原理。
2、了解连续波雷达测速实验仪器原理及其使用。
3、使用Matlab对实验数据进行分析，得到回波多普勒频率和目标速度。
二、实验原理：1、多普勒测速原理：由于运动目标相对辐射源的运动而引起发射信号的中心频率发生多普勒频移的现象称为多普勒效应。
目标运动方向的不同决定了多普勒频移的正负。
（如图1所示）图1.多普勒效应假设发射的是重复频率为错误！未找到引用源。
的脉冲串，雷达发射信号的波长为错误！未找到引用源。
时，设目标的速度为错误！未找到引用源。
，多普勒频率为错误！未找到引用源。
,以目标接近雷达为例，错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
为接收脉冲串频率新频率错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
为雷达发射信号的载频则：错误！未找到引用源。
，当|错误！未找到引用源。
|<<c时（1）2、多普勒信息的提取：在连续波工作状态时，利用相干检波器可以得到和错误！未找到引用源。
相关的一系列频谱分量，回波分量中的错误！未找到引用源。
、错误！未找到引用源。
、2错误！未找到引用源。
等高频分量被多普勒滤波器滤除，则最后获得就是多普勒分量，利用公式(1) 可以求得目标的速度。
本实验中发射波长为3cm,采样率是2048HZ。
三、实验仪器：实验装置如下：5402DSP测速传感器混频器连续波发射机传感器输出信号放大滤波AD 串行接口PC 机FFT图3-2 连续波雷达测速实验仪器原理框图图3. 测速雷达传感器三、 实验内容与步骤：1、 利用给定装置，使用一挡光板作为目标物体，移动该物体，则通过测速雷达传感器（如图3）能够获得回波数据，并被DSP 芯片采样，采样频率为2048HZ 。
2、 通过示波器观察波形，选择一高频干扰少的波形，利用软件获得其2048个数据，并存储在计算机中。
哈工大机电控制系统大作业一
设一转速、电流双闭环直流调速系统，米用双极式H桥PWM方式驱动, 已知电动机参数为：额定功率200W ；额定转速48V ；额定电流4A ；额定转速=500r/min ；电枢回路总电阻；允许电流过载倍数=2；电势系数C e =0.04Vmin/r ；电磁时间常数T L-0.008s；机电时间常数T m= 0.5;电流反馈滤波时间常数To^ 0.2ms；转速反馈滤波时间常数T°n = 1ms；要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压U；m =5；=10V ；两调节器的输出限幅电压为10V ；PWM功率变换器的开关频率f -10kHz；放大倍数K s=4.8。
试对该系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差；电流超调量；—-5%;空载起动到额定转速时的转速超调量二-25% ；过渡过程时间t s=0.5 s。
1.计算电流和转速反馈系数电流反馈系数：U10 = 1.25(V/A )'Inom2 4转速反馈系数：*U nmCi —-10 0.02(V min /r)nn om5002.电流环的设计(1)确定时间常数电流反馈滤波时间常数T °i = 0.2ms =0.0002s ,11调制周期 T s=——0.0001s ，f 10x1000按电流环小时间常数的近似处理方法，取T 沪 T s T °i =0.0001 0.0002 = 0.0003s(2) 选择电流调节器结构电流环可按I 型系统进行设计。
电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为皿+1 G ACR (s)二 K iNS(3) 选择调节器参数超前时间常数：j =T = 0.008s 。
电流环按超调量6^5%考虑，电流环开环增益：取 K,^^0.5，因此0.50.5K ,1666.6667Tj 0.0003于是，电流调节器的比例系数为0.008乂 8 K i = K } -1666.6667 17.7778K s1.25 4.8(4) 检验近似条件电流环的截止频率•〔= K| =1666.6667 1/s现在，3333.3333 • 1666.6667 =•⑺，满足近似条件。
机电控制系统实验报告
一、实验目的1. 理解机电控制系统的基本原理和组成；2. 掌握机电控制系统的调试方法；3. 熟悉常用控制元件的性能和特点；4. 提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。
二、实验原理机电控制系统是指由电动机、执行机构、控制器、传感器等组成的，用于实现特定运动或控制功能的系统。
本实验主要研究步进电机驱动系统，通过控制步进电机的旋转角度和速度，实现机械装置的运动控制。
三、实验内容1. 步进电机驱动系统原理研究2. 步进电机驱动电路设计3. 步进电机驱动系统调试四、实验步骤1. 步进电机驱动系统原理研究（1）了解步进电机的工作原理和驱动方式；（2）分析步进电机驱动电路的基本组成和功能；（3）掌握步进电机驱动电路的调试方法。
2. 步进电机驱动电路设计（1）根据步进电机的参数（如相数、步距角等）选择合适的驱动电路；（2）设计步进电机驱动电路的硬件电路，包括驱动芯片、驱动模块、电源电路等；（3）绘制电路原理图和PCB布线图。
3. 步进电机驱动系统调试（1）搭建实验平台，包括步进电机、驱动电路、控制器、传感器等；（2）编写控制程序，实现步进电机的正转、反转、定位等功能；（3）调试系统，观察步进电机的运行状态，调整参数，使系统达到预期效果。
五、实验结果与分析1. 步进电机驱动系统原理研究通过学习，掌握了步进电机的工作原理和驱动方式，了解了步进电机驱动电路的基本组成和功能。
2. 步进电机驱动电路设计根据步进电机的参数，选择了合适的驱动电路，并完成了电路原理图和PCB布线图的绘制。
3. 步进电机驱动系统调试搭建了实验平台，编写了控制程序，实现了步进电机的正转、反转、定位等功能。
调试过程中，观察了步进电机的运行状态，调整了参数，使系统达到预期效果。
六、实验总结1. 通过本次实验，加深了对机电控制系统原理的理解，掌握了步进电机驱动系统的设计方法；2. 提高了动手能力和分析问题、解决问题的能力；3. 了解了常用控制元件的性能和特点，为今后从事相关领域工作奠定了基础。
哈工大自动控制理论实验一、二
实验一 典型环节的时域响应一、实验目的1、掌握典型环节模拟电路的构成方法、传函及输出时域函数的表达式。
2、掌握各典型环节的特征参数的测量方法。
3、熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。
二、实验设备Pc 机一台，TD-ACC+教学实验系统一套三、实验原理及内容1、比例环节 1）结构框图图1-1 比例环节的结构框图2）传递函数K S R S C =)()( 3）阶跃响应K t C =)( )0(≥t 其中 01/R R K =4）模拟电路图1-2 比例环节的模拟电路图注：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100k 电阻。
不需再接。
2、积分环节1）结构框图图1-3 积分环节的结构框图2）传递函数TSS R S C 1)()(= 3）阶跃响应t Tt C 1)(=)0(≥t 其中 C R T 0= 4）模拟电路图1-4 积分的模拟电路图3、比例积分环节1）结构框图图1-5 比例积分环节的结构框图2）传递函数 TSK S R S C 1)()(+= 3）阶跃响应t TK t C 1)(+= )0(≥t 其中 01/R R K = ；C R T 0= 4）模拟电路图1-6 比例积分环节的模拟电路图4、惯性环节1）结构框图图1-7 惯性环节的结构框图2）传递函数3）阶跃响应)1()(/T t e K t C --= 其中 01/R R K = ；C R T 1=4）模拟电路图1-8 惯性环节的模拟电路图四、实验步骤1、按图1-2比例环节的模拟电路图将线接好。
检查无误后开启设备电源。
2、将信号源单元的“ST ”端插针与“S ”端插针用“短路块”。
将信号形式开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT ”端输出的方波幅值小于5V ，周期为10s 左右。
3、将方波信号加至比例环节的输入端R （t ），用示波器的“CH1”和“CH2” 表笔分别监测模拟电路的输入R （t ）端和输出C(t)端。
记录实验波形及结果。
哈工大现代控制理论实验报告一
Harbin Institute of Technology现代控制理论基础上机实验一亚微米超精密车床振动控制系统的状态空间法设计院系：航天学院控制科学与工程系专业：探测制导与控制技术姓名：班号：学号：指导教师：史小平哈尔滨工业大学2015年5月26日目录一、工程背景介绍及物理描述 (3)1.1 工程背景介绍 (3)1.2实验目的 (3)1.3工程背景的物理描述 (3)二．闭环系统的性能指标 (5)三．实际给定参数 (6)四．车床振动系统的开环状态空间模型 (6)五．状态反馈控制律的设计过程 (7)六. 闭环系统数字仿真的MATLAB编程 (8)6.1源程序 (8)6.2 运行截图 (9)七. 实验结论及心得 (10)7.1实验结论 (10)7.2 心得体会 (11)一、工程背景介绍及物理描述1.1 工程背景介绍超精密机床是实现超精密加工的关键设备，而环境振动又是影响超精密加工精度的重要因素。
为了充分隔离基础振动对超精密机床的影响，目前国内外均采用空气弹簧作为隔振元件，并取得了一定的效果，但是这属于被动隔振，这类隔振系统的固有频率一般在2Hz左右。
这种被动隔振方法难以满足超精密加工对隔振系统的要求。
为了解决这个问题，有必要研究被动隔振和主动隔振控制相结合的混合控制技术。
其中，主动隔振控制系统采用状态空间法设计，这就是本次上机实验的工程背景。
1.2实验目的通过本次上机实验，熟练掌握：1. 控制系统机理建模；2. 时域性能指标与极点配置的关系；3. 状态反馈控制律设计；4. MATLAB语言的应用。
四个知识点。
1.3工程背景的物理描述上图表示了亚微米超精密车床隔振控制系统的结构原理，其中被动隔振元件为空气弹簧，主动隔振元件为采用状态反馈控制策略的电磁作动器。
上图表示一个单自由度振动系统，空气弹簧具有一般弹性支承的低通滤波特性，其主要作用是隔离较高频率的基础振动，并支承机床系统；主动隔振系统具有高通滤波特性，其主要作用是有效地隔离较低频率的基础振动。
哈工大机电系统控制基础大作业Matlab时域分析
《机电系统控制基础》大作业一基于MATLAB的机电控制系统响应分析哈尔滨工业大学2013年12月12日1作业题目1. 用MATLAB 绘制系统2()25()()425C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应曲线、单位斜坡响应曲线。
2. 用MATLAB 求系统2()25()()425C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应性能指标：上升时间、峰值时间、调节时间和超调量。
3. 数控直线运动工作平台位置控制示意图如下：X i伺服电机原理图如下：LR(1)假定电动机转子轴上的转动惯量为J 1，减速器输出轴上的转动惯量为J 2，减速器减速比为i ，滚珠丝杠的螺距为P ，试计算折算到电机主轴上的总的转动惯量J ；(2)假定工作台质量m ，给定环节的传递函数为K a ，放大环节的传递函数为K b ，包括检测装置在内的反馈环节传递函数为K c ，电动机的反电势常数为K d ，电动机的电磁力矩常数为K m ，试建立该数控直线工作平台的数学模型，画出其控制系统框图；(3)忽略电感L 时，令参数K a =K c =K d =R=J=1，K m =10，P/i =4π，利用MATLAB 分析kb 的取值对于系统的性能的影响。
源代码：t=[0:0.01:5];u=t;C=[25],R=[1,4,25];G=tf(C,R);[y1,T]=step(G,t);y2=lsim(G,u,t);subplot(121),plot(T,y1);xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); grid on;subplot(122),plot(t,y2);grid on;xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');仿真结果及分析：源代码：t=[0:0.001:1];yss=1;dta=0.02;C=[25],R=[1,4,25];G=tf(C,R);y=step(G,t);r=1;while y(r)<yss;r=r+1;endtr=(r-1)*0.001;[ymax,tp]=max(y);tp1=(tp-1)*0.001;mp=(ymax-yss)/yss;s=1001;while y(s)>1-dta && y(s)<1+dta;s=s-1;endts=(s-1)*0.001;[tr tp1 mp ts]仿真结果及分析：C = 25ans = 0.4330 0.6860 0.2538 1.0000由输出结果知：上升时间为0.4330秒，峰值时间为0.6860秒，最大超调量为0.2538，调整时间1.0000秒。
机电控制工程基础实验报告 自控实验一
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)。
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姓名：学号：
课程名称：机电系统控制基础实验
实验序号： 1 实验日期：
实验室名称：
同组人：
实验成绩：总成绩：
教师评语：
教师签字：
年月日
机电系统控制基础原理性仿真实验
一、实验目的
通过仿真实验，掌握在典型激励作用下典型机电控制系统的时间响应特性，分析系统开环增益、系统阻尼、系统刚度、负载、无阻尼自振频率等机电参数对响应、超调量、峰值时间、调整时间、以及稳态跟踪误差的影响；掌握系统开环传递函数的各参数辨识方法，最后，学会使用matlab 软件对机电系统进行仿真，加深理解系统动态响应特性与系统各参数的关系。
二、实验原理
1．一阶系统的单位脉冲响应
惯性环节（一阶系统）单位脉冲响应simulink 实现图，如图2-1 所示
(a)可观测到输出曲线
(b)输入、输出曲线均可观测到
图2-1 惯性环节（一阶系统）单位脉冲响应simulink 实现图
2．一阶系统的单位阶跃响应
一阶系统的单位阶跃响应simulink 实现图如图2-2 所示。
图2-2 一阶系统的单位阶跃响应simulink 实现图
3．二阶系统的单位脉冲响应
二阶系统的单位脉冲响应simulink 实现图，如图2-3 所示。
图2-3 二阶系统的单位脉冲响应simulink 实现图
4．二阶系统的单位阶跃响应
二阶系统的单位阶跃响应实验simulink 实现图如图2-4 所示。
图2-4 二阶系统的单位阶跃响应实验simulink 实现图
三、实验要求
1. 掌握在典型激励作用下典型机电控制系统的时间响应特性。
2. 掌握系统开环传递函数的各参数辨识方法。
3. 使用matlab 软件对机电系统进行仿真
四、实验结果
1. 一阶系统的单位脉冲响应
Simulink 模型图如图4-1
图4-1 一阶系统单位脉冲响应模型图
单位脉冲函数波形图如图4-2
图4-2 单位脉冲函数波形图
图4-3 输出函数波形图
2. 一阶系统的单位阶跃响应
Simulink 模型图如图4-4
图4-4一阶系统的单位阶跃响应模型图单位阶跃函数波形图如图4-5
图4-5 单位阶跃函数波形图
图4-6 输出函数波形3.二阶系统的单位脉冲响应
Simulink 模型图如图4-7
图4-7 Simulink 模型图单位脉冲函数波形图如图4-2。
输出函数波形如图4-8
图4-8 输出函数波形
4.二阶系统的单位阶跃响应
Simulink 模型图如图4-9
图4-9 二阶系统的单位阶跃响应模型图单位阶跃函数波形图如图4-5。
输出函数波形如图4-10
图4-10 输出函数波形。