南理工 机械院 控制工程基础实验报告
控制工程基础仿真实验报告
本科生课程论文控制工程基础仿真实验报告实验一一阶系统的单位阶跃响应一、实验目的1、学会使用ATLABM编程绘制控制系统的单位阶跃响应曲线；2、掌握准确读取动态特征指标的方法；3、研究时间常数T对系统性能的影响；4、掌握一阶系统11Ts+时间响应分析的一般方法；5、通过仿真实验，直观了解各典型环节的时间响应和频率响应，巩固课程中所学的基本概念和基本原理；二、实验要求1、输入3个不同的时间常数T，观察一阶系统11Ts+的单位阶跃响应曲线的变化，绘制响应曲线图，并分析时间常数T对系统性能的影响。
2、若通过实验已测得一阶系统11Ts+的单位阶跃响应曲线，试说明如何通过该曲线确定系统的时间常数T。
三、实验内容（一）实验设备计算机；WINDOWS操作系统，并安装Matlab语言编程环境。
（二）实验原理通过对各种典型环节的仿真实验，可以直观的看到各种环节的时间响应和频率响应的图像。
通过对所得图像的分析可以得出各种参数如何影响系统的性能。
四、实验过程在Matlab平台对一阶系统11Ts+的单位阶跃响应进行仿真。
（1）输入3个不同的时间常数T，观察一阶系统单位阶跃响应曲线的变化，绘制响应曲线图，并分析时间常数T对系统性能的影响。
在Matlab中进行操作，其代码如下：1.num=1;2.den=[11];3.g=tf(num,den)4.5.g =6.7.18. -----9. s + 110.11.Continuous-time transfer function.12.13.>> step(g)14.hold on15.>> step(tf(1,[21]))16.>> step(tf(1,[41]))17.>> legend('T=1','T=2','T=4');（2）对于已测得的一阶系统的单位阶跃响应曲线，分析通过该曲线确定系统的时间常数T的方法。
南京理工大学控制工程基础实验报告
《控制工程基础》实验报告姓名欧宇涵 914000720206周竹青 914000720215 学院教育实验学院指导老师蔡晨晓南京理工大学自动化学院2017年1月实验1：典型环节的模拟研究一、实验目的与要求：1、学习构建典型环节的模拟电路；2、研究阻、容参数对典型环节阶跃响应的影响；3、学习典型环节阶跃响应的测量方法，并计算其典型环节的传递函数。
二、实验内容：完成比例环节、积分环节、比例积分环节、惯性环节的电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃响应特性的影响。
三、实验步骤与方法（1）比例环节图1-1 比例环节模拟电路图比例环节的传递函数为：K s U s U i O =)()(，其中12R RK =，参数取R 2=200K ，R 1=100K 。
步骤： 1、连接好实验台，按上图接好线。
2、调节阶跃信号幅值(用万用表测)，此处以1V 为例。
调节完成后恢复初始。
3、Ui 接阶跃信号、Uo 接IN 采集信号。
4、打开上端软件，设置采集速率为“1800uS”，取消“自动采集”选项。
5、点击上端软件“开始”按键，随后向上拨动阶跃信号开关，采集数据如下图。
图1-2 比例环节阶跃响应（2）积分环节图1-3 积分环节模拟电路图积分环节的传递函数为：ST V V I I O 1-=，其中T I =RC ，参数取R=100K ，C=0.1µf 。
步骤：同比例环节，采集数据如下图。
图1-4 积分环节阶跃响应（3）微分环节图1-5 微分环节模拟电路图200KRV IVoC2CR 1V IVo200K微分环节的传递函数为：K S T S T V V D D I O +-=1，其中 T D =R 1C 、K=12R R。
参数取：R 1=100K ，R 2=200K ，C=1µf 。
步骤：同比例环节，采集数据如下图。
图1-6 微分环节阶跃响应（４）惯性环节图1-7 惯性环节模拟电路图惯性环节的传递函数为：1+-=TS K V V I O ，其中2T R C =,21RK R =-。
控制工程实验报告
《控制工程基础》实验任务实验一 系统时域响应分析1. 实验目的本实验的主要目的是：通过实验使学生进一步理解系统参数对时域响应的影响，理解系统参数与时域性能指标之间的关系，同时了解系统稳定性的充要条件。
本实验的内容覆盖了教材第3、4、5章的内容。
2. 实验内容完成一阶、二阶系统在典型输入信号作用下的响应，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. 实验要求要求掌握应用MATLAB 软件的相应功能，实现一阶、二阶系统在典型输入信号（包括单位脉冲信号、单位阶跃信号、单位斜坡信号、正弦信号等）作用下的响应；记录实验结果并对结果进行分析，要求用实验结果来分析系统特征参数对系统时间响应的影响。
4. 实验地点工字楼127。
5. 实验过程一、系统的传递函数及其MATLAB 表达 (1)一阶系统 传递函数为：1)(+=Ts Ks G 传递函数的MATLAB 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MATLAB 表达： num=[wn^2]；den=[1，2*s* wn ，wn^2]；G(s)=tf(num,den) （3）任意的高阶系统传递函数为：nn n n m m m m a s a s a s a b s b s b s b s G ++++++++=----11101110)(传递函数的MATLAB 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) 二、 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）,u 为给定输入信号（列向量）。
南理工控制工程基础实验报告
南理工控制工程基础实验报告成绩：《控制工程基础》课程实验报告班级：学号：姓名：南京理工大学2015年12月《控制工程基础》课程仿真实验一、已知某单位负反馈系统的开环传递函数如下G(s)?10 s2?5s?25借助MATLAB和Simulink完成以下要求：(1) 把G(s)转换成零极点形式的传递函数，判断开环系统稳定性。
>> num1=[10]; >> den1=[1 5 25]; >> sys1=tf(num1,den1) 零极点形式的传递函数：于极点都在左半平面，所以开环系统稳定。
(2) 计算闭环特征根并判别系统的稳定性，并求出闭环系统在0～10秒内的脉冲响应和单位阶跃响应，分别绘出响应曲线。
>> num=[10];den=[1,5,35]; >>sys=tf(num,den); >> t=[0::10]; >> [y,t]=step(sys,t); >> plot(t,y),grid >> xlabel(‘time(s)’) >> ylabel(‘output’) >> hold on; >> [y1,x1,t]=impulse(num,den,t); >> plot(t,y1,’:’),grid (3) 当系统输入r(t)?sin5t时，运用Simulink搭建系统并仿真，用示波器观察系统的输出，绘出响应曲线。
曲线：二、某单位负反馈系统的开环传递函数为：6s3?26s2?6s?20G(s)?4频率范围??[,100] s?3s3?4s2?2s?2 绘制频率响应曲线，包括Bode图和幅相曲线。
>> num=[6 26 6 20]; >> den=[1 3 4 2 2]; >> sys=tf(num,den); >> bode(sys,{,100}) >> grid on >> clear; >> num=[6 26 6 20]; >> den=[1 3 4 2 2]; >> sys=tf(num,den); >> [z , p , k] = tf2zp(num, den); >> nyquist(sys) 根据Nyquist判据判定系统的稳定性。
机械工程控制基础实验报告
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。
机控实验报告
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。
南京理工大学机电系统综合实验报告
实验一数控机床电气控制系统综合实验一、实验目的了解单片机在数控系统中的应用，并根据相关知识绘制数控系统控制电路图。
学会设计键盘和显示电路的，掌握单片机扩充ROM和RAM的方法以及其他辅助功能的使用。
二、实验要求控制系统采用8位单片机，并在该系统下完成下列实验中的三个实验：（1）扩展程序存储器和数据存储器程序存贮器至少扩充16K，数据存储器至少扩充8K。
（2）设计显示电路和键盘电路显示电路至少由6个七段显示器组成，键盘至少由32个按键开关组成。
（3）扩充I/O 接口电路扩充I/O 接口电路包括：I/O接口的扩充、复位电路光电隔离电路、越界限位电路、报警电路等。
（4）其他辅助控制电路设计其他辅助控制电路包括：译码电路及其他控制电路。
（5）伺服系统控制电路设计伺服系统控制电路包括步进电机接口及驱动电路。
三、实验结果控制原理电路图如图1.1：图1.1 控制原理电路图（1）扩充ROM本次实验采用ATMEL 89c31单片机，因该单片机有128BRAM，内部无ROM，为了使其能正常工作，需要对其进行扩容。
EPROM选用的是2716共16K ROM，能够满足绝大部分的工作需要。
EPROM 与单片机之间需要有寄存器芯片做缓冲，故采用74LS373芯片连接单片机的P0口和2716的A0-A7口，片选信号CS接P2.7，设计不采用译码电路，直接用P2端口控制。
端口的连接情况如图1.2所示：图1.2 ROM的扩充（2）扩充RAM因8031只有128B的数据存储空间，显然不能满足工作的需要，故选用外部存储器6264扩容。
6264共有64Ｋ的存储空间。
与扩充ＲＯＭ类似，在单片机与６２６４之间也需要寄存器７４ＬＳ３７３做缓冲。
各端口具体接线情况如图1.3所示：图1.3 RAM的扩充（3）显示器驱动部分送往显示器的数据需经过并行输入输出口８１５５和驱动器才能到达led 显示器。
８１５５的功能是将单片机内串行的数据集中后并行输出，因为经８１５５输出的信号都很微弱，所以需要驱动器放大这些信号，使其正常工作。
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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：
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，阶跃响应波形：电容值c.4.4uF
阶系统阶跃响应数据表2.一稳态终值U（∞）（V）时间常数T(s) 电容值c（uF）理论值实际值实际值理论值0.50 2.87 1.0 0.51 2.90
1.07
2.90 2.2 2.87 1.02
2.06
2.90
2.87
4.4
2.24
元器件实测参数=505kU= -2.87V
R? R=496k? =500kR?2o1r其中
T?RC2U(?)??(R/R)U rc21页脚
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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：
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，阶跃响应波形：0.7c.阻尼比为
，阶跃响应波形：阻尼比为1.0d.
阶系统阶跃响应数据表4.二ξR（?）峰值时间U(t) 调整时间稳态终值超调（%）震荡次数pow M（）t）t（s V（）（s UV）N psps6 62.7 2.8 0.3 0.1 2.95 454k 4.8
1 0.5 0.5 3.3 52.9k 2.95 11.9 0.4
1 0.7 0.3 0.4 24.6k 3.0 2.7 2.92
1.0
1.0
2.98
1.0
2.97k
2.98
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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。
当K1一旦闭合（有阶跃信号输入），为使C2不被短路所以K2必须断开，否则系统传递函数不是理论计算的二阶系统。
而K1断开后，此时要让C2尽快放电防止烧坏电路，所以K2要立即闭合。
2.为什么要在二阶模拟系统中设置F3运算放大器？
答：反相电压跟随器。
保证在不影响输入和输出阻抗的情况下将输出电压传递到输入端，作为负反馈。
实验2 模拟控制系统的校正实验
一、实验目的
了解校正在控制系统中的作用。
二、实验内容
设计一个串联校正装置来改善系统性能，使其满足指定的指标要求。
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三、实验结果及理论分析系统校正前输出波形：1.
校正前二阶系统数据表2.
峰值时间U(t) 调整时间t稳态终值超调（%）震荡次数spo NMV（（ts））（s）（VU）psp3.6 0.6
4.4
测量数值2.9 50.7 4
元器件参数, , R3=98.5k ? R4=97.8k? R5=98.8k?, R2=98.7k, R1=98.2k ? ? R8=234k,
R7=100k, R6=506k ? ? ?R9=98.8k, ?C3=1.2.87uF
C1=1.08uF, C2=1.10uF,
3.5
理论数值0.5
4.6
2.9 60 4
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统校正后输出波形：3.系
正后二阶系统数据表4.校峰值时间U(t) 调整时间t稳态终值超调（%）震荡次数sop N））（V（V）（ts）（sMU pps0.3
测量数值0.2
3.1
2.92 6.2 1
系统校正后，达到稳态的时间大大缩短，而且振荡过程中超调量也变得很小，总之，系统校正后稳定性大大提高。
四、回答问题
1.校正前系统的输出为何与输入反相？
答：因为校正前输入信号经过了三个放大器，而且每次都是从放大器负引脚输入，所以每经过一次信号反相一次，三次之后输出信号正好与输入信号反相。
或者说，系统的传递函数中还有一个“－”。
2.校正后的系统电模拟线路原理图中F5的作用是什么？
答：反相电压跟随器。
保证在不影响输入和输出阻抗的情况下将输出电压传递到输入端，作为负反馈。
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实验3 模拟一阶系统频率特性测试实验
一、实验目的
学习频率特性的测试方法，根据所测量的数据，绘制一阶惯性环节的开环Bode 图，并求取系统的开环传递函数
二、实验内容
利用频域法的理论，有一阶系统的开环频率特性分析其闭环系统的特性。
三、实验结果及理论分析
1.频率特性数据记录表
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算
2.幅频特性曲线：
3.相频特性曲线
4.结果分析
根据实验数据分别绘制系统的幅频特性曲线和相频特性曲线。
与理论曲线对比可以发现：幅频特性曲线与理论曲线比较接近，相频特性曲线与理论曲线有一定偏差。
分析误差原因，有以下几种可能：
①在示波器屏幕上的读数精度低，读数的误差较大；
②阻容元件不是完全的理想模型，真实相频曲线和理论相频曲线有偏差。
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③电路中有噪声干扰。
实验4 数字伺服系统、计算机控制系统的演示实验一、实验目的
通过对计算机控制的电液伺服系统、数字伺服系统（小功率电机控制系统）的介绍，使学生了解控制理论的工程实际应用。
二、实验内容
通过两套实际系统的演示、讲解，使学生了解控制系统的组成与工作情况。
三、回答问题
1.手臂控制系统的反馈装置是什么？它反馈的是数字量还是模拟量？
答：光电编码器。
数字量。
2.数字伺服系统采用了哪几种反馈方式？这套系统的执行元件是什么？
答：电流反馈、速度反馈、位置反馈。
执行元件是直流电机。
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