机械工程控制基础实验报告
机械工程控制理论基础 实验报告 附小结与心得
《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报告一、实验目的：1.学习并掌握MATLAB软件的基本使用方法；2.了解机械工程控制的基本概念和理论知识；3.分析并设计机械工程控制系统的仿真模型。
二、实验内容：1.使用MATLAB软件绘制机械工程控制系统的block图；2.使用MATLAB软件进行机械工程控制系统的数学建模和仿真；3.使用MATLAB软件对机械工程控制系统进行性能分析和优化设计。
三、实验步骤：1.打开MATLAB软件，并创建一个新的m文件；2.根据机械工程控制系统的控制原理，绘制系统的block图；3.根据系统的block图，使用MATLAB软件进行数学建模，并编写相应的代码；4.对机械工程控制系统进行仿真，并分析仿真结果；5.根据仿真结果，优化系统参数，并重新进行仿真。
四、实验结果分析：通过对实验步骤的操作，我们得到了机械工程控制系统的仿真结果。
根据仿真结果，我们可以对系统的性能进行分析和评估。
通过与系统要求相比较，可以发现系统存在响应速度较慢、稳态误差较大等问题。
在实验中，我们根据分析结果对系统进行了优化设计，并重新进行了仿真。
优化设计的目标是改善系统的性能，使其更接近于理想的控制效果。
通过对系统的参数进行调整和调节，我们成功地改善了系统的性能。
五、实验总结：通过本次实验，我们学习了MATLAB软件的基本使用方法，并了解了机械工程控制的基本概念和理论知识。
我们通过对机械工程控制系统的仿真，实现了对系统性能的分析和优化设计。
在实验过程中，我们遇到了一些问题，例如如何选择合适的参数和调节控制量等。
通过查阅相关资料和与同学的交流讨论，我们成功地解决了这些问题，同时加深了对机械工程控制的理解。
通过本次实验，我们不仅掌握了MATLAB软件的基本使用方法，还加深了对机械工程控制的理解。
这对我们今后从事相关工作和开展相关研究都具有重要的指导和帮助作用。
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。
浙师大 机械控制工程基础 实验报告
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。
机械控制工程基础实验报告(陈国梁)
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。
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 —。
控制工程实验
《机电控制工程基础》实验指导书适用专业：机械设计制造及其自动化机械电子工程太原工业学院机械工程系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（机械工程系）一、实验项目设计内容及要求1. 实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. 实验内容完成一阶、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. 实验要求系统时间响应分析试验要求学生用MATLAB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. 实验条件利用数字化实验室的计算机，根据MATLAB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)(nnnw s w s w s G++=ξ传递函数的MATLAB 表达： num=[2n w ]；den=[1，n w ξ2，2n w ]；G(s)=tf(num,den) （3）任意的高阶系统传递函数为：nn n n mm 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=[nn a a a a ,,,110- ]；G(s)=tf(num,den) 若传递函数表示为：)())(()())(()(1010nmp s p s p s z s z s z s K s 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）实验方案设计可参考教材相关内容，相应的M程序可参考教材（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。
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机械工程控制基础
实验报告
广西工学院
机械系
《机械工程控制基础》实验报告
一、实验目的：
(1) 掌握MATLAB 和SIUMLINK 在控制工程领域中的基本应用。
(2) 了解一阶系统和二阶系统的对典型输入的响应波形和系统的频率特性。
二、实验设备及仪表： 计算机，MATLAB6软件一套；
三、实验内容：
1、 以MATLAB 命令方式，绘制出下列传递函数的单位阶跃响应波形和BODE 图。
s
G 1)1(1
1
5.01
)2(2+=
s G
s G =3)3(
15.0)4(4+=s G
1
4.125++s s
1
4.126++s s
例如：绘制1
2.01
+=
s G 的单位阶跃响应波形和BODE 图的程序如下。
>>G=tf([1],[0.2 1]) %建立传递函数G
>>step(G) %绘制G 的单位阶跃响应波形 >>bode(G) %绘制G 的BODE 图
2、 利用SIMULINK 对图所示系统建立控制系统模型，并对输入为单位阶跃信号和正炫信号
时进行系统输出仿真。
单位阶跃信号仿真正炫信号仿真
3、利用MATLAB，求出下边传递函数的单位阶跃响应，完成下表并总结规律。
传递函数：
1
1
)
(
+
=
s
s
G
τ
规律总结：指数曲线的斜率，即一阶系统的响应速度是随时间t的增大而单调减小，当t 为无穷大时，其响应速度为零；当t≧4T时，一阶系统的响应时间已达到稳态的98%以上。
与单位脉冲响应的情况一样，系统的过渡过程时间t s=4T.时间常数T反应了一阶系统的固有特性，其值越小，系统的惯性就越小，系统的响应也就越快。
4、求出下边传递函数的单位阶跃响应和BODE图和Nyquist图，完成下表并总结规律
传递函数：2
2
2
4.1
)
(
n
n
n
s
s
s
G
ω
ω
ω
+
+
=≧≧≧
n
n
n
ω=50时：
n
ω=100时：n
规律总结：
对于单位阶跃响应图：提高ωn 可以提高二阶系统的响应速度，减少上升时间t r ，峰值时间t p 和调整时间t s 。
对于Nyquist 图和Bode 图：Ｎｙｑｕｉｓｔ稳定判据与Ｂｏｄｅ图中的稳定判据Ｎｙｑｕｉｓｔ稳定判据是经典控制理论中的一个重要内容．它可表述如下：闭环控制系统稳定的充分条件和必要条件是，当频率ω从－∞变化到＋∞时，系统的开环频率特性Ｇ（ｊω）Ｈ（ｊω）按逆时针方向包围（－１，ｊ０）。