机械控制工程基础实验指导书分析解析
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。
《机械控制工程》实验指导书(DOC)
机械工程控制实验指导书南昌大学机电工程学院2014 年10 月目录1．概述 (2)2．实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究 (6)3．实验二典型系统动态性能和稳定性分析 (13)4．实验三典型环节（或系统）的频率特性测量 (17)5. 实验操作指导 (22)6. 典型环节仿真实验硬件模块配置及信号设置表 (23)7. 阶跃信号及响应曲线图 (25)一. 实验系统构成实验系统由上位PC微机（含实验系统上位机软件）、ACT-I实验箱、并行通讯线等组成。
ACT-I 实验箱内装有以ADC812芯片（含数据处理系统软件）为核心构成的数据处理卡，通过并口与PC 微机连接。
1 .实验箱ACT-I简介ACT-I控制理论实验箱（见图1 ）主要由电源部分U1单元、信号源部分U2单元、与PC机通讯及数据处理U3单元、元器件单元U4非线性单元U5〜U7以及模拟电路单元U8〜U16 等共16个单元组成。
（1）电源单元U1包括电源开关、保险丝、+ 5V、—5V、+ 15V、—15V、0V以及1.3V〜15V可调电压的输出，它们提供了实验箱所需的所有工作电源。
（2）信号源单元U2可以产生频率与幅值可调的周期方波信号、周期斜坡信号、周期抛物线信号以及正弦信号，并提供与周期阶跃、斜坡、抛物线信号相配合的周期锁零信号。
该单元面板上配置的拨键S1和S2用于周期阶跃、斜坡、抛物线信号的频率段选择，可有以下4种状态：①S1和S2均下拨一一输出信号周期的调节范围为2〜60ms；②S1上拨、S2下拨一一输出信号周期的调节范围为0.2〜6s;③S1下拨、S2上拨一一输出信号周期的调节范围为20〜600ms；④S1和S2均上拨一一输出信号周期的调节范围为0.16〜7s;另有电位器RP1用于以上频率微调。
电位器RP2、RP3和RP4依次分别用于周期阶跃、斜坡与抛物线信号的幅值调节。
在上述S1和S2的4种状态下，阶跃信号的幅值调节范围均为0〜14V;除第三种状态外，其余3种状态的斜坡信号和抛物线信号的幅值调节范围均为0〜15V;在第三种状态时，斜坡信号的幅值调节范围为0〜10V,抛物线信号的幅值调节范围为0〜2.5V。
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。
控制工程基础实验指导书(答案) 2讲解
实验二二阶系统的瞬态响应分析一、实验目的1、熟悉二阶模拟系统的组成。
2、研究二阶系统分别工作在ξ=1，0<ξ<1，和ξ> 1三种状态下的单位阶跃响应。
3、分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量σP、峰值时间tp和调整时间ts。
4、研究系统在不同K值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。
5、学会使用Matlab软件来仿真二阶系统，并观察结果。
二、实验仪器1、控制理论电子模拟实验箱一台；2、超低频慢扫描数字存储示波器一台；3、数字万用表一只；4、各种长度联接导线。
三、实验原理图2-1为二阶系统的原理方框图，图2-2为其模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和反号器组成，图中K=R2/R1，T1=R2C1，T2=R3C2。
图2-1 二阶系统原理框图图2-1 二阶系统的模拟电路由图2-2求得二阶系统的闭环传递函1222122112/() (1)()/O i K TT U S K U S TT S T S K S T S K TT ==++++ :而二阶系统标准传递函数为(1)(2), 对比式和式得n ωξ==12 T 0.2 , T 0.5 , n S S ωξ====若令则。
调节开环增益K 值，不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn 和ξ的值，可以得到过阻尼(ξ>1)、临界阻尼（ξ=1）和欠阻尼（ξ<1）三种情况下的阶跃响应曲线。
（1）当K >0.625， 0 < ξ < 1，系统处在欠阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为：图2-3 0 < ξ < 1时的阶跃响应曲线（2）当K =0.625时，ξ=1，系统处在临界阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为：如图2-4为二阶系统工作临界阻尼时的单位响应曲线。
(2) +2+=222nn nS S )S (G ωξωω1()1sin( 2-3n to d d u t t tgξωωωω--=+=式中图为二阶系统在欠阻尼状态下的单位阶跃响应曲线etn o n t t u ωω-+-=)1(1)(图2-4 ξ=1时的阶跃响应曲线（3）当K < 0.625时，ξ> 1，系统工作在过阻尼状态，它的单位阶跃响应曲线和临界阻尼时的单位阶跃响应一样为单调的指数上升曲线，但后者的上升速度比前者缓慢。
控制工程基础实验指导书[答案解析]
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控制工程基础实验指导书自控原理实验室编印（内部教材）实验项目名称：（所属课程：）院系：专业班级：姓名：学号：实验日期：实验地点：合作者：指导教师：本实验项目成绩：教师签字：日期：（以下为实验报告正文）一、实验目的简述本实验要达到的目的。
目的要明确，要注明属哪一类实验（验证型、设计型、综合型、创新型）。
二、实验仪器设备列出本实验要用到的主要仪器、仪表、实验材料等。
三、实验内容简述要本实验主要内容，包括实验的方案、依据的原理、采用的方法等。
四、实验步骤简述实验操作的步骤以及操作中特别注意事项。
五、实验结果给出实验过程中得到的原始实验数据或结果，并根据需要对原始实验数据或结果进行必要的分析、整理或计算，从而得出本实验最后的结论。
六、讨论分析实验中出现误差、偏差、异常现象甚至实验失败的原因，实验中自己发现了什么问题，产生了哪些疑问或想法，有什么心得或建议等等。
七、参考文献列举自己在本次准备实验、进行实验和撰写实验报告过程中用到的参考文献资料。
格式如下:作者，书名（篇名），出版社（期刊名），出版日期（刊期），页码实验一 控制系统典型环节的模拟一、实验目的1、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节的模拟方法；2、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性；3、了解典型环节中参数的变化对输出动态特性的影响。
二、实验仪器1、控制理论电子模拟实验箱一台；2、超低频慢扫描数字存储示波器一台；3、数字万用表一只；4、各种长度联接导线。
三、实验原理以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C 输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图1-1所示。
图中Z1和Z2为复数阻抗，它们都是R 、C 构成。
图1-1 运放反馈连接基于图中A 点为电位虚地，略去流入运放的电流，则由图1-1得：21()o i u ZG s u Z ==-（1-1） 由上式可以求得下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。
1、比例环节实验模拟电路见图1-2所示图1-2 比例环节传递函数：21()R G s K R =-=- 阶跃输入信号：-2V 实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K （2） R 1=100K R 2=200K 2、 惯性环节实验模拟电路见图1-3所示图1-3 惯性环节传递函数：2212211211()11R CS R Z R K CS G s Z R R R CS TS +=-=-=-=-++阶跃输入：-2V 实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K C=1µ f23、积分环节实验模拟电路见图1-4所示图1-4 积分环节传递函数：21111()Z CS G s Z R RCS TS=-=-=-= 阶跃输入信号：-2V 实验参数：（1） R=100K C=1µ f （2） R=100K C=2µ f 4、比例微分环节实验模拟电路见图1-5所示图1-5 比例微分环节传递函数：22211111()(1)(1)1D Z R R G S R CS K T S R Z R CS R CS =-=-=-+=-++ 其中 T D =R 1C K=12R R 阶跃输入信号：-2V 实验参数：12（2）R1=100K R2=200K C=1µ f四、实验内容与步骤1、分别画出比例、惯性、积分、比例微分环节的电子电路；2、熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节；3、按照给定的实验参数，利用实验设备完成各种典型环节的阶跃特性测试，观察并记录其单位阶跃响应波形。
2012《机械工程控制基础》实验报告
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。
《机械控制工程基础》实验指导书
《机械控制工程基础》实验指导书华东交通大学机电学院实验一 典型环节模拟一、实验目的①了解、掌握计算机模拟典型环节的基本方法。
②熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。
③了解各种参数变化对典型环节动态特性的影响。
④了解计算机辅助分析和设计的特点与优点二、实验要求①通过计算机的仿真图形观测各种典型环节时域响应曲线。
②改变参数，观测参数变化时对典型环节时域响应的影响。
④对实验程序加上注释，写出实验报告。
三、实验内容一般来讲，线性连续控制系统通常都是由一些典型环节构成的，这些典型环节有比例环节、积分环节、一阶微分环节、惯性环节、振荡环节、延迟环节等。
下面分别对其性能进行仿真（建议实验程序在M 文件中用单步执行的方式执行程序，以便于分析）：1）比例环节比例环节的传递函数为：k s G =)(编程分析当k=1～10时，比例环节在时域的情况：①当输人信号是单位阶跃信号时，比例环节的输出曲线（单位阶跃响应曲线）是什么形状呢？实验程序如下：for k=1:1:10num=k;den=1;G=tf(num,den);step(G);hold on;end在M 文件的窗口中，输入程序，录入程序完成后，保存该M 文件，在弹出的“保存为”窗工中输人M 文件名bl.m （也可以自己取文件名），选择存放该M 文件的路径，就可以完成保存工作，然后单击“Tools ”菜单中的“Run ”，将在step 图形窗口中显示出响应图形。
试分析系统的输出信号的特点。
2）积分环节积分环节的传递函数为： Ts G 1)(= ① 当输人信号是单位阶跃信号时，积分环节的仿真程序如下：num=1;den=[1,0];G=tf(num,den);step(G)执行程序，试分析系统的输出信号的特点。
若G(s)=k/s ，编程分析当K=1～10时，在单位阶跃信号激励下，积分环节时域响应的情况。
3）一阶微分环节一阶微分环节的传递函数为： 1)(+=Ts s G①当输入信号是单位阶跃信号时，一阶微分环节的输出在MA TLAB 的函数step （）中是无法绘制的。
工学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姓名：班级：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MATLAB和SIMULINK工具应用于控制系统的分析和计算中。
试验一：用MATLAB进行传递函数的描述1、试验目的：（1）对MATLAB进行初步的了解；（2）掌握应用MATLAB建立传递函数的常用方法（3）了解应用MATLAB对高阶函数进行部分分式的展开。
2、试验学时：3学时3、试验方法：（1）传递函数的分子分母多项式模型传递函数表示为11101110...()()()...m mm mn nn nb s b s b s bC sG sR s a s a s a s a----++++ ==++++MATLAB中可直接用分子、分母多项式系数表示，即num=[b m, b m-1,…,b0]den=[a m, a m-1,…,a0]G=tf(num,den);当分子或分母表现为多项式乘积形式时，可利用conv函数来获取分子或分母的系数数组。
掌握conv函数的使用方法。
（2）传递函数的零极点增益模型传递函数为 0101()()...()()()()...()m n s z s z s z G s K s p s p s p ---=--- 其中：K 为系统增益，zi 为零点，pj 为极点在MATLAB 中零极点增益模型用[z,p,K]矢量组表示。
机械控制算法基础实验指导书
机械控制算法基础实验指导书
实验概述
这份实验指导书旨在帮助同学们熟悉机械控制算法的基本原理
和实际应用。
通过本实验，学生将研究到以下内容：
1. 机械控制算法的基本概念和原理。
2. 实验中常用的控制算法，如PID控制器。
3. 实验过程中的实际机械控制问题。
实验设备
1. 机械控制试验台：包含电机、传感器和控制器等关键组件。
2. 电脑：用于编写控制算法和监控实验过程。
实验步骤
1. 准备工作：
- 确保机械控制试验台连接正常，并检查所有组件的工作状态。
- 启动电脑，并打开控制算法开发环境。
2. 编写控制算法：
- 根据实验要求和机械系统的特性，选择合适的控制算法。
- 在控制算法开发环境中编写代码，实现所选择的控制算法。
3. 上传算法到控制器：
- 将编写好的控制算法上传到控制器中，以实现实时控制。
4. 实验运行：
- 设置实验参数，如目标位置或速度。
- 启动实验，观察机械系统的响应。
5. 实验数据分析：
- 记录实验数据，如位置或速度的变化。
- 利用数据分析工具，分析实验结果。
6. 总结和讨论：
- 对实验结果进行总结和分析。
- 讨论实验过程中遇到的问题和解决方法。
安全注意事项
1. 在进行实验过程中，注意机械系统的运行状态，避免发生意外伤害。
2. 当需要调整试验台上的部件时，确保关闭电源和控制器，以免发生意外。
以上为本次机械控制算法基础实验的指导书完整版。
祝实验顺利！。
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实验一MATLAB运算基础一、实验目的1. 熟悉MA TLAB的工作环境和各窗口功能；2. 熟悉基本的MATLAB环境命令操作。
二、实验基本知识1. 熟悉MA TLAB环境: MATLAB桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器文件和搜索路径浏览器。
2. 掌握MA TLAB常用命令clc：清除命令窗口中内容clear：清除工作空间中变量help：对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明3. MA TLAB变量与运算符变量命名规则如下：（1）变量名可以由英语字母、数字和下划线组成；（2）变量名应以英文字母开头；（3）长度不大于31个；（4）区分大小写。
MATLAB中设置了一些特殊的变量与常量，列于下表。
表1 MATLAB的特殊变量与常量MATLAB运算符，通过下面几个表来说明MA TLAB的各种常用运算符。
表2 MATLAB算术运算符表3 MATLAB关系运算符表4 MATLAB逻辑运算符表5 MATLAB特殊运算4. 多项式运算poly: 产生特征多项式系数向量例如poly([1 2]) 表示特征根为1和2的特征多项式的系数向量，结果为ans = 1 -3 2 roots: 求多项式的根例如roots([1 3 0 4]) 求特征方程s^3+3s^2+4=0的根，结果为ans =-3.35530.1777 + 1.0773i0.1777 - 1.0773ip=poly2str(c,…x‟)（以习惯方式显示多项式）例如p=poly2str([1 3],'x') 以x为变量表示多项式，结果为p=x+3conv,convs: 多项式乘运算deconv: 多项式除运算tf: 构造一个传递函数三、实验内容1. 学习使用help命令，例如在命令窗口输入help conv，然后根据帮助说明，学习使用指令conv（其它不会用的指令，依照此方法类推）2. 学习使用clc、clear，观察command window、command history和workspace等窗口的变化结果。
3. 初步程序的编写练习，新建M-file，保存（自己设定文件名，例如exerc1、exerc2、exe rc3……），学习使用MATLAB的基本运算符、数组寻访指令、标准数组生成函数和数组操作函数。
注意：每一次M-file的修改后，都要存盘。
实验二典型线性环节的模拟一、实验目的1. 通过实验熟悉matlab的simulink仿真环境。
2. 研究分析参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验原理框图1. 惯性比例环节上图可观察输入输出两条曲线该图只能观察输出曲线图1注：将图中的输入信号模块step模块更换为Ramp模块既可观察斜坡响应曲线。
2. 二阶环节仿真，如图2所示：图23. 积分环节仿真，如图3所示：图34. 比例积分环节仿真，如图4所示：图45. 比例+微分环节仿真，如图5所示：图56. 比例+积分+微分环节仿真，如图6所示：图6三、思考题1．惯性环节在什么情况下可近似比例环节?而在什么情况下可近似为积分环节? 2．惯性环节与不振荡的二阶环节的阶跃响应曲线有何不同？四、实验报告要求完成上述各项实验内容，并记录实验遇到的问题和实验结果。
实验三 二阶系统的阶跃响应一、 实验目的1. 学习二阶系统阶跃响应曲线的实验测试方法；2. 研究二阶系统的两个重要参数wn 、ksi 对阶跃响应指标的影响；3. 学习系统时域性能的分析方法。
二、 实验内容1. Matlab 控制系统工具箱提供了两种典型输入的系统响应函数 （1） step( )——单位阶跃响应函数y=step(num,den,t)其中：num 和den 分别为系统传递函数描述中的分子和分母多项式系数，t 为选定的仿真时间向量，一般可由t=0：step ：end 等步长地产生。
该函数返回值y 为系统在仿真中所得输出组成的矩阵。
[y ，x ，t]=step(num,den)时间向量t 由系统模型特性自动生成，状态变量x 返回为空矩阵。
如果对具体响应值不感兴趣，只想绘制系统的阶跃响应曲线，可以以如下格式进行函数调用： step(num,den) step(num,den,t)线性系统的稳态值可以通过函数dcgain( )来求得，其调用格式为： dc=dcgain(num,den) dc=dcgain(a,b,c,d) （2）impulse( )——单位冲激响应函数求取脉冲激励响应的调用方法与step( )函数基本一致。
y=impulse(num,den,t) [y ，x ，t]=impulse(num,den) impulse(num,den) impulse(num,den,t)2. 仿真分析应用（1）输入信号为单位阶跃信号、单位斜坡信号、单位加速度信号时的响应 a. 系统的闭环传递函数为：21()0.41G s s s =++，分析其单位阶跃响应曲线。
程序代码如下：clear; num=[1]; den=[1,0.4,1]; t=[0:0.1:10];G=tf(num,den) %系统传递函数y=step(G ,t); %单位阶跃响应 plot(t,y); grid;xlabel('Time[sec] t'); ylabel('y');结果 G = 1 --------------- s^2 + 0.4 s + 1Continuous-time transfer function. 其单位阶跃响应曲线如图1所示。
图1单位阶跃响应曲线b. 系统的闭环传递函数为：21()0.31G s s s =++，分析其单位斜坡响应曲线。
程序代码如下：clear; num=[1]; den=[1,0.3,1]; t=[0:0.1:10];u=t; %单位斜坡输入 G=tf(num,den) %系统传递函数 y=lsim(G,u,t); %单位斜坡响应 plot(t,y); grid;xlabel('Time[sec] t'); ylabel('y');其单位斜坡响应曲线如图2所示。
图2单位斜坡响应曲线c. 系统的闭环传递函数为：21()0.31G s s s =++，分析其单位加速度斜坡响应曲线。
程序代码如下： clear; num=[1]; den=[1,0.3,1]; t=[0:0.1:10];u=1/2.*t.*t; %单位加速度输入 G=tf(num,den) %系统传递函数 y=lsim(G,u,t); %单位加速度响应 plot(t,y); grid;xlabel('Time[sec] t'); ylabel('y');其单位加速度斜坡响应曲线如图3所示。
图3单位加速度斜坡响应曲线d. 单位负反馈的开环传递函数为22()101s G s s s +=++，系统输入单位斜坡信号时的响应曲线及其输入输出信号对比。
代码如下：clear; numg=[1,2];deng=[1,10,1];sys=tf(numg,deng) %单位负反馈系统的开环传递函数 G= feedback (sys,1) %系统传递函数 v1=[0:0.1:1]; v2=[0.9:-0.1:-1]; v3=[-0.9:0.1:0]; t=[0:0.1:4];u=[v1,v2,v3]; %输入信号 y=lsim(G ,u,t); %输出信号 plot(t,y,t,u); xlabel('Time[sec] t'); ylabel('theta[rad]'); grid;结果如图4所示。
图4输入输出信号曲线（2）时域响应分析a. 典型二阶系统的开环传函为2()(2)n n G s s s ωξω=+，单位负反馈，1n ω=，绘制ξ取0，0.2，0.4，0.6，0.9，1.2，1.5时闭环系统的单位阶跃响应。
代码如下：clear;wn=1; %无阻尼自然频率sigma=[0,0.2,0.4,0.6,0.9,1.2,1.5]; %阻尼比，不同取值 num=wn*wn; t=linspace(0,20,200); for j=1:7den=conv([1,0],[1,2*wn*sigma(j)]);sys=tf(num,den) %单位负反馈系统的开环传递函数 G=feedback(sys,1) %系统传递函数 y(:,j)=step(G,t); %单位阶跃响应 step(G,t);endplot(t,y(:,1:7)); grid;gtext('sigma=0'); gtext('sigma=0.2'); gtext('sigma=0.4'); gtext('sigma=0.6'); gtext('sigma=0.9'); gtext('sigma=1.2'); gtext('sigma=1.5');结果如图5所示图5 不同阻尼比时的单位阶跃响应曲线对一般的二阶系统，形式变化后可用2()1K T G s K s s T T=++表示，其中K 为回路增益，通常可调，T 为时间常数，由受控对象特性决定，一般不可调。
分析K 和T 对系统单位阶跃响应的影响 b. 系统开环传递函数()(1)KG s s Ts =+，其中1T =，绘制K 取0.1，0.2，0.5，0.6，0.8，1.0，2.4时闭环系统的单位阶跃响应。
代码如下：clear; T=1;K=[0.1,0.2,0.5,0.8,1.0,2.4]; t=linspace(0,20,200); num=1;den=conv([1,0],[T,1]); for j=1:6sys=tf(num*K(j),den); %单位负反馈系统的开环传递函数G=feedback(sys,1); %系统传递函数y(:,j)=step(G,t); %单位阶跃响应endplot(t,y(:,1:6));grid;gtext('K=0.1');gtext('K=0.2');gtext('K=0.5');gtext('K=0.8');gtext('K=1.0');gtext('K=2.4');图6 不同回路增益时的单位阶跃响应曲线c. 高阶系统分析——主导极点构成的系统与原系统的单位阶跃响应 已知高阶系统的传递函数为22( 1.5)()(1026)( 1.7)(25)K s s s s s s s +Φ=+++++，考虑主导极点及偶极子后系统近似的传递函数为21.5() 1.726(25)K s s s 'Φ≈⨯++K=147.3;t=0:0.1:10;num0=K*[1,1.5];den00=[1,2,5];den01=[1,10,26];den02=[1,1.7];G0=tf(num0,conv(den00,conv(den01,den02))); %高阶系统的传递函数y0=step(G0,t); %单位阶跃响应num1=5;G1=tf(num1,den00); %考虑主导极点及偶极子后系统近似的传递函数y1=step(G1,t); %单位阶跃响应plot(t,y0,'b',t,y1,'g');grid;gtext('original system response');gtext('predominate poles modified system response');三、思考与实验报告要求1. 思考：二阶系统结构参数ksi、wn对其单位阶跃响应的性能有何影响。