机械工程控制基础实验指导书(2020年整理).5.doc
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。
机械设计基础实验指导书2020
哈尔滨理工大学实验报告课程名称：精密机械设计基础班级学号姓名实验一百分表拆装与结构分析一、实验类型：综合适用专业：测控技术与仪器二、实验目的了解钟表式百分表的结构及工作原理。
熟悉课堂所学的导轨、齿轮、支承、弹性元件和示数装置等零部件在仪器仪表中的应用及基结构特点。
掌握仪表拆装的基本技能及常用工具的使用。
三、实验内容百分表的拆卸。
百分表的安装及调整。
结构分析。
实验用设备仪器及材料百分表一块。
小螺丝刀及表起子、镊子。
毛刷、酒精、钟表油。
起针钳、培养皿。
实验原理图四、实验方法及步骤注意事项：1、实验前要认真阅读实验指导书；2、不要求拆的地方不得随意拆卸；3、拆下的零件要轻拿轻放在塑料合内，防止丢失和损坏。
尤其要注意测力弹簧、游丝和指针。
百分表的拆卸顺序：用小螺丝刀旋下百分表后盖上的三个固定螺丝钉，取下后盖，观察其内部结构，分析每个零件的作用。
先取下测力弹簧、杠杆、滑轮，以防丢失。
将伸向表盖外圈的铁片的压紧螺丝钉拧松后，将它向机心方向拨动，然后翻转百分表，取下外圈。
和下面的弧形弹簧（易丢失）。
取下大小指针（易丢失）、内表盘、圆环弹簧片。
从表的正面旋下三个螺丝钉，将壳体与座板分开。
取下测杆上的测帽及限位螺丝钉、限位块及防转导轨上的螺丝钉，取下导轨和防震弹簧，抽出测杆，取出限位块和齿条。
旋下齿轮Z1的上轴承板固定螺丝钉，取下Z1和轴承板，观察Z1的齿形和齿数。
注意：不要拆卸大轴承板及其相连的齿轮和游丝。
百分表安装：可按与拆卸步骤相反的顺序安装。
（1）安装下支撑板（底板）时，应使游丝预紧π/2；（2）安装下支撑板时，应保证齿条与齿轮啮合的齿侧间隙；（3）装指针时，应保证对指针位置的要求。
装表质量检查：1、测杆移动需灵活，无卡滞现象；2、当测杆在自上状态时，指针应位于测量杆轴线上方15-25个分度内。
转数指针对刻度盘时，大指针应位于测量杆轴线上方10个分度内。
3、检查游丝是否预紧。
4、齿条与齿轮啮合的齿侧间隙应在0.01-0.06毫米之间。
《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报告
《机械控制工程基础》实验报告一班级·学号姓名实验日期2011.10.17 任课教师唐宏宾实验名称实验一控制系统的数学模型验证型一、实验目的及要求：由系统的结构方框图得到控制系统模型，其传递函数方框图，用SIMULINK模型结构图化简控制系统模型，分析系统的阶跃响应，并绘制响应曲线。
二、上机内容：1、Matlab基础2、Matlab中系统建模3、Matlab分析系统的动态特性三、实验平台Windows 98或2000或XP Matlab 5.3以上版本四、操作过程、源程序和计算结果：1、1、题目：已知X（s）=s²+2s+3，Y（s）=s+4，求取Z（s）=X（s）Y（s）的表达式，Z（s）=0的根，及Z（s）在s=3时的值。
源程序：x=[1 2 3];y=[1 4];z=conv(x,y)r=roots(z)p=poly(r)v=polyval(z,3)计算结果：2、题目：分别对B1(s)/A1(s)=(2s³+5s²+3s+6)/(s³+6s²+11s+6)和B2(s)/A2(s)=（s+1）/（s³+s²+s）计算留数。
源程序：num1=[2 5 3 6];den1=[1 6 11 6];[r1,p1,k1]=residue(num1,den1)num2=[1 1];den2=[1 1 1 0];[r2,p2,k2]=residue(num2,den2)计算结果：3、题目：求传递函数：R(s)/Y(s)=G(s)/[1+G(s)H(s)],G(s)=1/500s²,H(s)=(s+1)/(s+2). 源程序：numh=[1 1];denh=[1 2];sysh=tf(numh,denh);numg=[1];deng=[500 0 0];sysg=tf(numg,deng);sys=feedback(sysg,sysh)计算结果：4、题目：已知二阶系统：G（s）=1/(s²+2￡s+1),绘制￡分别取值0.1，0.2，0.4，0.7，1.0，2.0时系统的单位跃阶响应。
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Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】河南机电高等专科学校《机械控制工程基础》实验指导书专业：机械制造与自动化、起重运输机械设计与制造等机械制造与自动化教研室编2012年12月目录实验任务和要求一、自动控制理论实验的任务自动控制理论实验是自动控制理论课程的一部分，它的任务是：1、通过实验进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设计方法；2、重点学习如何利用MATLAB工具解决实际工程问题和计算机实践问题；3、提高应用计算机的能力及水平。
二、实验设备1、计算机2、MATLAB软件三、对参加实验学生的要求1、阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，明确每次实验的目的，了解内容和方法。
2、按实验指导书要求进行操作；在实验中注意观察，记录有关数据和图像，并由指导教师复查后才能结束实验。
3、实验后关闭电脑，整理实验桌子，恢复到实验前的情况。
4、认真写实验报告，按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。
字迹要清楚，画曲线要用坐标纸，结论要明确。
5、爱护实验设备，遵守实验室纪律。
实验模块一 MATLAB基础实验——MATLAB环境下控制系统数学模型的建立一、预备知识的简介MATLAB为矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，由美国MathWorks公司出品的商业数学软件。
主要用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
来源：20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler 为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。
1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。
到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。
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。
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。
机械工程控制基础实验
验曲线通过ω＝1（rad/s）时的y坐标值，频率
实验曲线从0dB/dec线到-20dB/dec线的转折点，则（本系统转折频 率在数值上与截止频率相等，截止频率是实验曲线通过水平段下降 －3dB线时对应的x坐标值）。分别从0.5V和1V实验曲线估计传递函 数，比较二者的异同。
表2-1 开环频率特性测试数据记录表（1V正弦输入信号）
测速电机
幅值(=
幅值(=
频率(Hz) 频率(1/s) 输出电压
20logUo/Ui）） 相位差
Uo/Ui）
峰峰值(V)
(dB)
2.5
5
10
15
20
25
30
35 40 45 50 55 60
65 70 75
五、实验报告 1） 对实验内容与实验过程进行描述； 2） 记录实验数据，对实验结果进行分析； 3） 回答任意两道思考题； 4） 实验总结，包括实验中遇到的问题及思考、对本实验的意见 与建议。
议。
六、思考题 1）如何利用数字示波器观察阶跃响应曲线和测量一阶系统的时间
常数？如何测量稳态增益？
2）除了测速电机外，测量转速还有哪些方法？试画出系统方框 图。
3）为什么作为阶跃输入信号的方波信号，其周期要大于系统过渡 过程时间的两倍？
实验二 频率特性测试实验
一、实验目的 1）熟悉典型系统的频域特性。2）掌握机电系统频域特性和传递函数的测试方法。
本实验指导书由陈永亮老师编写
实验一 时域特性测试实验
一、实验目的 1）熟悉典型输入信号； 2）了解典型系统的时间响应。 3）掌握典型机电系统时域特性的测试方法。
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！。
机械系统控制基础实验指导书
机械系统控制基础实验指导书1. 实验目的本实验旨在帮助学生理解机械系统控制的基本原理，并通过实际操作加深对相关知识的理解和掌握。
2. 实验器材- 电脑- 控制器- 电动机- 传感器- 连接线等3. 实验步骤步骤一：系统控制概述1. 介绍机械系统控制的基本概念和目的。
2. 讲解控制系统的组成和相关术语。
步骤二：控制器的配置1. 演示如何配置控制器，包括连接电源和输入输出设备。
2. 介绍控制器的相关设置和参数调整。
步骤三：传感器的应用1. 分析不同类型的传感器及其在机械系统控制中的应用。
2. 演示如何连接和使用传感器，获取实时数据。
步骤四：控制算法的设计1. 介绍几种常见的控制算法，如比例控制、积分控制和微分控制。
2. 演示如何设计和实现控制算法，包括参数设置和代码编写。
步骤五：系统调试和优化1. 指导学生进行系统调试，包括输入输出信号的监测和调整。
2. 引导学生思考如何通过优化控制策略提高系统性能。
4. 实验注意事项- 在进行实验操作时，务必注意安全，避免发生意外事故。
- 确保所有器材和设备的正常运作，避免出现故障。
- 严格按照指导书的步骤进行实验，不得随意更改。
- 如遇到问题或困惑，请及时向实验指导人员寻求帮助。
5. 实验成果整理1. 学生需撰写实验报告，详细记录实验过程、结果和分析。
2. 实验报告包括实验目的、所用器材、实验步骤、实验结果、实验分析等部分。
3. 实验报告撰写完毕后，需按时提交给实验指导人员。
以上为《机械系统控制基础实验指导书完整版》的内容概要。
实验指导书的具体内容和步骤可能因实验设置和教学需求而有所调整。
机械控制理论基础实验指导书.
《机械控制理论基础》——实验指导书机械工程学院教学实验中心2007年改编前言本套实验系统是配合《机械控制理论基础》与《现代控制理论基础》课程而开设的实验，可进行11项实验，实验内容有：典型环节的阶跃响应、二阶系统阶跃响应实验、零点对二阶系统瞬态响应的影响、系统频率特性实验、控制系统的稳定性分析、连续系统串联校正、数字PID控制、状态反馈及状态观测器实验、解耦控制实验、非线性实验、相轨迹观测实验，均配有相应的实验软件。
该实验为模拟性实验，既抛弃物理属性，采用运算放大器等电子电路模拟机械系统，构成各种典型环节与相应的模拟系统，可抽象出相同形式的传递函数或数学模型。
再将阶跃信号加到模拟系统的输入端，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。
改变系统的参数，可进一步分析研究参数对系统性能的影响。
目录第一章实验介绍第二章实验内容实验一典型环节的瞬态响应和动态分析1、一阶环节的阶跃响应及时间参数的影响2、二阶环节的阶跃响应及时间参数的影响3、零点、极点分布对二阶系统瞬态响应的影响实验二典型环节的频率特性实验实验三机电控制系统的校正实验四控制系统的稳定性分析第一章实验介绍一、实验装置本实验采用EL－AT－III型自动控制实验系统，它可以处理时变、非线性以及多输入多输出等复杂的控制理论问题。
本系统通过对单元电路的灵巧组合，可以构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系统，采用DA/AD卡通过USB口和计算机连接实现信号源信号的输出和系统响应信号的采集，采集后的信息通过计算机显示，省去了外接示波器的麻烦。
本实验提供相配套的数据显示软件，能够对各种实验的输出信号进行处理显示，界面友好，使用方便。
二、实验系统框图图1 实验系统框图三、实验软件及操作过程简介软件启动界面：在Windows桌面上双击“Cybernation_A.exe”图标，浏览软件使用指南。
软件使用说明：软件具体操作和功能（一）工具栏按钮：1.点击〖或按F1〗可以选择实验项目作为当前实验项目。
机械工程控制基础实验指导书
《机械工程控制基础（经典控制部分）》——MATLAB 仿真实验指导书曹昌勇皖西学院机电系二〇一三年二月目录实验一 MATLAB的基本使用 (1)实验二控制系统的时域分析 (3)实验三控制系统频域特性分析 (5)实验四控制系统稳定性分析实验 (8)实验五控制系统校正 (10)第一章 MATLAB的基本使用 (12)第二章系统的时域特性 (22)第三章系统的频率特性 (40)第四章系统的校正 (54)参考文献 (77)实验一 MATLAB的基本使用（1）MATLAB最基本的矩阵操作实验；（2）MATLAB的符号运算操作实验；一、实验目的了解MATLAB 的强大功能、使用范围与特点，正确理解并掌握MATLAB 的基本知识、基本操作，为后续实验的顺利进行打好基础。
二、实验设备计算机、MATLAB 软件、打印机等三、实验要求1、必须进行实验预习，要求认真浏览实验内容，最好能够自己上机独立操作一遍。
2、由于后续实验均以本实验为基础，因此实验一至关重要，认真学习MATLAB 的基本使用方法。
3、于实验学时有限，而本实验内容多，并且本实验所涉及的仅是MATLAB的部分内容，所以要求同学们自学，利用课余时间学习MATLAB的相关知识。
四、实验内容与步骤参考实验指导书注意：1、MATLAB中所有命令及表达式必须在英文状态下输入（汉字除外），而且MATLAB 严格区分字母的大小写。
2、所有命令都可通过help 来显示该命令的帮助信息，如help sin(显示正弦函数sin 的帮助信息)。
3、所有命令都必须以小写字母形式输入才能正确执行，否则出错。
五、实验报告要求1、书写实验目的、实验所用设备。
2、习题的具体解题过程（包括所用的命令、所用的步骤）。
3、实验体会：的对MATLAB强大功能的了解,体会MATLAB 给我们带来的方便与快捷。
实验二控制系统的时域分析（1）传递函数的几种形式及其相互转换实验；（2）传递函数方块图化简实验（3）控制系统的单位脉冲响应曲线分析实验；（4）控制系统的单位阶跃响应曲线分析实验；（5）一阶、二阶系统响应曲线的动态分析实验；一、实验目的1、掌握一阶系统的时域特性，理解时间常数T对系统性能的影响。
#机械控制工程基础实验指导书
《机械控制工程基础》实验指导书天津工业大学机械电子学院2010年9月目录一、MATLAB简介 (3)一 SIMULINK（模块图仿真）的使用 (3)二频域和时域分析 (5)三状态空间分析 (7)二、倒立摆介绍 (9)三、实验指导实验一基于工作台的时间响应实验 (12)实验二基于工作台的频率响应实验 (15)一、MATLAB简介1980年美国学者MOLER博士在研究线性代数时，为了解决矩阵运算非常烦琐这一问题，构思并开发了一种用于矩阵运算的矩阵实验室（MATrix LABoratory）软件。
由于MATLAB提供了功能非常强大的矩阵处理和绘图功能。
吸引了很多控制界的名家在自己擅长的领域编写了一些具有特殊意义的MATLAB工具箱，从而空前扩大了MATLAB的功能，使其成为了国际上最流行的控制系统计算机辅助设计的软件工具。
下面简单介绍自控原理实验涉及到的MATLAB知识（一）SIMULINK（模块图仿真）的使用1、进入WINXP：2、进入MATLAB：点击WIN窗口中MATLAB图标。
3、进入SIMULINK：在MATLAB窗口中键入SIMULINK命令，即可弹出SIMULINK模块库。
如图1-1所示：图1-1 SIMULINK模块库从左到右分别为信号源、输出、离散、线性、非线性、其他七个子模块库，每个子模块库分别包含若干个不同的模块。
4、建立自己的实验文件：（1）FILE\NEW。
（2）FILE\SA VE AS。
（键入自己的文件名。
）5、从SIMULINK模块库中挑选所需的模块：（1）把SIMULIMK窗和自己的实验窗并列平铺。
（2）在SIMULINK窗中打开SOURCES模块库。
（3）从SOURCES库(信号源模块库)中拖出STEP INPUT（单位阶跃输入）模块至自己的实验窗口。
（4）类似（2）（3）从SINKS库中拖出AUTO-SCALE GRAPH( 自动图形输出) 模块。
（5）从LINEAR、UNLINEAR库中分别选出INTEGRATOR（积分）、GAIN （比例）、TRANFER-Fun（传递函数）等模块。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机械工程控制基础实验指导书目录1．概述 (1)2．实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究 (5)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 (18)概述一．实验系统功能特点1．系统可以按教学需要组合，满足“自动控制原理”课程初级与高级实验的需要。
只配备ACCT-I实验箱，则实验时另需配备示波器，且只能完成部分基本实验。
要完成与软件仿真、混合仿真有关的实验必须配备上位机（包含相应软件）及USB2.0通讯线。
2．ACCT-I实验箱内含有实验必要的电源、信号发生器以及非线性与高阶电模拟单元，可根据教学实验需要进行灵活组合，构成各种典型环节与系统。
此外，ACCT-I实验箱内还可含有数据处理单元，用于数据采集、输出以及和上位机的通讯。
3．配备PC微机作操作台时，将高效率支持“自动控制原理”的教学实验。
系统提供界面友好、功能丰富的上位机软件。
PC微机在实验中，除了满足软件仿真需要外，又可成为测试所需的虚拟仪器、测试信号发生器以及具有很强柔性的数字控制器。
4．系统的硬件、软件设计，充分考虑了开放型、研究型实验的需要。
除了指导书所提供的10个实验外，还可自行设计实验。
二．系统构成实验系统由上位PC微机（含实验系统上位机软件）、ACCT-I实验箱、USB2.0通讯线等组成。
ACCT-I实验箱内装有以C8051F060芯片（含数据处理系统软件）为核心构成的数据处理卡，通过USB口与PC微机连接。
1．实验箱ACCT-I简介ACCT-I控制理论实验箱主要由电源部分U1单元、与PC机进行通讯的数据处理U3单元、元器件单元U2、非线性单元U5～U7以及模拟电路单元U9～U16等共14个单元组成，详见附图。
(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、数据处理单元U3内含以C8051F060为核心组成的数据处理卡（含软件），通过USB口与上位PC进行通讯。
内部包含八路A/D采集输入通道和两路D/A输出通道。
与上位机一起使用时，可同时使用其中两个输入和两个输出通道。
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。
结合上位机软件，用以实现虚拟示波器、测试信号发生器以及数字控制器功能。
(3)元器件单元U2单元提供了实验所需的电容、电阻与电位器，另提供插接电路供放置自己选定大小的元器件。
(4)非线性环节单元U5、U6和U7U5，U6，U7分别用于构成不同的典型非线性环节。
单元U5可通过拨键S4选择具有死区特性或间隙特性的非线性环节模拟电路。
单元U6为具有继电特性的非线性环节模拟电路。
单元U7为具有饱和特性的非线性环节模拟电路。
(5)模拟电路单元U8～U16U8～U16为由运算放大器与电阻，电容等器件组成的模拟电路单元。
其中U8为倒相电路，实验时通常用作反号器。
U9～U16的每个单元内，都有用场效应管组成的锁零电路（所有锁零G内部是互通的）和运放调零电位器（出厂已调好，无需调节）。
2．系统上位机软件的功能与使用方法，详见《ACCT-I自动控制理论实验上位机程序使用说明书》。
三．自动控制理论实验系统实验内容1．典型环节的电路模拟与软件仿真研究；2．典型系统动态性能和稳定性分析；3．典型环节（或系统）的频率特性测量；4．线性系统串联校正；5．典型非线性环节的静态特性；6．非线性系统相平面法；7．非线性系统描述函数法；8．极点配置线性系统全状态反馈控制；9．采样控制系统动态性能和稳定性分析的混合仿真研究；10．采样控制系统串联校正的混合仿真研究。
要完成上列全部实验，必须配备上位计算机。
四．实验注意事项1．实验前U9～U16单元内的运放需要调零（出厂前已经调整过）。
2．运算放大器边上的锁零点G接线要正确。
在需要锁零时（主要是典型环节的信号观察实验），可与输入信号同步的锁零信号相连。
锁零G与U3单元的锁零信号G1相连（同步对应O1信号），G2与此类似（同步对应O2）；一般情况下不需要锁零信号。
不需要锁零时，请把G与-15V相连。
3．在设计和连接被控对象或系统的模拟电路时，要特别注意，实验箱上的运放都是反相输入的，因此对于整个系统以及反馈的正负引出点是否正确都需要仔细考虑，必要时接入反号器。
4．作频率特性实验和采样控制实验时，必须注意只用到其中2路A/D输入和1路D/A 输出,具体采用“I1～I8”中哪一个通道，决定于控制箱上的实际连线和软件的设置。
5．受数据处理单元U3的数据处理速率限制，作频率特性实验和采样控制实验时，在上位机界面上操作“实验参数设置”必须注意频率点和采样控制频率的选择。
对于频率特性实验，应满足ω<200/sec，以免引起过大误差。
类似地，对于采样控制实验，采样控制周期应不小于5 ms。
6．本采集设备的上位机软件，A/D和D/A输出部分，需要注意的一些事项。
本数据采集系统有8路A/D输入，2路D/A输出，对于8路A/D输入将其分为四组，因为一般我们用到两路同时输出或同时输入。
I1、I2为一组A/D输入，I3、I4为一组A/D输入，I5、I6为一组A/D输入，I7、I8为一组A/D输入。
在这四组A/D输入中，I1、I3、I5、I7为每组A/D输入中的第一路，I2、I4、I6、I8为每组A/D输入中的第二路。
在每个实验当中，我们可以随意选择任一组A/D输入，和任一路D/A输出。
这个在实验三中，做频率特性实验要求比较严格（频响信号接I1，原信号接I2）。
五、计算机控制实验软件操作注意事项：1、打开已经准备好的实验项目后，点击，使系统进入运行装态。
2、按下“启动暂停”按键程序开始运行,再次按下该按键程序暂停。
按“退出”键使系统退出子VI运行状态。
3、测试信号设置选项框中可以设置发出的波形的种类、幅值、频率、占空比、采样开关T、采样时间。
4、按下“退出”按键或图标，程序退出运行。
5、按下“”图标，程序关闭。
实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究一．实验目的1．通过实验熟悉并掌握实验装置和上位机软件的使用方法。
2．通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性，掌握电路模拟和软件仿真研究方法。
二．实验内容1．设计各种典型环节的模拟电路。
2．完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。
3．在MATLAB软件上，填入各个环节的实际（非理想）传递函数参数，完成典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。
三．实验步骤1．熟悉实验箱，利用实验箱上的模拟电路单元，设计并连接各种典型环节（包括比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节）的模拟电路。
接线时要注意：先断电，再接线。
接线时要注意不同环节、不同测试信号对运放锁零的要求。
（U3单元的O1接被测对象的输入、G接G1、U3单元的I1接被测对象的输出）。
2．利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。
首先必须在熟悉上位机界面的操作，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。
为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。
接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。
软件界面上的操作步骤如下：①按通道接线情况:通过上位机界面中“通道选择”选择I1、I2路A/D通道作为被测环节的检测端口,选择D/A通道的O1（“测试信号1”）作为被测对象的信号发生端口.不同的通道,图形显示控件中波形的颜色将不同。
②硬件接线完毕后,检查USB口通讯连线和实验箱电源后，运行上位机软件程序,如果有问题请求指导教师帮助。
③进入实验模式后，先对显示模式进行设置：选择“X-t模式”；选择“T/DIV”为1s/1HZ。
④完成上述实验设置，然后设置实验参数，在界面的右边可以设置系统测试信号参数，选择“测试信号”为“周期阶跃信号”，选择“占空比”为50%，选择“T/DIV”为“1000ms”，选择“幅值”为“3V”，可以根据实验需要调整幅值，以得到较好的实验曲线，将“偏移”设为“0”。
以上除必须选择“周期阶跃信号”外，其余的选择都不是唯一的。
要特别注意，除单个比例环节外，对其它环节和系统都必须考虑环节或系统的时间常数，如仍选择“输入波形占空比”为50%，那么“T/DIV”至少是环节或系统中最大时间常数的6～8倍。
这样，实验中才能观测到阶跃响应的整个过程。
⑤以上设置完成后，按LabVIEW上位机软件中的“RUN”运行图标来运行实验程序，然后点击右边的“启动/停止”按钮来启动实验，动态波形得到显示，直至周期响应过程结束，如上述参数设置合理就可以在主界面图形显示控件中间得到环节的“阶跃响应”。
⑥利用LabVIEW软件中的图形显示控件中光标“Cursor”功能观测实验结果；改变实验箱上环节参数，重复⑤的操作；如发现实验参数设置不当，看不到“阶跃响应”全过程，可重复④、⑤的操作。
⑦按实验报告需要，将图形结果保存为位图文件。
3．分析实验结果，完成实验报告。
四．附录1．比例(P)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应比例环节的传递函数为：K s U s U i O =)()(其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.1.1、图1.1.2和图1.1.3所示，于是01R R K =。
实验参数取R 0＝100k ，R 1＝200k ，R=10k 。
实验接线如下图：2．积分(I)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应积分环节的传递函数为：Tss U s U i O 1)()(=其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.2.1、图1.2.2和图1.2.3所示，于是C R T 0=， 实验参数取R 0＝100k ，C ＝1uF ，R=10k 。
实验接线如下图：3．比例积分(PI)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应比例积分环节的传递函数为： Ts K U U i O 1+=其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.3.1、图1.3.2和图1.3.3所示，于是01R RK =，C R T 0=4．比例微分(PD)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应比例微分环节的传递函数为：)1(Ts K U UiO +=其方块图和模拟电路分别如图1.4.1、图1.4.2所示。
其模拟电路是近似的（即实际PD环节），取321,R R R >>，则有C R R RR T R R R K 2121021,+=+=，实验参数取R 0＝10k ，R 1＝10k ，R 2＝10k ，R 3＝1K ，C ＝10uF ，R=10k 。