南理工机械院控制工程基础实验报告
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。
机械工程测试技术基础实验报告
阻值有120欧，240欧，359欧，500欧等，常用的为120欧。
3)电阻应变片的检查
a.外观检查，用肉眼观察电阻应变是否断丝，表面是否损坏等。
b.阻值检查：用电桥测量各片的阻值为配组组桥准备。
4)配组
电桥平衡条件：R
1*R
3
= R
2
*R
4
电桥的邻臂阻值小于0.2欧。
一组误差小于0.2% 。在测试中尽量选择相同阻值应变片组桥。
3．试件表面处理
1) 打磨，先粗打磨，后精细打磨
a. 机械打磨，如砂轮机
b. 手工打磨，如砂纸
打磨面积应大于应变片面积2倍，表面质量为Ra = 3.2um 。应成45度交叉打磨。因为这样便于胶水的沉积。
2)清洁表面
用棉花粘积丙酮先除去油污，后用酒精清洗，直到表面干净为止。
3)粘贴。涂上502胶后在电阻应变片上覆盖一薄塑料模并加压，注意电阻应变片的正反
（kg ） 第一次 第二次
第三次 应变 值
1 2 3 4 5
五、计算
1．根据等强度梁的尺寸，计算等强度梁在载荷下的理论应变值，并填入表理论计算栏中。
计算公式E
b PL
2
6δε=
式中 P ——载荷（N ）
E ——弹性模量，取5102⨯=E N/mm 2
L ——力的作用点到固定端的距离，取L=200mm B ——等强度量的宽度b=40mm
δ——等强度梁的厚度，δ=6mm
2．计算三次测量的平均应变值并填入表中
六、实验总结
实验三 机械振动系统固有频率测量
一、实验目的
.以双简支梁为例，了解和掌握机械振动系统幅频特性曲线的测量方法以及如何由幅频特性曲线得到系统的固有频率，了解测试仪器及软件的使用方法 二、实验仪器及原理
机械振动综合实验装置（安装双简支梁） 1套
南理工实习报告三篇
南理工实习报告三篇
南理工实习报告篇1
时光如流水，两周时间转眼即逝，为期两周的金工实习给我体会颇多，我主要从以下几点展开。
1、通过这次实习我们了解了现代机械制造工业的生产方式和工艺过程，熟悉工程材料主要成形方法和主要机械加工方法及其所用主要设备的工作原理和典型结构、工夹量具的使用以及安全操作技术。了解机械制造工艺知识和新工艺、新技术、新设备在机械制造中的应用。
2、在工程材料主要成形加工方法和主要机械加工方法上，具有初步的独立操作技能。
3、在了解、熟悉和掌握一定的工程基础知识和操作技能过程中，培养、提高和加强了我们的工程实践能力、创新意识和创新能力。
4、实习过程中制订的学生实习守则，加强清理机床场地、遵守各工种的安全操作规程等要求，对学生的综合工程素质培养也起到了较好的促进作用。
5、培养和锻炼了劳动观点、质量和经济观念，强化遵守劳动纪律、遵守安全技术规则和爱护国家财产的自觉性，提高了我们的整体综合素质。
身为大学生的我们经历了十几年的理论学习，不止一次的被告知理论知识与实践是有差距的，但我们一直没有把这句话当真，也没有机会来验证这句话的实际差距到底有多少。金工实习给了我们一次实际掌握知识的机会，离开了课堂严谨的环境，我们感受到了车间中的气氛。同学们眼中好学的目光，与指导教师认真、耐心的操作，构成了车间中常见的风景。
在课堂中的我们感受到了动手能力重要性，只凭着脑子的思考、捉摸是不能完成实际的工作的，只有在拥有科学知识体系的同时，熟练掌握实际能力，包括机械的操作和经验的不断积累，才能把知识灵活、有效的运用到实际工作中。我国现行的教育体制，使得通过高考而进入大学的大学生的动手实践能力比较薄弱。因此，处于学校和社会过渡阶段的大学就承担了培养学生实践能力的任务。
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1
2R R
K =，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：
S
T 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
200K
R
V I
Vo
C
2C
R 1
V I
Vo
200K
微分环节的传递函数为：
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。
南理工控制工程复习重点new课件
PID控制
模糊控制
模糊控制是一种基于模糊集合论和模糊逻辑的控制方法。
模糊控制通过将输入变量模糊化，并根据模糊规则进行推理，最后将输出变量清 晰化，实现对系统的控制。模糊控制能够处理不确定性和非线性问题，具有较好 的鲁棒性和适应性。
神经网络控制
神经网络控制是一种基于人工神经网络的智能控制方法。
开环与闭环控制系统
开环控制系统 闭环控制系统
反馈控制原理
பைடு நூலகம்
控制系统性能指标
稳定性
稳定性是控制系统的重要性能指 标之一，指系统在受到扰动后能 够恢复平衡状态的能力。
快速性
快速性是指系统响应速度的快慢， 即系统从非平衡状态到达平衡状 态所需的时间。
准确性
准确性是指系统输出信号与设定 值之间的误差大小，即系统的控 制精度。
神经网络能够通过学习自适应地处理不确定性和非线性问题，具有强大的信息处理和模式识别能力。神经网络控制能够提高 系统的自适应性和鲁棒性，是当前研究的热点之一。
系统建模
系统仿真
系统仿真是在计算机上模拟系统运 行的过程，用于评估和比较不同控制 策略的效果。
VS
系统仿真可以帮助工程师更好地理解 系统的动态特性，预测系统在不同控 制策略下的行为，从而选择最优的控 制策略。系统仿真还可以用于验证控 制算法的有效性和可行性。
系统优化设计
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
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。
控制工程基础实验教案
一. 实验教学目的和任务
机械设计制造及其自动化、机械电子工程专业培养目标为机械与电子结合、信息与控制相结合的宽口径的人才，要求学生有扎实的基础理论知识、较强的实践动手能力与创新能力。因而要求本专业的学生必须掌握《控制工程基础》的相关基础知识。实验的主要目的是使学生通过实验中的系统设计及理论分析，帮助学生进一步理解自动控制系统的设计和分析方法，综合应用所学的工程数学、模拟电路、数字电路等基础知识，培养控制系统的独立设计与研究开发能力，从自动控制工程的角度自觉地建立系统的思维方法。
二. 实验教学基本要求
1. 本实验课程单独设课，教师需向学生讲解实验课程的性质，任务，要求，课程安排和进度，平时考核内容，期末考试办法，实验守则及实验室安全制度等。
2. 实验课以设计性与验证性实验为主，实验指导书中给出设计题目与方法，也可由学生自主设计实验方法，实验前学生必需进行预习，设计报告经教师批阅后，方可进入实验室进行实验。
3. 在规定的时间内，学生分组独立完成，出现问题，教师要引导学生独立分析解决，不得包办代替。
4. 任课教师要认真上好每一堂课，实验前清点学生人数，实验中按要求做好学生实验情况及结果记录，实验后认真填写实验开出记录。
5. 学生必须严格遵守实验室规定，实验分组独立进行。实验完成后一周内学生完成实验报告，指导教师二周内完成实验报告的批改、成绩登记，并上交相关文件存档。
三. 实验教学内容
本课程实验教学安排以下2个实验。可根据具体教学情况及实验设备性能情况，在THBCC-1信号与系统·控制理论及计算机技术实验平台实验指导书所给13个实验中合理选取2个实验项目进行。
机械工程基础实验报告
机械工程基础实验报告
机械工程基础实验报告
一、实验目的
1、掌握材料的测定方法；
2、熟悉实验和测量仪器的使用；
3、学会进行实验操作；
4、熟悉实验报告的书写；
二、实验内容
本次实验主要是测量材料平均弹性模量和泊松比，分别采用简支梁及弹簧试验方法完成。
测量的材料为热轧钢，钢杆热轧成形，其表面表现为蓝黑色的光滑面。
三、实验原理
1、简支梁实验：
简支梁实验是指在一端给定固定支座，另一端取得固定力载荷，在中间的简支区域加载，并使材料变形，通过测量梁的自由长度和弯曲变形量，求得材料的平均弹性模量 E；
2、弹簧试验：
弹簧试验是指将悬臂梁的一端加载，当力足够大时，能够使梁形变，通过测量悬臂梁的自由长度和应力量，求得材料的泊松比μ。
四、实验步骤
1、将简支梁的自由端用松油块调节高度；
2、将载荷放置于梁中央，并将其固定；
3、给予载荷，检查支点的动态变形，并用稳定支点支撑载荷稳定；
4、用千分表测量梁的长度和变形量；
5、加载载荷，检查悬臂梁的变形，并用力计测量应力；
6、用千分表测量悬臂梁的自由长度；
五、实验结果及分析
1、简支梁实验：
载荷： 0.2 N
支点高度： 100 mm
载荷至支点的长度： 99.9 mm
梁结束至支点的长度： 200 mm
弯曲变形量： 0.1 mm
计算得到材料的平均弹性模量 E=759.6 MPa 。
2、弹簧试验：
载荷： 0.2 N
悬臂梁自由长度： 100.6 mm
应力： 2 MPa
计算得到材料的泊松比μ=0.002 。
六、结论
本次实验中，我们测量了热轧钢的平均弹性模量和泊松比，得到的结果为：
平均弹性模量： 759.6 MPa 泊松比： 0.002 。
机械基础机构实验报告
机械基础机构实验报告
机械基础机构实验报告
一、实验目的：
1.了解机械基础机构的基本概念和分类；
2.通过实验验证机械基础机构的运动特点；
3.掌握机械基础机构的工作原理和计算方法。
二、实验设备及材料：
1.实验台；
2.手摇转动轴；
3.刻度尺；
4.电子数显脉冲发生器。
三、实验原理：
机械基础机构是机械传动的基础，是各种机械装置的基本组成部分。根据结构特点和运动形式的不同，机械基础机构可以分为平面机构和空间机构两类。
平面机构是指所有的构件处于一个平面内，并在平面内相对运动的机构。其中，刚性机构由刚性杆件组成，通常用手动操作来完成运动；弹性机构由柔性杆件和弹簧等组成，运动由外部力引起；柔性机构由柔性杆件组成，运动由外部力驱动。
空间机构是指构件分布在空间立体内，并在空间内相对运动的机构。根据运动副出现的形式，空间机构可以分为平行机构、转动机构、传感机构等。
四、实验步骤：
1.将手摇转动轴放置在实验台上，固定好；
2.将刻度尺固定到转动轴上，使其能够随着转动轴的旋转而变化；
3.将电子数显脉冲发生器与刻度尺相连，将电子数显脉冲发生器设置为一定的频率；
4.开始手动转动转动轴，观察刻度尺的读数变化；
5.记录下刻度尺的读数，并计算转动轴的转速。
五、实验结果与分析：
通过实验观察，我们发现刻度尺的读数随着转动轴的转动而不断变化，并且变化趋势相对平稳。在实验过程中，我们可以通过改变电子数显脉冲发生器的频率来改变转动轴的转速。通过记录下刻度尺的读数，并结合计算方法，我们可以计算出转动轴的转速。
六、实验结论：
通过本次实验，我们了解了机械基础机构的基本概念和分类，并通过实验验证了机械基础机构的运动特点。同时，我们也掌握了机械基础机构的工作原理和计算方法。
控制工程实验报告
Hefei University of Technology
《控制工程基础》
实验报告
学院机械与汽车工程学院
姓名
学号
专业班级机械设计制造及其自动化13-7班2015年12月15日
自动控制原理实验
• 1、线性系统的时域分析
• 1.1典型环节的模拟研究
一、实验要求
1、掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式。
2、观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响。
二、实验原理(典型环节的方块图及传递函数)
三、实验内容及步骤
在实验中欲观测实验结果时，可用普通示波器，也可选用本实验机配套的虚拟示波器。 如果选用虚拟示波器，只要运行LABACT 程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究实验项目，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测孔测量波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。
1) 观察比例环节的阶跃响应曲线
典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。该环节在A1单元中分别选取反馈电阻R1=100K 、200K 来改变比例参数。
图3-1-1 典型比例环节模拟电路
实验步骤： 注：“SST ”不能用“短路套”短接！
（1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V 作为系统的信号输入（Ui ） （2）安置短路套、联线，构造模拟电路：
（a
（b
（3
）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT （Uo ）。
注：CH1选“X1”档。时间量程选“x4”档。 （4）运行、观察、记录：
机械基础的实验报告
机械基础的实验报告
机械基础的实验报告
引言：
机械基础是工程学的重要基础学科之一，通过实验可以加深对机械原理和运动
规律的理解。本次实验旨在通过实际操作，探究机械基础中的一些重要概念和
原理，并验证其正确性。
一、杠杆原理的实验验证
杠杆原理是机械基础中的重要概念，用于描述杠杆的平衡条件。实验中，我们
使用了一根长杆和一个测力计，通过改变杠杆的长度和测力计的位置，来验证
杠杆原理。
实验步骤：
1. 将长杆水平放置在两个支点上，确保杠杆平衡。
2. 在杠杆的不同位置处，使用测力计分别测量施加在杠杆上的力。
3. 记录测力计的示数和杠杆的长度。
实验结果：
根据实验数据的分析，我们得出结论：在杠杆平衡的情况下，两个支点之间的
力和力臂之间的乘积相等。
二、简单机械的力比实验
简单机械是机械基础中的另一个重要概念，用于描述力的放大和缩小。实验中，我们使用了一个螺旋桨和一个测力计，通过改变螺旋桨的半径和测力计的位置，来验证简单机械的力比原理。
实验步骤：
1. 将螺旋桨固定在一个支架上。
2. 在螺旋桨上施加一个力，使用测力计测量施加在测力计上的力。
3. 改变螺旋桨的半径和测力计的位置，重复步骤2。
4. 记录测力计的示数和螺旋桨的半径。
实验结果：
根据实验数据的分析，我们得出结论：在简单机械中，力和力臂之间的乘积相等，即力比保持不变。
三、滑轮组的力比实验
滑轮组是机械基础中的又一个重要概念，用于描述力的传递和转换。实验中，我们使用了一个滑轮组和一个测力计，通过改变滑轮组的组合方式和测力计的位置，来验证滑轮组的力比原理。
实验步骤：
1. 将滑轮组固定在一个支架上。
南理工 机械院 控制工程基础实验报告
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：
c. 电容值4.4uF ，阶跃响应波形：
2. 一阶系统阶跃响应数据表
电容值 （uF ） 稳态终值U c （∞）（V ） 时间常数T(s) 理论值 实际值 理论值 实际值 1.0 2.87 2.90 0.51 0.50 2.2 2.87 2.90 1.02 1.07 4.4
2.87
2.90
2.24
2.06
元器件实测参数
U r = -2.87V
R o =505k Ω
R 1=500k Ω
R 2=496k Ω
其中
C R T 2=
r c U R R U )/()(21-=∞
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：
c.阻尼比为0.7，阶跃响应波形：
d.阻尼比为1.0，阶跃响应波形：
4.二阶系统阶跃响应数据表
ξR w（Ω）峰值时间
t p（s）
U o(t p)
（V）
调整时间
t s（s）
稳态终值
机械手控制实验报告
中北大学
信息商务学院
《机床电气控制与PLC》实验报告
学院：
业：专班级：学号：
姓名：
月6年2014
实验机械手的PLC控制
.实验目的一1．进一步熟悉机床电气控制环节中常用的低压电器，熟练掌握按钮、接触器等低压电器的工作原理及其安装、接线等使用方法。；
2．掌握PLC控制系统设计方法与步骤，掌握PLC的基本硬件配置及硬件连接方法。
3．掌握机械手的基本控制手段，如左转、右转、前伸、后缩、放松、加紧、上升、下降等。二．实验内容及要求
本实验的目的是通过PLC实现机械手的操作控制，如左转、右转、前伸、后缩、放松、加紧、上升、下降等。学生完成PLC控制电路、完成硬件连接、编写控制程序并现场调试。
要求：
1．选择PLC并设计PLC控制电路。要求PLC选型合理、控制方式简单可靠；
2．选取所需的硬件元件完成硬件连接；
3．编写控制程序。要求程序简单可靠、结构合理；
4．系统必须能够调试通过，运转达到设计要求
二．实验仪器及设备
计算机一台、机械手工作台1套、控制按钮若干、PLC基本模块1个、各种导线若干、PLC编程软件。
三．实验步骤
1．根据实验要求，确定要实现的功能并设计状态转移图：
2．根据给定的PLC和所设计的控制功能进行元器件选择和PLC的I/O分配，并填写在表1-1中。表1-1 电机控制I/O分配表
输入输出器件功输出端输入端器件功器件名器件名
3. 根据I/O分配表画出I/O接线图，并连接控制线路。
所设计的控制电路接线图：
4. 根据控制要求编写PLC程序（以梯形图的方式或者指令表方式）。所设计的梯形图或状态转移图：
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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:
c. 电容值4.4uF，阶跃响应波形:
2•—阶系统阶跃响应数据表
U r= -2.87V R°=505k? R i=500k? R2=496k 其中
T = R2C
U c C：)=「(R/R2)U r 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:
4.二阶系统阶跃响应数据表
E
R w ( ?)
峰值时间 U o (t p ) 调整时间 稳态终值 超调（%） 震荡次数
C. d. 阻尼比为0.7，阶跃响应波形:
阻尼比为1.0，阶跃响应波形:
CHI
反相
带宽限制 伏/格
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
三、实验结果及理论分析
1.系统校正前输出波形:
2.校正前二阶系统数据表
3.系统校正后输出波形:
4.校正后二阶系统数据表
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“一”
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。
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
2.幅频特性曲线:
頻率f (Hi)
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
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。