控制工程基础教案实验1典型环节的模拟(matlab应用于机械控制工程)
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。
实验一典型环节的MATLAB仿真
实验一典型环节的MATLAB仿真一、实验目的1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。
2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。
3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、SIMULINK的使用MATLAB中SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。
利用SIMULINK功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。
1．运行MATLAB软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink命令，按Enter 键或在工具栏单击按钮，即可进入如图1-1所示的SIMULINK仿真环境下。
2．选择File菜单下New下的Model命令，新建一个simulink仿真环境常规模板。
3．在simulink仿真环境下，创建所需要的系统。
以图1-2所示的系统为例，说明基本设计步骤如下：1）进入线性系统模块库，构建传递函数。
点击simulink下的“Continuous”，再将右边窗口中“Transfer Fen”的图标用左键拖至新建的“untitled”窗口。
图1-1 SIMULINK仿真界面图1-2 系统方框图2）改变模块参数。
在simulink 仿真环境“untitled ”窗口中双击该图标，即可改变传递函数。
其中方括号的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数，数字之间用空格隔开；设置完成后，选择OK ，即完成该模块的设置。
3）建立其它传递函数模块。
按照上述方法，在不同的simulink 的模块库中，建立系统所需的传递函数模块。
例：比例环节用“Math ”右边窗口“Gain ”的图标。
4）选取阶跃信号输入函数。
用鼠标点击simulink 下的“Source ”，将右边窗口中“Step ”图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口，形成一个阶跃函数输入模块。
5）选择输出方式。
机械工程控制基础 Matlab仿真实验报告
Matlab仿真实验报告
学院:机电学院
班级:机械096班
**ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ****
学号:*******323
仿真一
输入信号阶跃信号输出信号
分析这是一个开环系统，输入信号是阶跃信号，传递函数的阶数是二阶，特征方程是
s^2+2*s+0.5=0
特征根为-1 ,是两个非实数，所以不会出现震荡，应该接近于输入信号，最终达到稳定，于是输出信号如右图
仿真二
输入信号正弦信号输出信号
分析这是一个开环系统，输入信号是正弦信号，传递函数的阶数是二阶，特征方程是
s^2+2*s+0.5=0
特征根为-1 ,是两个非实数，所以不会出现震荡，应该接近于输入信号，且出现一个增益环节，使幅值变大，于是输出信号如右图
仿真三
输入信号正弦信号输出信号
分析该系统输入信号为正弦信号，传递函数为一阶，传递函数为 ，幅值增大了1.5倍，而且T=2，经过4个T之后就会和输入信号的幅值的3倍相同，于是输出信号如右图
仿真六
输入信号阶跃信号输出信号
分析：系统由比例环节、一阶微分环节、三阶震荡环节组成，其中三阶震荡环节使幅值变为 =1/3，比例环节使幅值扩大三倍，故幅值没变。分子使相位增加90度，分母使相位减小270度，所以相位减小180度。于是经过180度达到相同的幅值。于是输出信号如右图。
仿真七
输入信号阶跃信号输出信号
仿真四
输入信号阶跃信号输出信号
该系统输入信号为正弦信号，传递函数为一阶，传递函数为 ，输出信号的幅值增大了2倍，且初始斜率为1/2，而且T=2，经过4个T之后就会和输入信号的幅值的2倍相同，
于是输出信号如右图。
控制工程基础教案实验1典型环节的模拟(matlab应用于机械控制工程)
G12=G1+G2%并联结构
G34=G3-G4%并联结构
G=feedback(G12,G34,-1)%反馈结构
4.复杂的结构框图
求取复杂结构框图的数学模型的步骤：
(1)将各模块的通路排序编号；
(2)建立无连接的数学模型：使用append命令实现各模块未连接的系统矩阵。
G=append(G1,G2,G3,…)
表61线性系统模型转换函数表函数调用格式功能tf2ssabcdtf2ssnumden传递函数转换为状态空间tf2zpzpktf2zpnumden传递函数转换为零极点描述ss2tfnumdenss2tfabcdiu状态空间转换为传递函数ss2zpzpkss2zpabcdiu状态空间转换为零极点描述zp2ss零极点描述转换为状态空间zp2tfnumdenzp2tfzpk零极点描述转换为传递函数get命令和set命令get命令可以获取模型对象的所有属性语法
如果各模块都使用传递函数，也可以用blkbuild命令建立无连接的数学模型，则第二步修改如下：
将各通路的信息存放在变量中：通路数放在nblocks，各通路传递函数的分子和分母分别放在不同的变量中；用blkbuild命令求取系统的状态方程模型。
【例6.7】根据图6.5所示系统结构框图，求出系统总的传递函数。
线性控制系统分析与设计
6.1.2传递函数描述法
MATLAB中使用tf命令来建立传递函数。
语法：
G=tf(num,den)%由传递函数分子分母得出
说明：num为分子向量，num=[b1,b2,…,bm,bm+1]；den为分母向量，den=[a1,a2,…,an-1,an]。
【例6.1续】将二阶系统描述为传递函数的形式。
自动实验一——典型环节的MATLAB仿真报告
自动实验一——典型环节的MATLAB仿真报告引言：典型环节的MATLAB仿真是一种常见的模拟实验方法，通过使用MATLAB软件进行建模和仿真，可以有效地研究和分析各种复杂的物理系统和控制系统。
本报告将介绍一个典型环节的MATLAB仿真实验，包括实验目的、实验原理、实验步骤、实验结果和讨论等内容。
一、实验目的本实验旨在通过MATLAB仿真实验，研究和分析一个典型环节的动态特性，深入了解其响应规律和控制方法，为实际系统的设计和优化提供理论支持。
二、实验原理典型环节是控制系统中的重要组成部分，一般包括惯性环节、惯性耦合和纯滞后等。
在本实验中，我们将重点研究一个惯性环节。
惯性环节是一种常见的动态系统，其特点是系统具有自身的动态惯性，对输入信号的响应具有一定的滞后效应，并且在输入信号发生变化时有一定的惯性。
三、实验步骤1.建立典型环节的数学模型。
根据实际情况，我们可以选择不同的数学模型描述典型环节的动态特性。
在本实验中，我们选择使用一阶惯性环节的传递函数模型进行仿真。
2.编写MATLAB程序进行仿真。
利用MATLAB软件的控制系统工具箱，我们可以方便地建立惯性环节的模型，并利用系统仿真和分析工具进行仿真实验和结果分析。
3.进行仿真实验。
选择合适的输入信号和参数设置，进行仿真实验，并记录仿真结果。
4.分析实验结果。
根据仿真结果，可以分析典型环节的动态响应特性，比较不同输入信号和控制方法对系统响应的影响。
四、实验结果和讨论通过以上步骤，我们成功地完成了典型环节的MATLAB仿真实验，并获得了仿真结果。
通过对仿真结果的分析，我们可以得到以下结论：1.惯性环节的响应规律。
惯性环节的响应具有一定的滞后效应，并且对输入信号的变化具有一定的惯性。
随着输入信号的变化速度增加，惯性环节的响应时间呈指数级减小。
2.稳态误差与控制增益的关系。
控制增益对稳态误差有重要影响，适当调整控制增益可以减小稳态误差。
3.不同输入信号的影响。
《机械工程控制基础》课程设计：MATLAB软件基本操作
3.Simulink软件包可用来对动态系统进行建模，仿真和分析。Simulink采用模块和图表组成系统的结构图模型。这种图形界面与《自动控制原理》中的传递函数动态框图非常相似，同时采用类似于电子示波器的模块显示仿真曲线。
Simulink使用：
1.开启Simulink窗口及模块库
K=5;
GS1=tf([K],[1 0]);
GS2=tf([1],[1 1]);
GS3=tf([1],[0.5 1]);
G0S=GS1*GS2*GS3;
margin(G0S);
phi=-180+40+12
phi =
-128
[mag,phase,w]=bode(G0S,[0.462 0.464 0.466])
else
disp('System is not observable')
end
Q =
[ 0, 0, 1, 0]
[ 0, 0, c, 0]
[ 0, 0, c^2, 0]
[ 0, 0, c^3, 0]
rank =
1
n =
4
System is not observable
8-24
A=[1 0.1;0 1];B=[0.005;0.1];
4．掌握MATLAB辅助的超前-滞后校正器设计
二：实验主要内容及过程
5-9-1
K=20;
G0S=tf([K],[0.5 1 0]);
margin(G0S);
phi=50-18+6
a=(1+sin(phi*pi/180))/(1-sin(phi*pi/180))
phi =
38
《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《机械工程控制基础》MATLAB 分析与设计仿真实验任务书（2014）一、仿真实验内容及要求1．MATLAB 软件要求学生通过课余时间自学掌握MATLAB 软件的基本数值运算、基本符号运算、基本程序设计方法及常用的图形命令操作；熟悉MA TLAB 仿真集成环境Simulink 的使用。
2．各章节实验内容及要求1）第三章 线性系统的时域分析法∙ 对教材第三章习题3-5系统进行动态性能仿真，并与忽略闭环零点的系统动态性能进行比较，分析仿真结果；∙ 对教材第三章习题3-9系统的动态性能及稳态性能通过仿真进行分析，说明不同控制器的作用；∙ 在MATLAB 环境下选择完成教材第三章习题3-30，并对结果进行分析；∙ 在MATLAB 环境下完成英文讲义P153.E3.3；∙ 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，在100=a K 时，试采用微分反馈控制方法，并通过控制器参数的优化，使系统性能满足%5%,σ<3250,510s ss t ms d -≤<⨯等指标。
2）第四章 线性系统的根轨迹法∙ 在MATLAB 环境下完成英文讲义P157.E4.5；∙ 利用MA TLAB 绘制教材第四章习题4-5；∙ 在MATLAB 环境下选择完成教材第四章习题4-10及4-17，并对结果进行分析；∙ 在MATLAB 环境下选择完成教材第四章习题4-23，并对结果进行分析。
3）第五章 线性系统的频域分析法∙ 利用MA TLAB 绘制本章作业中任意2个习题的频域特性曲线；4）第六章 线性系统的校正∙ 利用MA TLAB 选择设计本章作业中至少2个习题的控制器，并利用系统的单位阶跃响应说明所设计控制器的功能；∙ 利用MA TLAB 完成教材第六章习题6-22控制器的设计及验证；∙ 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，试采用PD 控制并优化控制器参数，使系统性能满足给定的设计指标ms t s 150%,5%<<σ。
实验一 控制系统典型环节的模拟实验
实验一控制系统典型环节的模拟实验一、实验目的1．掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。
2．测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。
二、实验内容1．对表一所示各典型环节的传递函数设计相应的模拟电路(参见表二)2．测试各典型环节在单位阶跃信号作用下的输出响应。
3．改变各典型环节的相关参数，观测对输出响应的影响。
三、实验内容及步骤1．观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线。
①准备：使运放处于工作状态。
将信号发生器单元U1的ST端与+5V端用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管（K30A）夹断，这时运放处于工作状态。
②阶跃信号的产生：电路可采用图1-1所示电路，它由“阶跃信号单元”（U3）及“给定单元”（U4）组成。
具体线路形成：在U3单元中，将H1与+5V端用1号实验导线连接，H2端用1号实验导线接至U4单元的X端；在U4单元中，将Z端和GND端用1号实验导线连接，最后由插座的Y端输出信号。
以后实验若再用阶跃信号时，方法同上，不再赘述。
实验步骤：①按表二中的各典型环节的模拟电路图将线接好(先接比例)。
(PID先不接)②将模拟电路输入端(U i)与阶跃信号的输出端Y相连接；模拟电路的输出端(Uo)接至示波器。
③按下按钮(或松开按钮)SP时，用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo(t)，且将结果记下。
改变比例参数，重新观测结果。
④同理得积分、比例积分、比例微分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线参见表三。
2．观察PID环节的响应曲线。
实验步骤：①将U1单元的周期性方波信号(U1 单元的ST端改为与S端用短路块短接，S11波段开关置于“方波”档，“OUT”端的输出电压即为方波信号电压，信号周期由波段开关S11和电位器W11调节，信号幅值由电位器W12调节。
以信号幅值小、信号周期较长比较适宜)。
②参照表二中的PID模拟电路图，按相关参数要求将PID电路连接好。
控制工程基础实验步骤内容
实验一典型环节的模拟研究一. 实验要求了解和掌握各典型环节的传递函数及模拟电路图，观察和分析各典型环节的响应曲线。
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W A VE程序即可，WA VE程序的详细使用说明见W A VE软件的帮助文本。
1．观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模似电路如图2-1-1所示，该环节用A和C单元构建；在A单元中分别选取R1=100K和R1=200K的反馈阻值。
实验步骤：（1）将信号发生器（U）的插针‘TD2’用“短路套”短接，使模拟电路中的场效应管夹断，这时运放处于工作状态。
注：‘TB41'不能用“短路套”短接！（2）构造0~5V阶跃信号：I单元中的电位器右上边用‘短路套’短接GND，G单元中的OV/5V测孔连线到I单元的RN2测孔，按下G单元中的按键，在I单元中的电位器中心KV测孔可得到阶跃信号输出，其值为OV~5V可调。
（3）反馈阻值R1=100K时，A单元中的TA15和TA112用“短路套”短接，C单元中的TA36和TA313用“短路套”短接；反馈阻值R1=200K时，A单元中的TA15和TA111用“短路套”短接，C单元中的TA36和TA313用“短路套”短接。
（4）把A单元的AOUT1测孔连线到C单元的1H3测孔；将模拟电路输入端Ui（1H1）与阶跃信号的输出KV相联接；模拟电路的输出端Uo（AOUT3）接至示波器。
（5）按下G单元中按钮时，用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo（t）,且将结果记下。
改变比例参数，重新观测结果, 它们的理想曲线和实际响应曲线见表2-1-1。
6．观察PID（比例积分微分）环节的响应曲线PID（比例积分微分）环节模似电路如图2-1-6所示，该环节用B，D单元构建；在B单元或D单元中分别选取R1=10K和R1=20K的反馈阻值。
自动控制理论实验指导书(仿真).详解
实验一典型环节的MATLAB仿真Experiment 1 MATLAB simulation of typical link一、实验目的1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。
2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。
3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、SIMULINK的使用MATLAB中SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。
利用SIMULINK功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。
1．运行MATLAB软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink命令，按Enter 键或在工具栏单击按钮，即可进入如图1-1所示的SIMULINK仿真环境下。
2．选择File菜单下New下的Model命令，新建一个simulink仿真环境常规模板。
3．在simulink仿真环境下，创建所需要的系统。
以图1-2所示的系统为例，说明基本设计步骤如下：1）进入线性系统模块库，构建传递函数。
点击simulink下的“Continuous”，再将右边窗口中“Transfer Fen”的图标用左键拖至新建的“untitled”窗口。
2）改变模块参数。
在simulink仿真环境“untitled”窗口中双击该图标，即可改变传递函数。
其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数，数字之间用空格隔开；设置完成后，选择OK，即完成该模块的设置。
3）建立其它传递函数模块。
按照上述方法，在不同的simulink的模块库中，建立系统所需的传递函数模块。
例：比例环节用“Math”右边窗口“Gain”的图标。
4）选取阶跃信号输入函数。
用鼠标点击simulink下的“Source”，将右边窗口中“Step”图标用左键拖至新建的“untitled”窗口，形成一个阶跃函数输入模块。
机械工程控制基础-MATLAB工程应用课程设计
机械工程控制基础-MATLAB工程应用课程设计1. 课程设计背景机械工程控制是机械工程的重要组成部分，也是现代机械工程技术的重要基础。
MATLAB是一款强大的计算工具，广泛应用于科学计算和工程设计中。
本课程设计旨在将机械工程控制和MATLAB工程应用相结合，提高学生在机械工程控制方面的应用能力和创新能力。
2. 课程设计目标本课程设计旨在帮助学生掌握以下知识和技能：1.了解机械工程中的控制原理和方法；2.掌握基本的MATLAB编程方法；3.能够使用MATLAB进行机械工程控制方案设计和仿真；4.掌握MATLAB工具箱的使用。
3. 课程设计内容3.1 前期准备工作1.安装MATLAB软件；2.学习MATLAB编程基础；3.掌握机械工程控制的基本理论。
3.2 课程设计项目本课程设计包括以下项目：1.智能车控制系统设计：使用MATLAB工具箱设计智能车的控制系统，并进行仿真；2.PID控制算法设计：使用MATLAB编写PID控制算法，并应用于机械控制系统中；3.机器人控制系统仿真：使用MATLAB工具箱设计机器人控制系统，并进行仿真。
3.3 课程设计过程1.学生自行形成小组，每个小组3-5人；2.每个小组选择一个课程设计项目，并制定课程设计计划；3.学生使用MATLAB软件进行课程设计；4.学生提交课程设计报告，并进行展示。
4. 课程设计评分标准1.课程设计报告质量；2.课程设计成果的质量与数量；3.课程设计过程中的团队合作能力；4.课程设计展示的表现力。
5. 结论本课程设计旨在帮助学生在机械工程控制和MATLAB工程应用方面提高，培养学生的创新能力和团队合作能力。
通过本课程设计，学生将会掌握MATLAB编程和机械工程控制的基本方法，提升自身的职业竞争力。
实验一控制系统典型环节的模拟
实验一 控制系统典型环节的模拟1．实验目的1) 掌握常用控制系统典型环节的电子电路实现方法。
2) 测试典型环节的阶跃响应曲线。
3) 了解典型环节中参数变化对输出动态性能的影响。
2．实验仪器1) TKKL —1实验箱一台 2) 超低频示波器一台，万用表 3) MATLAB 软件，计算机。
3．实验原理控制系统的典型环节数学模型如表1-1所示。
表1-1：典型环节的方块图及传递函数 典型环节名称 方 块 图传递函数 比例 （P ）K )s (U )s (Uo i = 积分 （I ）TS1)s (U )s (Uo i =比例积分 （PI ）TS1K )s (U )s (Uo i += 比例微分 （PD ）)TS 1(K )s (U )s (Uo i += 惯性环节 （T ）1TS K)s (U )s (Uo i +=比例积分 微分（PID ）S T ST 1Kp )s (U )s (Uo d i i ++=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，它们都是由R 、C 构成。
基于图中A 点的电位为虚地，略去流入运放的电流，则由图1-1得：图1-1 运放的反馈连接121)(Z Zu u s G o -=-=（1） 由上式可求得由下列模拟电路组成典型环节的传递函数及单位阶跃响应。
以下省略反相放大中的“-”号。
(1) 比例环节21/)(R R s G =图1-2 比例环节记录实验所用元件参数、绘制单位阶跃响应曲线（至少记录两组），并进行分析。
(a) .,21Ω=Ω=R R(b) .,21Ω=Ω=R R (2) 惯性环节 1111//)(2121212+=+⋅===Ts K Cs R R R R Cs R Z Z s G （2） 式中 122/,R R K C R T ==。
图1-3 惯性环节记录实验所用元件参数、绘制阶跃响应曲线（至少记录两组），并进行分析。
机械控制工程基础实验指导书--MatLab
实验一 MatLab的基本操作和使用实验时间：2012年4月12日指导老师：伍新蒋嵘一、实验目的1.熟悉MatLab软件的界面、掌握MatLab软件的基本使用方法；2.熟悉MatLab的数据表示、基本运算；3.熟悉MatLab的符号运算及相关操作；4.熟悉MatLab绘图命令及基本绘图控制。
二、实验内容1.MatLab帮助命令的使用使用help命令（或菜单），查找 sqrt（开方）、polar(极坐标画图)等函数的使用方法及命令的格式。
2.矩阵运算（1）矩阵的乘法已知A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8];求A^2*B（2）矩阵除法已知 A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9];B=[1 0 0;0 2 0;0 0 3];A\B,A/B（3）矩阵的转置及共轭转置已知A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i];求A.', A'（4）使用冒号选出指定元素已知： A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9];求A中第3列前2个元素；A中所有列第2，3行的元素；（5）方括号[]的使用用magic 函数生成一个4阶魔术矩阵，删除该矩阵的第四列。
3.多项式（1）求多项式11289)(234+-++=x x x x x P 的所有根；（2）创建多项式39652)(23456++-+-+=x x x x x x x f ，并求x 分别等于1、±3及 ±7时的值；（3）分别求上面两个多项式的导数和积分；（4）求上面两个多项式的加、乘及除法（/）运算的结果。
4.解线性方程组 求下列方程中x 的值：67452296385243214324214321=+-+=+-=--=+-+x x x x x x x x x x x x x x5.基本绘图命令（1）绘制余弦曲线y=cos(t)，t ∈[0，2π]；（2）在同一坐标系中，绘制余弦曲线y （t ）=cos(t-0.25)和正弦曲线y(t)=sin(t-0.5)，t ∈[0，2π]；（3）以子图的形式（subplot 命令）在一个图框中显示上面这两条曲线。
机械工程控制基础matlab实验报告
实验一一阶系统及二阶系统时域特性MatLab仿真实验一．实验目的1.通过实验中的系统设计及理论分析方法，进一步理解自动控制系统的设计与分析方法。
2.熟悉仿真分析软件。
3.利用Matlab对一、二阶系统进行时域分析。
4.掌握一阶系统的时域特性，理解常数T对系统性能的影响。
5.掌握二阶系统的时域特性，理解二阶系统重要参数对系统性能的影响。
二．实验设备计算机和Matlab仿真软件。
三．实验内容1.一阶系统时域特性一阶系统G(s)=1，影响系统特性的参数是其时间常数T，T越大，系统的惯性越大，Ts+1系统响应越慢。
Matlab编程仿真T=0.4，1.2，2.0，2.8，3.6，4.4系统单位阶跃响应。
2.二阶系统时域特性a、二阶线性系统G(s)=16单位脉冲响应、单位阶跃响应、单位正弦输入响应的s2+4s+16Matlab仿真。
b、二阶线性系统36，当ξ为0.1，0.2，0.5，0.7，1.0，2.0时，完成单位阶跃响应s2+12ξs+36的Matlab仿真，分析ξ值对系统响应性能指标的影响。
四．实验要求1.进入机房，学生要严格遵守实验室规定。
2.学生独立完成上述实验，出现问题，教师引导学生独立分析和解决问题。
3.完成相关实验内容，记录程序，观察记录响应曲线，响应曲线及性能指标进行比较，进行实验分析4.分析系统的动态特性。
5.并撰写实验报告，按时提交实验报告。
五．Matlab编程仿真并进行实验分析1、一阶系统由图可知，一阶系统时间常数越大，图像图线越晚达到常值输出，即时间常数T影响系统参数，时间常数越大，系统的惯性越大，系统响应越慢。
2、二阶系统a.单位脉冲响应单位阶跃响应单位正弦输入G(s)=16，故可知无阻尼固有频率w n=4,阻尼比为0.5，故其为欠阻尼系统，二阶系统s2+4s+16的单位脉冲响应曲线和单位阶跃响应曲线的过渡过程都是衰减振荡曲线，而单位正弦输入响应曲线表明输出相对于输入出现了滞后。
机械控制工程基础MATLAB仿真实验上机仿真试验
仿真模型—无PID
Sine Wave Step
Scope1
1 Gain1
2 0.8s+1 Transfer Fcn
Scope
Transfer Fcn1 1 s+1
仿真模型—有PI
Sine Wave Step
1.25 Gain1
1 Gain
1 Gain2
1 s
Integrator
2 0.8s+1 Transfer Fcn
Scope
Scope1
1 s+1 Transfer Fcn1
仿真模型—有PID
Step
0.53 Gain1
Scope1
1 Gain
-K-
1
s
Gain2 Integrator
-K-
du/dt
Gain3 Derivative
1 s+1 Transfer Fcn1
2 0.8s+1 Transfer Fcn
Scope
机械控制工程基础MATLAB 仿真实验上机仿真试验
内容提要
一、MATLAB基本知识与操作 二、MATLAB的 Simulink工具箱简介 三、MATLAB的频率特性分析
实验二 频率特性仿真实验 实验三 闭环控制系统设计与仿真实验
•一、 MATLAB 基本知识与操作
基本界面 M文件 执行命令
MATLAB基本练习
MATLAB基本练习
num=[1 20 50]; den=[1 15 84 223 309 240 100]; t=(0:0.1:20); figure(1); impulse(num,den,t); figure(2); step(num,den,t); figure(3); u1=(t); hold on; plot(t,u1); lsim(num,den,u1,t); figure(4) u2=sin(t) hold on; plot(t,u2) lsim(num,den,u2,t)
基于matlab控制工程实验指导书
《机械控制工程基础》实验指导书实验一 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： T s 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。
机械控制工程matlab上机实验
实验一系统数学模型的（Matlab 应用）一、实验目的1．掌握系统数学模型的MATLAB 系统建模方法；2．学会系统串联、并联和反馈。
二、原理说明1、使用tf()函数建模传递函数可以表示成两个多项式的比值，在MATLAB 语言中，多项式可以用向量表示。
将多项式的系统按s 的降幂次序表示就可以得到一个数值向量，分别表示分子和分母多项式，再利用控制系统工具箱的tf()函数就可以用一个变量表示传递函数G(s):num=[b0,b1,…,bm];den=[a0,a1,…,an];G(s)=tf(num,den)考虑传递函数模型()23284112963s s G s s s s ++=+++，用下面的语句就可以将该数学模型输入到MATLAB 的工作空间。
程序编写如下：num=[841];%分子多项式den=[12963];%分母多项式G=tf(num,den)%获得系统的数学模型，并得出如下显示程序运行后的结果为G =8s^2+4s +1------------------------12s^3+9s^2+6s +3Continuous-time transfer function.2、零极点传递函数模型零极点增益模型是传递函数的另一种表达形式。
格式如下：()()()()()()()1212m n s z s z s z G s k s p s p s p ---=--- 在MATLAB 中，用如下语句表示G(s)=zpk(z,p,k)G(s)=zpk(z,p,k,'InputDelay',tao)%tao 为系统延迟时间其中：[][][]1212,,,,,,,,m n z z z z p p p p k k === 建立零极点传递函数()()()()()245()123s s G s s s s ++=+++，试编写程序。
程序编写如下：z=[-4,-5];p=[-1,-2,-3];k=2;G=zpk(z,p,k)程序运行后的结果为G =2(s+4)(s+5)-----------------(s+1)(s+2)(s+3)Continuous-time zero/pole/gain model.3、建立状态空间方程模型[]15310252,1036593x x u y x-⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦程序编写如下：A=[1-53;025;65-9];B=[1;2;3];C=[103];D=0;G=ss(A,B,C,D)程序运行后的结果为G =A =x1x2x3x11-53x2025x365-9B =u1x11x22x33C =x1x2x3y1103D =u1y10Continuous-time state-space model.4、系统的串联、并联和反馈实际系统中，整个自动控制系统是由多个单一的模型组合而成的。
自动控制原理MATLAB仿真实验指导书(4个实验)
自动控制原理MATLAB仿真实验实验指导书电子信息工程教研室实验一典型环节的MA TLAB仿真一、实验目的1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。
2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。
3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、SIMULINK的使用MATLAB中SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。
利用SIMULINK功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。
1．运行MA TLAB软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink命令，按Enter键或在工具栏单击按钮，即可进入如图1-1所示的SIMULINK仿真环境下。
2．选择File菜单下New下的Model命令，新建一个simulink仿真环境常规模板。
图1-1 SIMULINK仿真界面图1-2 系统方框图3．在simulink仿真环境下，创建所需要的系统。
以图1-2所示的系统为例，说明基本设计步骤如下：1）进入线性系统模块库，构建传递函数。
点击simulink下的“Continuous”，再将右边窗口中“Transfer Fen”的图标用左键拖至新建的“untitled”窗口。
2）改变模块参数。
在simulink仿真环境“untitled”窗口中双击该图标，即可改变传递函数。
其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数，数字之间用空格隔开；设置完成后，选择OK，即完成该模块的设置。
3）建立其它传递函数模块。
按照上述方法，在不同的simulink的模块库中，建立系统所需的传递函数模块。
例：比例环节用“Math”右边窗口“Gain”的图标。
4）选取阶跃信号输入函数。
用鼠标点击simulink下的“Source”，将右边窗口中“Step”图标用左键拖至新建的“untitled”窗口，形成一个阶跃函数输入模块。
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num=1;
den=[1 1.414 1];
G=tf(num,den);
get(G)%获取所有属性
set(G,'den',[1 2 1],'Variable','s')%设置属性
G
6.3结构框图的模型表示
1.串联结构
SISO的串联结构是两个模块串联在一起，如图6.1所示。
num=1;
den=[1 1.414 1];
G=tf(num,den)%得出传递函数
6.1.3零极点描述法
MATLAB中使用zpk命令可以来实现由零极点得到传递函数模型。
语法：
G=zpk(z,p,k)%由零点、极点和增益获得
说明：z为零点列向量；p为极点列向量；k为增益。
【例6.1续】得出二阶系统的零极点，并得出传递函数。
方法一：使用append命令
(1)将各模块的通路排序编号，如图6.6所示。
(2)使用append命令实现各模块未连接的系统矩阵
G1=tf(1,[1 0]);
G2=tf(1,[1 1 0]);
G3=tf(1,[1 1 0]);
G4=tf(-2,1);
G5=tf(-1,1);
G6=tf(1,[1 0]);
线性控制系统分析与设计
6.1.2传递函数描述法
MATLAB中使用tf命令来建立传递函数。
语法：
G=tf(num,den)%由传递函数分子分母得出
说明：num为分子向量，num=[b1,b2,…,bm,bm+1]；den为分母向量，den=[a1,a2,…,an-1,an]。
【例6.1续】将二阶系统描述为传递函数的形式。
语法：
get(G)%获取对象的所有属性值
get(G,’PropertyName’,…)%获取对象的某些属性值
说明：G为模型对象名；’PropertyName’为属性名。
(2) set命令用于修改对象属性名
语法：
set(G,’PropertyName’,PropertyValue,…) %修改对象的某些属性值
如果各模块都使用传递函数，也可以用blkbuild命令建立无连接的数学模型，则第二步修改如下：
将各通路的信息存放在变量中：通路数放在nblocks，各通路传递函数的分子和分母分别放在不同的变量中；用blkbuild命令求取系统的状态方程模型。
【例6.7】根据图6.5所示系统结构框图，求出系统总的传递函数。
G=feedback(G1,G2,Sign)
说明：Sign用来表示正反馈或负反馈，Sign=-1或省略则表示为负反馈。
【例6.6】根据系统的结构框图求出整个系统的传递函数，结构框图如图6.4所示，其中，，，。
G1=tf(1,[1 2 1])
G2=tf(1,[1 1]);
G3=tf(1,[2 1]);
2 1 7;%通路2的输入信号为通路1和通路7
3 2 0;%通路3的输入信号为通路2
4 3 0;
5 4 0;
6 2 0;
7 3 0;]
INPUTS=1;%系统总输入由通路1输入
OUTPUTS=4;%系统总输出由通路4输出
程序分析：Q矩阵建立了各通路之间的关系，共有7行；每行的第一列为通路号，从第二列开始为各通路输入信号的通路号；INPUTS变量存放系统输入信号的通路号；OUTPUTS变量存放系统输出信号的通路号。
G4=tf(1,[1 0]);
G12=G1+G2%并联结构
G34=G3-G4%并联结构
G=feedback(G12,G34,-1)%反馈结构
4.复杂的结构框图
求取复杂结构框图的数学模型的步骤：
(1)将各模块的通路排序编号；
(2)建立无连接的数学模型：使用append命令实现各模块未连接的系统矩阵。
G=append(G1,G2,G3,…)
[z,p,k]=ss2zp(a,b,c,d,iu)
状态空间转换为零极点描述
zp2ss
[a,b,c,d]=zp2ss(z,p,k)
零极点描述转换为状态空间
zp2tf
[num,den]=zp2tf(z,p,k)
零极点描述转换为传递函数
2. get命令和set命令
(1) get命令可以获取模型对象的所有属性
G7=tf(-1,[1 1]);
Sys=append(G1,G2,G3,G4,G5,G6,G7)
程序分析：将每个模块用append命令放在一个系统矩阵中，可以看到Sys模块存放了七个模块的传递函数，为了节省篇幅在此未列出完整的Sys模块。
(3)指定连接关系
Q=[1 6 5;%通路1的输入信号为通路6和通路5
(3)指定连接关系：写出各通路的输入输出关系矩阵Q，第一列是模块通路编号，从第二列开始的几列分别为进入该模块的所有通路编号；INPUTS变量存储输入信号所加入的通路编号；OUTPUTS变量存储输出信号所在通路编号。
(4)使用connect命令构造整个系统的模型。
Sys=connect(G,Q,INPUTS,OUTPUTS)
实现串联结构传递函数的命令：
G=G1*G2
G=series(G1,G2)
2.并联结构
SISO的并联结构是两个模块并联在一起，如图6.2所示。
实现并联结构传递函数的命令：
G=G1+G2
G=parallel(G1,G2)
3.反馈结构
反馈结构是前向通道和反馈通道模块构成正反馈和负反馈，如图6.3所示。
实现反馈结构传递函数的命令：
3.零极点增益描述法
离散系统的零极点增益用zpk命令实现。
语法：
G=zpk(z,p,k,Ts)%由零极点得出脉冲传递函数
【例6.2续】使用zpk命令产生零极点增益传递函数。
G3=zpk([0],[0.5 1],0.5,-1)
6.2线性系统模型之间的转换
6.2.1连续系统模型之间的转换
控制系统工具箱中有各种不同模型转换的函数，如下表6.1所示为线性系统模型转换的函数。
脉冲传递函数也可以用tf命令实现。
语法：
G=tf(num,den,Ts)%由分子分母得出脉冲传递函数
说明：Ts为采样周期，为标量，当采样周期未指明可以用-1表示，自变量用'z'表示。
【例6.2续】创建离散系统脉冲传递函数。
num1=[0.5 0]den,-1)
(4)使用connect命令构造整个系统的模型
G =connect(Sys,Q,INPUTS,OUTPUTS)
z=roots(num)
p=roots(den)
zpk(z,p,1)
程序分析：roots函数可以得出多项式的根，零极点形式是以实数形式表示的。
部分分式法是将传递函数表示成部分分式或留数形式：
【例6.1续】将传递函数转换成部分分式法，得出各系数。
[r,p,k]=residue(num,den)
2.脉冲传递函数描述法
表6.1线性系统模型转换函数表
函数
调用格式
功能
tf2ss
[a,b,c,d]=tf2ss(num,den)
传递函数转换为状态空间
tf2zp
[z,p,k]=tf2zp(num,den)
传递函数转换为零极点描述
ss2tf
[num,den]=ss2tf(a,b,c,d,iu)
状态空间转换为传递函数
ss2zp