《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。
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；• 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；• 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。
《控制工程基础》实验指导书(8学时)
《控制工程基础》实验指导书机械与车辆学院2013实验一matlab软件使用一、实验目的1.掌握MATLAB软件使用的基本方法；2.熟悉MATLAB的数据表示、基本运算和程序控制语句；3.熟悉MATLAB程序设计的基本方法。
4.学习用MATLAB创建控制系统模型。
二、实验原理1.MATLAB的基本知识MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）之意。
MATLAB具有卓越的数值计算能力，具有专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,与工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多。
当MATLAB 程序启动时，一个叫做MATLAB 桌面的窗口出现了。
默认的MATLAB 桌面结构如下图所示。
在MATLAB 集成开发环境下，它集成了管理文件、变量和用程序的许多编程工具。
在MATLAB 桌面上可以得到和访问的窗口主要有：命令窗口（The Command Window）:在命令窗口中，用户可以在命令行提示符(>>)后输入一系列的命令，回车之后执行这些命令，执行的命令也是在这个窗口中实现的。
命令历史窗口（The Command History Window）:用于记录用户在命令窗口(The Command Windows)，其顺序是按逆序排列的。
即最早的命令在排在最下面，最后的命令排在最上面。
这些命令会一直存在下去，直到它被人为删除。
双击这些命令可使它再次执行。
要在历史命令窗口删除一个或多个命令，可以先选择，然后单击右键，这时就有一个弹出菜单出现，选择Delete Section。
任务就完成了。
工作台窗口（Workspace）:工作空间是MATLAB用于存储各种变量和结果的内存空间。
在该窗口中显示工作空间中所有变量的名称、大小、字节数和变量类型说明，可对变量进行观察、编辑、保存和删除。
浙师大机械控制工程基础实验报告资料
机械控制工程基础实验报告学院工学院职业技术教育学院班级机械设计制造及其自动化姓名XXX学号xxxxxxxx实验项目名称： Matlab语言基础实验《机械控制工程基础》实验报告之一一、实验目的和要求1、掌握Matlab软件使用的基本方法2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制4、掌握Matlab软件求拉普拉斯变换与逆变换基本方法二、实验内容1) MATLAB工作环境平台Command图1 在英文Windows 平台上的MATLAB6.5 MATLAB工作平台①命令窗口（Command Window）命令窗口是对 MATLAB 进行操作的主要载体，默认的情况下，启动MATLAB 时就会打开命令窗口，显示形式如图 1 所示。
一般来说，MATLAB的所有函数和命令都可以在命令窗口中执行。
掌握 MALAB 命令行操作是走入 MATLAB 世界的第一步。
命令行操作实现了对程序设计而言简单而又重要的人机交互，通过对命令行操作，避免了编程序的麻烦，体现了MATLAB所特有的灵活性。
在运行MATLAB后，当命令窗口为活动窗口时，将出现一个光标，光标的左侧还出现提示符“>>”，表示MATLAB正在等待执行命令。
注意：每个命令行键入完后，都必须按回车键！当需要处理相当繁琐的计算时，可能在一行之内无法写完表达式，可以换行表示，此时需要使用续行符“…”否则 MATLAB 将只计算一行的值，而不理会该行是否已输入完毕。
使用续行符之后 MATLAB 会自动将前一行保留而不加以计算，并与下一行衔接，等待完整输入后再计算整个输入的结果。
在 MATLAB 命令行操作中，有一些键盘按键可以提供特殊而方便的编辑操作。
比如：“↑”可用于调出前一个命令行，“↓”可调出后一个命令行，避免了重新输入的麻烦。
当然下面即将讲到的历史窗口也具有此功能。
②历史窗口（Command History）历史命令窗口是 MATLAB6 新增添的一个用户界面窗口，默认设置下历史命令窗口会保留自安装时起所有命令的历史记录，并标明使用时间，以方便使用者的查询。
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。
机械工程实验——matlab实验报告
机械工程实验——matlab实验报告1. 引言机械工程是一个涵盖广泛的领域，其实验课程可以帮助学生理解和应用机械原理、设计和制造等方面的知识。
本实验报告将介绍一个基于Matlab软件的机械工程实验，在实验中我们将使用Matlab进行数据分析和建模。
通过这个实验，我们可以深入理解机械工程中的一些重要概念，并学习如何使用Matlab软件进行相关分析。
2. 实验目标本实验旨在通过使用Matlab软件来深入了解机械工程中的一些基本概念，包括数据分析、建模和仿真。
具体目标如下：•学习如何使用Matlab进行数据分析，包括数据的导入、处理和可视化。
•掌握Matlab中常用的数据建模和仿真方法。
•理解机械工程中的一些基本原理，并应用到实验中。
•分析实验结果并提出相应的结论。
3. 实验方法本实验主要分为四个步骤，分别是数据导入与处理、数据可视化、数据建模与仿真以及结果分析。
具体的实验方法如下：3.1 数据导入与处理首先，我们需要收集实验数据，并将数据导入到Matlab软件中。
可以使用Matlab的csvread函数将CSV格式的数据文件导入到Matlab。
然后，我们需要对数据进行预处理，例如去除异常数据和补充缺失数据等。
3.2 数据可视化在数据导入和处理完毕后，我们可以使用Matlab的数据可视化工具对数据进行可视化分析。
例如，可以使用Matlab的plot函数绘制数据的折线图，或者使用scatter函数绘制数据的散点图。
通过可视化分析，我们可以更清晰地了解数据的分布规律。
3.3 数据建模与仿真在数据可视化之后，我们可以使用Matlab的数据建模工具对数据进行建模和仿真。
例如，可以使用Matlab的回归分析工具对数据进行回归分析，并得到拟合的曲线。
此外，还可以使用Matlab的仿真工具对数据进行仿真实验，以验证建立的模型的准确性和有效性。
3.4 结果分析最后，我们需要对实验结果进行分析，并提出相应的结论。
可以比较实验结果与理论预期结果的差异，并对差异进行分析。
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课实验报告
试验一数学模型的Matlab 描述一、实验目的①掌握Malab 中数学模型的三种表现形式 ②掌握三种模型之间的转换方法③掌握复杂传递函数的求取方法④了解复杂系统表现形式及建模方法二、实验要求①在Matlab 中实现三种数学模型的描述②实现三种数学模型之间的转换③写出试验报告三、实验内容Matlab 中数学模型主要有三种形式：传递函数分子/分母多项式、传递函数零极点增益模型和状态空间模型。
它们各有特点，有时需要在各种模型之间进行转换。
（1）已知系统传递函数652272)(234+++++=s s s s s s G问题1:在Matlab 中表示出该模型。
问题2：将其转换成零极点增益型。
（2）已知系统的传递函数2)1)(2()(++=s s s s G问题1:在Matlab 中表示出该模型。
问题2：将其转换成状态空间型。
3、已知连续系统∑（A ，B ，C ，D ）的系数矩阵是：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=400140002A ，⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=101B ， []011=C ，]0[=D问题1:在Matlab 中表示出该模型。
问题2：将其转换成分子分母多项式型。
4、用Matlab 表示传递函数为)2)(356)(13()1(5)(2322++++++++=s s s s s s s s s G的系统试验二利用Matlab分析时间响应一、实验目的①掌握impulse函数、step函数和lsim函数的用法②掌握利用三种函数求解系统的时间响应③掌握Matlab中系统时域性能指标的求解方法④了解simulink中系统动态模型的建立方法二、实验要求①用impulse、step和lsim函数对线形连续系统的时间响应进行仿真计算。
②在对系统进行单位阶跃响应的基础上，求取系统时域性能指标。
③写出试验报告。
三、实验内容（1）impulse函数、step函数和lsim函数的说明Impulse函数step函数lsim 函数（2）求系统二阶系统44.24)()()(2++==s s s R s C s φ的单位脉冲响应、单位阶跃响应、正弦（)2sin(t u π=）响应。
机械工程控制基础实验报告
机械工程控制实验报告姓名：学号：班级序号：指导老师：王院生目录机械工程控制实验报告 (1)实验一利用MATLAB分析时间响应 (3)实验二用MATLAB求系统的瞬态性能指标 (5)实验三利用MATLAB分析频率特性 (7)实验四利用MATLAB分析系统的稳定性 (10)实验五利用SIMULINK进行系统仿真 (12)实验六利用MATLAB设计系统校正（课后习题6.7） (14)第一次实验第三章:利用MATLAB 分析事件响应一、用MATLAB 求系统时间响应系统的传递函数为 50)501(05.050)(G 2+++=s s s τ,利用MATLAB 可以求出系统在时间常数tao=0、tao=0.0125、tao=0.025时,应用impulse 函数，可以得到系统单位脉冲响应；应用step 函数，可以得到系统单位阶跃响应。
MATLAB 程序以及系统单位脉冲曲线、系统单位阶跃响应曲线分别如下所示： 程序：t=[0:0.01:0.8];nG=[50];tao=0;dG=[0.05 1+50*tao 50];G1=tf(nG ,dG); tao=0.0125;dG=[0.05 1+50*tao 50];G2=tf(nG ,dG); tao=0.025;dG=[0.05 1+50*tao 50];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','tao=0.0125','tao=0.025') xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');grid on;subplot(122),plot(T,y1a,'--',T,y2a,'-.',T,y3a,'-') legend('tao=0','tao=0.0125','tao=0.025') grid on;xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');系统单位脉冲曲线、系统单位阶跃响应曲线：对于正弦输入作用下，应用lsim函数可求得tao=0.025时系统的时间响应及误差曲线，MATLAB程序以及系统的时间响应及误差曲线如下所示：程序：t=[0:0.01:1];u=sin(2*pi*t);tao=0.025;nG=[50];dG=[0.05 1+50*tao 50];G=tf(nG,dG);y=lsim(G,u,t);plot(t,u,'--',t,y,'-',t,u'-y,'-.','linewidth',1)legend('u(t)','xo(t)','e(t)')grid;xlabel('t(sec)'),ylabe('x(t)');系统的时间响应及误差曲线：二、用MATLAB 求系统的瞬态性能指标系统传递函数为 50)501(05.050)(G 2+++=s s s τ，利用MATLAB 分别计算在tao=0、tao=0.0125和tao=0.025时系统的性能指标。
推荐-机械工程控制基础MATLAB分析与设计仿真实验报告 精品
《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（20XX ）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。
控制工程(MATLAB)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)(nn nw 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 nmm 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：)())(()())(()(1010nm p 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。
机械工程控制的虚拟仿真实验教学实践
机械工程控制的虚拟仿真实验教学实践张智焕;张惠娣【摘要】The virtual simulation experimental teaching is an important content of the construction of the informatization of higher education and experimental teaching demonstration center .This article fully analyzes the existing problems and the insufficiency in the traditional experiment teaching of the universities ,proposes to reform the content of experimental teaching ,and sets up the virtual simulation experimental platform of mechanical engineering control to meet the needs of the MOOC teaching .The construction of virtual simulation experimental teaching should fully embody the principle on the experimental teachingof the combination of“virtuality and reality” in the course of Mechanical Engineering Control . The teaching ability should be improved ,the field of practice should be enlarged ,the teaching content should be enriched ,the cost and risk should be reduced , and the green experimental teaching should be developed by the virtual simulation experiment .%虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容。
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《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。
5）第七章 线性离散系统的分析与校正• 利用MA TLAB 完成教材第七章习题7-19的最小拍系统设计及验证；• 利用MA TLAB 完成教材第七章习题7-24的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”进行验证，计算D(z)=4000时系统的动态性能指标，并说明其原因。
二、仿真实验时间安排及相关事宜1．依据课程教学大纲要求，仿真实验共6学时，教师应在第3学周下发仿真任务书，并按课程进度安排上机时间；学生须在实验之前做好相应的准备，以确保在有限的机时内完成仿真实验要求的内容；2．实验完成后按规定完成相关的仿真实验报告；3．仿真实验报告请参照有关样本制作并打印装订。
3-5.设单位反馈系统的开环传递函数为：)6.0 (14.0 )(++=s s ssG试求系统在单位阶跃输入下的动态性能。
对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。
MATLAB程序：clear,clfs1=tf([0.4 1],[1 1 1]);s2=tf(1,[1 1 1]);figure(1);step(s1);step(s2,'b--'); 分析：加入闭环零点和不加加入闭环零点相比，加入闭环零点后起上升时间明显加快，到达峰值的时间和不加闭环零点相比明显加快，加入闭环零点峰值时间：Tp=3.12，超调量：ａ%=18%没加入闭环零点Tp=3.7，超调量：ａ%=7%。
3-9.设控制系统如图所示。
要求：对系统的动态性能及稳态性能通过的仿真进行分析，说明不同控制器的作用。
（1）取1τ=0，2τ=0.1，计算测速反馈校正系统的超调量、调节时间和速度误差；（2）取1τ=0.1，2τ=0，计算比例-微分校正系统的超调量、调节时间和速度误差。
MATLAB程序：sys1=tf([10],[1 2 10]);t=0:0.01:10;figure(1)step(sys1,t);测速反馈校正系统t1=0,t2=0.1MATLAB程序：sys1=tf([1 10],[1 2 10]);t=0:0.01:10;figure(1)step(sys2,t);比例—微分校正系统t1=0.1,t2=0MATLAB程序：sys1=tf([10],[1 2 10]);sys2=tf([1 10],[1 2 10]);t=0:0.01:10;figure(1)step(sys1,t);figure(2)step(sys2,t);figure(3)step(sys1,sys2,t);3-30火星自主漫游车的导向控制系统结构图如图所示。
该系统在漫游车的前后部都装有一个导向轮，其反馈通道传递函数为H（s）=1+Ks 要求：（1）确定使系统稳定的K的取值范围（2）当s3=-5为该系统的一个闭环特征根时，并计算另外两个闭环特征根；（3）应用上一步求出K值，确定系统的单位阶跃应>> K=[0,0.1,0.2,1,2,5,10,40,80,100];>> for i=1:9k=K(i);num=[k 10];den=[1 10 k 10];sys=tf(num,den);t=0:0.01:20;figure(i)step(sys,t);grid on; end由图可知，系统临界稳定的K值为K=0.1，当K〉0.1后系统稳定，则能使系统稳定的K值范围为K〉=0.2经计算，K=2.7,则系统闭环传递函数为Φ（s）=10/s^3+10s^2+2.7s+10>> num=[10];>> den=[1 10 27 10];>> sys=tf(num,den);>> t=0:0.01:20;>> step(sys,t);>> step(sys,t);grid图（13）分析：由图（5）可知，系统调节时间ts=9.38s，系统无超调量σ。
系统无比例-微分环节时的根轨迹为:>> G=zpk([],[0 0 -10],1);>> rlocus(G);>> rlocus(G);grid>>系统并入比例-微分时的根轨迹为>> G=zpk([-0.37],[0 0 -10],1);>>rlocus(G)我们发现，对于此三阶系统，在反馈回路在反馈通道并入了一个比例微分时，可以使原先不稳定的系统趋于稳定且使系统无超调量。
因为串入比例-微分环节时,相当于增加了一个开环零点,迫使系统根轨迹向s左半平面弯曲，使系统趋向稳定。
3-3 A closed-loop control system is shown in Fig3.2,1）Detemine the transfer function C(s)/R(s).2）Detemine the poles and zeros of the transfer function.3）Use a unit step input, s( ,and obtain the partial fraction)sR/1expansion for C(s) and the steady-state value.4）Polt c(t) and discuss the effect of the real and complex poles of the transfer function.MATLAB程序：num=[10]; den=[1 10 27 10]; t=0:0.05:25;figurestep(num,den,num=[6205]; den=[1 13 1281 6205]; t=0:0.05:25;figurestep(num,den,t);t);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。
MATLAB 程序：G=tf([500000],[1 1000]); G1=tf([1],[1 20 0]); G2=series(G,G1); G3=tf([0.029,1],[1]); sys=feedback(G2,1); sys1=feedback(G2,G3,-1); figurestep(sys,sys1);grid; 程序运行结果如下Time (sec)A m p l i t u d e0.20.40.60.811.21.4系统的超调量和调节时间降低，所以在系统中增加微分反馈可以增加系统的稳态性能。
4-5设单位反馈控制系统的开环传递函数如下，要求:概略绘出)23)(23)(5.3)(1()(*j s j s s s s K s G -+++++=的闭环根根轨迹图。
MATLAB 程序： clear clcG=zpk([0],[0 -1 -3.5 -3-2i -3+2i],1); figure rlocus(G);4-10 设反馈控制系统中*2()(2)(5)K G s s s s =++ ，()1H s =要求：（1） 概略绘出系统根轨迹图，并判断闭环系统稳定性； （2） 如果改变反馈通路传递函数，使()12H s s =+，试判断改变后的系统稳定性，研究由于H(s)的改变所产生的效应。
MATLAB 程序： %当H(s)=1 num=1;den=conv([1 2 0],[1 5]); G=tf(num,den); figure(1); subplot(211); pzmap(G); subplot(212); rlocus(G); %当H(s)=1+2s num1=[2 1];G1=tf(num1,den); figure(2); subplot(211);pzmap(G1); subplot(212); rlocus(G1);当H(s)=1时程序运行结果如下-5-4.5-4-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.50P ole-Zero MapReal Axis I m a g i n a r y A x i s-10-50510Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i s当H(s)=1+2s 时，程序运行结果如下-5-4.5-4-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.50P ole-Zero MapReal Axis I m a g i n a r y A x i s-5-4.5-4-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.50Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i s结果分析：当H(s)=1时系统无零点，系统临界稳定的增益为69.8，此时系统的根轨迹与虚轴的交点为 3.16i ；H(s)=1+2s 时，系统加入一个一阶微分环节，此时无论增益如何变化，系统总处于稳定状态，也就是说给系统加入一个一阶微分环节能大幅度提高系统的稳定性。