机械控制工程基础实验指导书

实验一 MATLAB的基本操作和使用

实验时间：2016年9月26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 x

5.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。 （4）三维图形的绘制 6.基本绘图控制

绘制[0，4π]区间上的x1=10sint 曲线，并要求： （1）线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号； （2）坐标轴控制：显示范围、刻度线、比例、网络线 （3）标注控制：坐标轴名称、标题、相应文本； 三、 预习要求

教材中第一章、第二章及第三章。其它参考书有：

（1）D.Hanselman 等著，张航等译，精通MATLAB 6，清华大学出版社，2002.6 （2）孙祥等编著，MATLAB7.0基础教程，清华大学出版社，2005.5

（3）张志涌编著，MATLAB 教程(基于6.x 版本)，北京航空航天大学出版社，2001.4

实验二 控制系统的时域分析

实验时间：2016年9月28日 指导老师：伍新 蒋嵘

一、实验目的

1、了解系统参数对阶跃响应特性的影响；

2、分析二阶系统无阻尼自然频率n ω、阻尼比ζ与过渡过程时间s t 、超调量P M 之间的关系，特别了解系统两个重要参数阻尼比ζ和时间常数T 对系统动态特性的影响。

二、实验内容

1、典型二阶系统的研究

（1） 根据图2-1所示的典型二阶系统的原理方框图，用MATLAB 进行时域分析，将所选参数及此参数下对应的阶跃响应曲线填于表2-1中。

图2-1 典型二阶系统方框图

（2） 观察系统阶跃响应)t (c 的曲线，并列表记录二阶系统主要性能指标，绘出其阶跃响应曲线。

（3） 对所观察到的响应曲线进行分析。

)s (t s

2、典型三阶环节的研究 图2-2是典型三阶系统

图2-2 典型三阶系统方框图

（1） 选取不同的参数值，观察1>ζ、1=ζ、10<ζ<情况下系统的阶跃响应曲线。

（2） 在表2-2中记录三阶系统的性能指标和阶跃响应曲线，并分析其稳定性。

三、思考题

1、在典型二阶系统中，改变增益对系统的动态性能有何影响？阻尼比对

系统的动态性能有何影响？分析三阶系统增益变化对系统稳定性的影响。

四、预习要求

教材的第三章。其它参考书有：

（1）刘文俊等编著，控制理论CAI教程，科学出版社，2002.9

（2）李国勇等编著，控制系统数字仿真与CAD，电子工业出版社，2003.9

（3）姚俊等编著，Simulink建模与仿真，西安电子科技大学出版社，2002.8

（4）王沫然等编著，Simulink建模及动态仿真，电子工业出版社，2002.1

（5）魏克新等编著，MATLAB语言与自动控制系统设计，机械工业出版社，2002.8 （6）李勇等编著，MATLAB控制系统设计与仿真，西安电子科技大学出版社，2002.6 （7）李宜达编著，控制系统设计与仿真，清华大学出版社，2004.8

实验三 系统频率特性的测量

实验时间：2016年11月14日 指导老师：伍新 蒋嵘

一、实验目的

掌握如何使用MATLAB 、Simulink 进行系统的频域分析。

二、实验内容

频域分析（可同时用Simulink 做） （1）典型二阶系统传递函数为：

22

2

()2n

n n

G s s s ωςωω=++ 当ζ=0.7, n ω取2、4、6、8、10、12的伯德图 （2）典型二阶系统传递函数为：

22

2

()2n

n n

G s s s ωςωω=++ 当n ω=6,ζ取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0的伯德图。

三、预习要求

教材的第四章、第五章。其它参考书有：

（1）刘文俊等编著，控制理论CAI 教程，科学出版社，2002.9

（2）李国勇等编著，控制系统数字仿真与CAD ，电子工业出版社，2003.9 （3）姚俊等编著，Simulink 建模与仿真，西安电子科技大学出版社，2002.8 （4）王沫然等编著，Simulink 建模及动态仿真，电子工业出版社，2002.1 （5）魏克新等编著，MATLAB 语言与自动控制系统设计，机械工业出版社，2002.8 （6）李勇等编著，MATLAB 控制系统设计与仿真，西安电子科技大学出版社，2002.6 （7）李宜达编著，控制系统设计与仿真，清华大学出版社，2004.8