资源描述：
《机械控制工程基础实验指导书(2013年)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、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2013.11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
2、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MATLAB的相关内容，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.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MAT
3、LAB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：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：传递函数的MATLAB表达：num=[]；den=[1，wn，wn^2]；G(s)=tf(num,den)（3）任意的高阶系统传递函数为：传递函数的MATLAB表达：num=[]；den=[]；G(s)=tf(num,den)若传递函数表示为：则传递函数的MATLAB表达：z=[]；p=[]；K=[K]；G(s)=zpk(
4、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）试验方案设计可参考教材相关内容，相应的M程序可参考（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。3.实验的具体内容（1）完成一阶（选用不同的时间常数）、二
5、阶系统（选择不同的阻尼比和无阻尼固有频率，而且阻尼比要有欠阻、临界阻尼和过阻尼三种情况）在典型输入信号（单位脉冲、单位阶跃、正弦信号）作用下所对应的时间响应实验；（2）完成二阶系统性能指标的求取（设计的二阶系统必须是欠阻尼的二阶系统）。（3）完成一稳定三阶系统的单位阶跃响应的实验；（选作）（4）完成一个稳定的三阶系统和一个不稳定的三阶系统的单位脉冲响应，比较两响应曲线的差别并说明原因。（选作）4.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
6、点。三、实验参考程序程序1:求取一阶系统单位脉冲和单位阶跃响应的响应曲线clearall;t=[0:0.001:0.2];%nG=[1];tao=0.0125;dG=[tao1];G1=tf(nG,dG);tao=0.025;dG=[tao1];G2=tf(nG,dG);tao=0.05;dG=[tao1];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)
7、;%subplot(121),plot(T,y1,'--',T,y2,'-.',T,y3,'-')legend('tao=00125','tao=0.025','tao=0.05')xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');gridon;subplot(122),plot(T,y1a,'--',T,y2a,'-.',T,y3a,'-')legend('tao=00125','tao=0.025','tao=0.05')gridon;xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');title('一阶系统单位脉冲和单
