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《机械控制工程基础实验指导书(11年).doc》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：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2008.9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覆盖了教材第3、4、5章的内容。本实验的主要目的是：通过实验使学生能够进一步理解和掌握系统时间响应的相关知识，同时也了解频率响应的特点及系统稳定性的充要条件。2.
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，记录实验结果并对结果进行分析处理：对一阶和二阶系统，要求用实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
3、械工程与自动化学院数字化试验室的计算机，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：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=[wn^2]；den=[1，2*s*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(
4、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(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
5、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和单位阶跃响应，比较两响应曲
6、线的差别并说明原因。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点。三、实验参考程序程序1:求取二阶系统单位脉冲和单位阶跃响应的响应曲线t=[0:0.01:0.8];wn=k,nG=[wn^2];s=0.2;dG=[12*s*wnwn^2];G1=tf(nG,dG);s=0.5;dG=[12*s*wnwn^2];G2=tf(nG,dG);s=0.8;dG=[12*s*wnwn^
7、2];G3=tf(nG,dG)%定义了三个不同阻尼比的二阶系统[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);%时间响应subplot(121),plot(T,y1,'--',T,y2,'-.',T,y3,'-')legend('tao=0','tao=0.0125','tao=0.025')xlabel('t(sec)
8、'),ylabel('x(t)');gridon;subplot(122),plot(T,y1a,'--',T,y2a,'-.',T,y3a,'-')legend('tao=0','tao=0.0125','tao=0.025')gridon;xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');%图形输出及图形规划程序2：求二阶系统正弦响应及响应曲线t=[0:0.01:1];u=sin(
