机械控制工程基础实验指导书(07年).docx

《机械工程控制基础》实验指导书旨在帮助学生深入理解和应用系统时间响应分析和频率特性分析的知识。该实验适用于机械设计制造及其自动化专业的学生，共4个学时，地点在数字化实验室进行。 实验一的核心是系统时间响应分析，占2个学时，主要目标是通过实际操作让学生熟悉和掌握系统时间响应的概念，了解频率响应的特性，以及系统稳定性的基本条件。实验内容涉及一阶、二阶和三阶系统在不同输入信号（如单位脉冲、单位阶跃、单位斜坡和正弦信号）下的响应。对于一阶和二阶系统，学生需要分析系统特征参数如何影响时间响应；对于二阶系统，还需对比不同阻尼比下的响应，以理解系统性能的变化。此外，学生将使用MATLAB软件编程实现这些计算和分析。 在MATLAB中，一阶系统的传递函数表示为`G(s)=k/(Ts+1)`，二阶系统的传递函数表示为`G(s)=wn^2/(s^2+2wn*ζs+wn^2)`，而高阶系统的传递函数则更为复杂，需要通过多项式表示。MATLAB提供了`tf`函数来构建传递函数模型，如`G(s)=tf(num,den)`，其中`num`是分子多项式系数，`den`是分母多项式系数。 实验过程中，MATLAB的`impulse`函数用于计算单位脉冲响应，`step`函数用于计算单位阶跃响应，而`lsim`函数则用于计算任意输入信号的响应。学生需要根据指定的系统模型、输入信号和时间区间进行模拟。 实验分析部分，学生需要探讨时间常数对一阶系统响应速度的影响，以及二阶系统中阻尼比和无阻尼固有频率如何影响其性能指标（如超调、上升时间和调整时间等）。同时，他们还将研究系统稳定性与系统特征值的关系，以及频率响应特性，这有助于理解系统的动态行为。 此外，实验还包含选做部分，如三阶系统的单位阶跃响应和单位脉冲响应，以及稳定与不稳定系统响应的比较，以深化学生对系统稳定性和响应差异的理解。 这个实验旨在通过实践操作，使学生掌握机械工程控制基础的理论知识，并能运用MATLAB工具进行实际问题的分析，提高他们的工程实践能力。