哈工大_机电系统控制基础实验_指导书.pdf

前 言 《机电系统控制基础》既是一门理论性较强、又紧密联系工程实际的实践 性较强的课程，本课程的重点在于培养学生对机电系统进行建模、分析与控制的 能力。难点在于如何使机电类专业的学生结合工程实际，特别是结合机械工程实 际，从整体分析系统的动态行为，理解和掌握略显深奥、难懂的经典控制理论， 并应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决机械工程中的实 际问题。 通过实验教学环节使学生验证课堂教学的理论，使学生能够建立机电系统 控制的整体概念，加深对经典控制论中基本概念和基本方法的理解，并掌握其在 分析、研究和解决实际机械工程控制问题中的应用。通过三方面的实验：原理性 仿真实验，面向机电系统中典型物理对象/系统的特性测试与分析实验，和典型 机电系统的控制三方面实验。将所学的课程内容融会贯通，培养学生分析和解决 问题的能力。 1 1 机电系统控制基础原理性仿真实验 1.1 实验目的 通过仿真实验，掌握在典型激励作用下典型机电控制系统的时间响应特性， 分析系统开环增益、系统阻尼、系统刚度、负载、无阻尼自振频率等机电参数对 响应、超调量、峰值时间、调整时间、以及稳态跟踪误差的影响；掌握系统开环 传递函数的各参数辨识方法，最后，学会使用 matlab 软件对机电系统进行仿真， 加深理解系统动态响应特性与系统各参数的关系。 1.2 系统典型输入的响应实验 1.2.1 实验原理 1． 一阶系统的单位脉冲响应 惯性环节（一阶系统）单位脉冲响应 simulink 实现图，如图 1-1 所示 (a)可观测到输出曲线 (b)输入、输出曲线均可观测到 图 1-1 惯性环节（一阶系统）单位脉冲响应 simulink 实现图 2 ． 一阶系统的单位阶跃响应 一阶系统的单位阶跃响应 simulink 实现图如图 1-2 所示。 2 图1-2 一阶系统的单位阶跃响应simulink 实现图 3 ． 二阶系统的单位脉冲响应 二阶系统的单位脉冲响应simulink 实现图，如图1-3 所示。 图1-3 二阶系统的单位脉冲响应simulink 实现图 4 ． 二阶系统的单位阶跃响应 二阶系统的单位阶跃响应实验simulink 实现图如图1-4 所示。 图1-4 二阶系统的单位阶跃响应实验simulink 实现图如图1-4 所示 1.2.2 实验内容 1. 点击 图标，进入matlab 操作界面。 2. 在command window 中输入simulink，可以进入simulink 仿真环境。 3. 弹出Simulink Library Browser 界面。在这个界面中，我们可以选择仿真 实验中所需要的模块。首先新建一个编辑窗口，具体操作是在左上角依 次点击“File ”- “New ”- “Model ”。 4. 根据原理图1-1，在Simulink Library Browser 窗口中选择仿真实验所需 环节并拖到 Model 窗口中。具体操作如下： 5. （1）单击 Simulink Library Browser 窗口中的 Simulink 模块库中的 3 “Sources （信号源）”打开 “Sources ”模块子库，单击 “Pulse Generator ” 模块（阶跃信号）并按住鼠标左键将此模块拖动到 untitled 窗口； 6. （2 ）单击 Simulink Library Browser 窗口中的 Simulink 模块库中的 “Continuous”打开“Continuous ”模块子库，单击“Transfer Fcn ”模块 （传