运动控制实验指导书
李忠明叶平
北京邮电大学
机电工程实验教学中心
2014
实验系统介绍
GXY系列工作台集成有4轴运动控制器、电机及其驱动、电控箱、运动平台等部件。各部件全部设计成相对独立的模块，便于面向不同实验进行重组。
机械部分是一个采用滚珠丝杠传动的模块化十字工作台，用于实现目标轨迹和动作。为了纪录运动轨迹和动作效果，专门配备了笔架和绘图装置，笔架可抬起或下降，其升降运动由电磁铁通、断电实现，电磁铁的通断电信号由控制卡通过IO口给出。
执行装置根据驱动和控制精度的要求可以分别选用交流伺服电机，直流伺服电机和步进电机。直流伺服电机具有起动转矩大、体积小、重量轻、转矩和转速容易控制、效率高的优点。但维护困难，使用寿命短，速度受到限制。交流伺服电机具有高速，高加速度，无电刷维护，环境要求低等优点，但驱动电路复杂，价格高。一般伺服电机和驱动器组成一个速度闭环控制系统，用户则根据需要可通过运动控制器构造一个位置（半）闭环控制系统。步进电机不需要传感器，不需要反馈，用于实现开环控制；步进电机可以直接用数字信号进行控制，与计算机的接口比较容易；没有电刷，维护方便、寿命长；启动、停止、正转、反转容易控制。步进电机的缺点是能量转换效率低，易失步（输入脉冲而电机不转动）等。当采用交流伺服电机作为执行装置时，安装在电机轴上的增量码盘充当位置传感器，用于间接测量机械部分的移动距离，如果要直接测量机械部分移动位移，则必须额外安装光栅尺等直线位移测量装置。
控制装置由PC机、GT-400-SV（或GT-400-SG）运动控制卡和相应驱动器等组成。运动控制卡接受PC机发出的位置和轨迹指令，进行规划处理，转化成伺服驱动器可以接受的指令格式，发给伺服驱动器，由伺服驱动器进行处理和放大，输出给执行装置。控制装置和电机（执行装置）之间的连接示意如下图1-6所示：
图1-6 GT运动控制器典型应用
实验一运动控制器的调整－PID控制
1.1 实验目的
了解数字滤波器的基本控制作用，掌握调整数字滤波器的一般步骤和方法，调节运动控制器的滤波器参数，使电机运动达到要求的性能。
1.2 基础知识
目前大多数工业控制器内起核心控制作用的通常是一个滤波器，该滤波器包含了几个基本的控制作用：比例控制作用、微分控制作用和积分控制作用。控制器将这几个基本控制作用进行组合，就构成了各种类型的控制器，图5-1所示为PID控制器。
图5-1 PID控制器
运动控制器通常是一个数字控制器，因此其核心通常是一个数字滤波器。除了上面提到比例、积分和微分控制作用外，许多运动控制器还包含有速度前馈和加速度前馈等控制作用。
在具有积分控制作用的控制器中，控制器的输出量u(t)的值，是与作用误差信号e(t)成正比的速率变化的。积分控制器表示成拉普拉斯变换量的形式为：U(s)/E(s)=Ki/s。如果e(t)的值加倍，则u(t)的变化速度也加倍，当作用误差信号为零时，u(t)的值将保持不变。积分控制作用有时也称为复位控制。
微分控制作用是控制器输出中与作用误差信号变化率成正比的那一部分，有时又称为速率控制。微分控制作用具有预测的优点，但同时它又放大了噪声信号，并且还可能在执行器中造成饱和效应。微分控制作用不能单独使用。
通过将上述三种基本控制作用进行组合，可以得到不同类型的控制器，目前在工业界经常采用的有比例加积分(PI)控制器，比例加微分（PD）控制器和比例加积分加微分（PID）控制器等。
1.3 实验设备
交流伺服XY平台一套、 GT-400-SV卡一块、 PC机一台
1.4 实验步骤
本章所涉及的实验内容，只适用于使用
台。
在运动控制平台实验软件中完成实验，步骤如下：
1. 松开XY平台各电机轴与丝杠间的联轴器,使XY平台处于不加负载的工作状态;
2. 检查系统电气连线是否正确，确认后，给实验平台上电；
3. 双击桌面“MotorControlBench.exe” 按钮，进入运动控制平台实验软件，点击界面下方按钮，进入如图所示界面；
4. 选取实验电机，例如选取“1轴”即实验平台中的X轴为当前轴；
5. 电机控制模式栏将根据实际电机的配置情况自动设置，“脉冲量”表示控制信号为脉冲信号，“模拟电压”表示控制信号为模拟电压；
6. 设置位置环PID参数，PID参数在电机控制模式为“模拟电压”下有效，“脉冲量”下无效。为了防止电机震动，调节参数Kp时应在教师指导下逐步增大；
7. 选择速度规划模式为S曲线模式；GT-400-SV运动控制器具有两种速度规划曲线：T 形曲线和S形曲线，在T形曲线模式下设置加加速度无效。
8. 在S曲线模式参数输入页面中设置各运动参数；
参考设置如图所示：
9. 在教师指导下，设置PID参数值；参考设置如图所示：
10. 将采集数据类型设置为实际值；
11. 点击“开启轴”按钮，将PID参数载入运动控制器中，点击“运行”按钮，电机开始转动。同时程序读取板卡对编码器采样得到的数据，位于程序界面左侧的绘图区域中的三个坐标轴分别显示采集到的实际位置，速度，加速度；
图形绘制功能并非适用于所有板卡，
绘制功能时，界面中将会出现相关提示。
12. 单轴运动停止。用户设置运动停止后，程序停止读取采样数据，显示曲线不再更
新；
13. 运动完成后，可将采集数据或图形保存(双击图形)；
14. 逐步增大Kp参数值，重复执行第11步，直到电机发生震颤，观察平台的响应情况及绘图区域中的显示图形；
15. 电机发生震颤，即断伺服，将P参数稍微调小，再上伺服，直到电机不发生颤震；
16. 分析并理解Kp参数对电机运行的影响；
17.改变Ki和Kd的值，观察平台的响应情况；
18. 分析理解Ki和Kd参数对电机运行的影响；
运行示例：设置PID参数为Kp=5, Kd=0, Ki=0, 控制电机得到以下运行结果：
19. 设置PID参数为Kp=25, Kd=0, Ki=0, 控制电机得到以下运行结果：
调整
服。
1.5 实验总结
1、分析P、I、D各个环节对系统的控制作用；
2、附上得到的控制曲线，完成实验报告。
实验二单轴电机运动控制实验
2.1 实验目的
理解运动控制系统加、减速控制的基本原理及其常见实现方式（T曲线模式、S曲线模式），理解电子齿轮的相关概念和应用范围，掌握实现单轴运动各种运动模式的方法和设置参数的含义。
2.2 基础知识
2.2.1 加减速控制
加、减速控制是运动控制系统插补器的重要组成部分，是运动控制系统开发的关键技术之一。
常见的加、减速控制方式有直线加减速（T曲线加减速）、三角函数加减速、指数加减速、S 曲线加减速等。其中，在运动控制器中应用最广泛的为直线加减速和S曲线加减速算法。
1、直线加减速（T曲线加减速）算法
如图6-1所示，当前指令进给速度V
i+1大于前一指令进给速度V
i
时，处于加速阶段。瞬时速度计
算如下：
V
i+1=V
i
+aT
式中，a为加速度；T为插补周期。此时系统以新的瞬时速度V
i+1
进行插补计算，得到该周期
的进给量，对各坐标轴进行分配。这是一个迭代过程，该过程一直进行到V
i
为稳定速度为止。
图6-1 直线加减速
同理，处于减速阶段时：V
i+1=V
i
-aT。此时系统以新的瞬时速度进行插补计算，这个过程一
直进行到新的稳定速度为零为止。
这种算法的优点是算法简单，占用机时少，响应快，效率高。但其缺点也很明显，从图6-1中可以看出，在加减速阶段的起点A、C，终点B、D处加速度有突变，运动存在柔性冲击。另外，速度的过渡不够平滑，运动精度低。因此，这种加减速方法一般用于起停、进退刀等辅助运动中。
2、S曲线加减速算法
S曲线加减速的称谓是由系统在加减速阶段的速度曲线形状呈S形而得来的，采用降速与升速对称的曲线来实现升降速控制。正常情况下的S曲线加减速如图6-2所示，
图6-2 S曲线加减速
以下给出S曲线加减速的插补递推公式，在此处设插补周期为T，则在第i个插补周期结束时，
位移为：；加速度为：；速度为：上述递推公式中J是分区适应的，即：
插补时只需判断当前插补周期所在区间，即可按插补迭代公式计算出与速度规划适应的位移增量，从而实现其加减速。
S型加减速在任何一点的加速度都是连续变化的，从而避免了柔性冲击，速度的平滑性很好，运动精度高。但是算法较复杂，一般用于高速、高精度加工中。
2.2.2 电子齿轮
电子齿轮模式实际上是一个多轴联动模式，其运动效果与两个机械齿轮的啮合运动类似。电子齿轮可以实现多个运动轴按设定的齿轮比同步运动。另外，电子齿轮功能还可以实现一个运动轴以设定的齿轮比跟随一个函数，而这个函数由其他的几个运动轴的运动决定；一个轴也可以以设定的比例跟随其他两个轴的合成速度。
实验中采用的运动控制器允许一个主动轴带多个从动轴,或者从动轴作为主动轴再带动从动轴运动的情况。但是由于本实验的控制对象XY平台只有两个轴，所以，本实验中只进行两个轴的电子齿轮设置。
2.3 实验设备
XY平台一套、 GT-400-SV卡一块、 PC机一台
2.4 实验步骤
当采用步进平台进行下列实验时，应注意电机加速度和速度值不宜设置过大，否则有
可能由于步进电机启动频率过高，导致失步。
2.4.1 T曲线、S曲线运动模式实验
1. 检查实验平台电气是否正常；
2. 确认正常后，按下电控箱上“系统上电”按钮，使实验平台上电；
3. 双击桌面“MotorControlBench.exe”图标，打开运动控制平台实验软件，点击界面下方
按钮，进入单轴运动控制实验界面；
4. 在电机选择栏中，选择“1轴”为当前轴，电机控制模式栏将根据实际电机的配置情况自动设置，“脉冲量”表示控制信号为脉冲信号，“模拟电压”表示控制信号为模拟电压；
5. 在控制模式选项卡中点击“S曲线模式”，设置S曲线模式参数；参考设置如下图所示:
6. 将采集数据类型设置为规划值；
7. 点击按钮，使电机伺服上电；
8. 确认参数设置无误后，点击按钮，此时将观察到运动控制平台上电机开始运动；
9. 单轴运动停止后，观察界面左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移曲线，结合基础知识中的内容理解并分析S曲线运动模式的特点；
10. 运动完成后，将图形数据保存（具体操作方法见软件使用说明书）；
11.合理改变加加速度和加速度参数值，运行电机。观察并分析不同参数设置对S曲线运动模式的影响；
12. 保持其他设置不变，在控制模式选项卡中点击“T曲线模式”，进入T曲线运动模式，设置T曲线模式；T曲线运动模式的运动参数参考设置如下图所示。
13. 确认参数设置无误后，点击按钮，单轴开始以T曲线模式运动；
14. 单轴运动停止后，观察左侧显示区中电机运行速度、加速度及位移曲线；结合基础知识中的内容理解并分析T曲线运动模式的特点；
15.分别改变加速度和速度值，运行电机。观察并分析不同参数对T曲线模式运行的影响；
16. 运动完成后，将图形数据保存（具体操作方法见软件使用说明书）；
17. 比较并分析S曲线模式和T曲线模式下，速度和加速度曲线的异同，理解S曲线和T曲线加减速的应用范围。如下图所示，分别为S曲线模式下的运行实例
6.4.2单轴速度控制模式运行实验
1. 在控制模式选项卡中点击“速度模式”，设置速度模式参数；参考设置如图所示：
2.. 点击按钮，使电机伺服上电；
3. 确认参数设置无误后，点击按钮。电机开始转动，位于程序界面左边的绘图区域中的三个坐标轴分别显示采集到的实际速度，实际加速度以及当前位置数据；
4. 点击按钮，停止电机运动；
5. 单轴运动停止后，观测平台的响应过程；
6.分析理解速度运行模式的特点及应用场合。
6.4.3 电子齿轮模式运行实验
进行本实验时，应严格按照实验步骤进行，否则有可能导致电子齿轮设置无效。
1. 在打开的运动平台演示软件中，点击界面下方按钮，进入实验界面；
2. 在电机选择栏中，选择“1轴”为当前轴，此轴将自动设置为电子齿轮中的从动轴；
3. 在控制模式选项卡中点击“电子齿轮模式”，设置电子齿轮模式参数；
参考设置如图中所示：
其中，从动轴号无须设置，它将根据电机选择中设定的当前轴号，自动更新。参数设置完毕，点击“确定”，将设置的参数刷新；
4. 在电机选择栏中，选择电子齿轮中设置的主动轴“2轴”为当前轴；
5. 在控制模式选项卡中点击“T曲线模式”，设置主动轴“2轴”的T曲线模式运动参数；
参考设置如图所示：
6. 点击按钮，使电机伺服上电；
7. 确认参数设置无误后，点击按钮；
8. 观察并记录运动控制平台上各轴的运动；
9. 改变电子齿轮传动比；例如将电子齿轮传动比设置为2，步骤如下：
再次执行2~8步，将第4步中的电子齿轮传动比更改为2；
10. 观察并记录运动控制平台上各轴的运动情况；
11. 改变主动轴，将主动轴设置为“1轴”，步骤如下：
a) 在电子齿轮模式页面中点击下图中的“取消设定”按钮，将原有的电子
齿轮设置取消。
b) 再次执行2~9步，其中第2、4步中设置的主动轴为“1轴”，第3步中设
定的电子齿轮参数设置如下图所示：
12. 观察并记录运动控制平台上各轴的运动情况；
13. 将以上步骤中观察到的电机运动情况记录在表6-1中，比较不同设置时的运行情况，进一步理解电子齿轮的含义。
修改
表6-1 电子齿轮实验记录表
2.5 实验总结
1. 根据实验现象,分析T曲线和S曲线加减速模式的特点和应用场合；
2. 给出电子齿轮设置的一般步骤，填写表6-1；
3.详细记录实验步骤，完成实验报告。
实验三二维插补原理及实现实验
3.1 实验目的
掌握逐点比较法、数字积分法、数据采样法等常见直线插补、圆弧插补原理和实现方法；通过利用运动控制器的基本控制指令实现直线插补和圆弧插补，掌握基本数控插补算法的软件实现原理。
3.2 实验原理
数控系统加工的零件轮廓或运动轨迹一般由直线、圆弧组成，对于一些非圆曲线轮廓则用直线或圆弧去逼近。插补计算就是数控系统根据输入的基本数据，通过计算，将工件的轮廓或运动轨迹描述出来，边计算边根据计算结果向各坐标发出进给指令。
数控系统常用的插补计算方法有：逐点比较法，数字积分法，时间分割法，样条插补法等。各算法原理可参见设备附带实验指导书中对应内容。
3.3 实验设备
XY平台设备一套、 GT-400-SV卡一块、 PC机一台、 配套笔架、 绘图纸张若干
3.4 实验内容
或手动调整至合适位置，以避免运动中触发限位信号。
及位置手动调整的具体方法请参阅运动控制平台软件使用说明书。
大，否则有可能由于步进电机启动频率过高，导致失步。
1. 检查实验平台是否正常，打开电控箱面板上的电源开关，使系统上电；
2. 双击桌面“MotorControlBench.exe”图标，打开运动控制平台实验软件，点击界面下方按钮，进入如下图所示二维插补实验界面；
3. 输入合成速度和合成加速度；
参考设置合成速度＝1m/min，合成加速度＝15m/min2。
4. 在“插补方式”的下拉列表中选择“XY平面直线插补”，输入X终点和Y终点的值；参考示例如下
图所示,设置终点（X）＝30mm，终点(Y)＝40mm；
5. 点击使伺服上电；
6. 将平台X轴和Y轴回零；
回零方法如下：点击“X轴回零”按钮,X轴将开始回零动作,待X轴回零完成,点击“Y轴回零”按钮,使Y轴回零。
7. 在XY平台的工作台面上,固定实验用绘图纸张,点击“笔架落下”按钮, 使笔架上的绘图笔尖下
降至纸面；
8. 确认参数设置无误且XY平台各轴回零后，点击“运行”按钮；
9. 观察XY平台上对应电机的运动过程及界面中图形显示区域实时显示的插补运动轨迹。在“坐标
系设置”中选择X轴和Y轴的坐标系刻度单位，以使图形显示处于合适大小；
注：坐标系刻度单位应与设置的X、Y终点值保持相同的数量级，以便观察。
10. 点击“笔架抬起”按钮,将笔架上的绘图笔抬起,根据需要调整XY平台上的绘图纸位置或更换
绘图纸；
11. 在教师指导下,改变运动参数(合成速度,加速度,终点坐标),重复执行2~8步,观察不同运动
参数下XY平台的电机运动过程,笔架的绘图和界面中的显示图形及位置值,记录各实验数据和观察到的实验现象；
12. 在坐标映射栏中,改变坐标映射关系,将X轴映射为2轴,Y轴映射为1轴,点击“坐标映射生效”
按钮。重新执行2~9步,观察XY平台的运动情况；记录并比较不同设置时，笔架在绘图纸上绘制的图形,界面中的显示图形及位置值与映射关系改变前的异同；
13. 点击使伺服下电；
14. 实验结束。
3.4.2 圆弧插补（圆心/角度型）实验
1. 重复直线插补实验第1至2步；
2. 选择插补方式,设置圆弧插补参数；
在“插补方式”的下拉列表中选择“XY圆弧插补（圆心/角度）”，输入X圆心和Y圆心的值以及圆弧角度；注意，软件默认圆弧起点为原点；圆弧角度为负表示顺时针方向，为正表示逆时针。
进入圆弧插补（圆心/角度型）插补实验时的缺省参数值为提供的参考设置。
3. 点击使伺服上电；
4. 将平台X轴和Y轴回零；
5. 在XY平台的工作台面上,固定实验用绘图纸张,点击“笔架落下”按钮,使笔架上的绘图笔尖下降
至纸面；
6. 确认参数设置无误且XY平台各轴正确回零后，点击“运行”；
7. 观察XY平台上对应电机的运动过程和界面中图形显示区域中实时显示的圆弧插补运动轨迹。
8. 点击“笔架抬起”按钮,将笔架上的绘图笔抬起,根据需要调整XY平台上的绘图纸位置或更换绘
图纸；
9. 在教师指导下,改变运动参数(合成速度,加速度,终点坐标),重复执行2~9步,观察不同运动参
数下XY平台的电机运动过程,笔架的绘图和界面中的显示图形及位置值,记录各实验数据和观察到的实验现象；
10. 在坐标映射栏中,改变坐标映射关系,将X轴映射为2轴,Y轴映射为1轴,点击“坐标映射生效”按
钮。重新执行2~9步,观察XY平台的运动情况；记录并比较不同设置时，笔架在绘图纸上绘制的图形,界面中的显示图形及位置值与映射关系改变前的异同；
11. 点击使伺服下电；
12. 实验结束。
3.4.3 圆弧插补（终点/半径型）实验
注意：实验中，默认圆弧起点为原点，设置的圆弧终点值，起点（绘图原点）及半径
值应能正确构成圆弧（即半径值不能小于原点到终点之间距离的一半）。
1. 重复直线插补实验第1至2步；
在“插补方式”的下拉列表中选择“XY圆弧插补（终点/半径）”，输入X终点和Y终点以及半径值，选择运动方向；缺省状态下的参数值为参考设置值。
2. 点击使伺服上电；
3. 将平台X轴和Y轴回零；
4. 在XY平台的工作台面上,固定实验用绘图纸张,点击“笔架落下”按钮,使笔架上的
绘图笔下降至纸面；
5. 确认参数设置无误且XY平台各轴正确回零后，点击“运行”；
6. 观察XY平台上对应电机的运动过程；此时软件界面左侧图形显示区域将实时显示
圆弧插补运动轨迹。在“坐标系设置”中选择X轴和Y轴的坐标系刻度单位，以使图形显示处于合适大小。
7. 电机运动完成，点击“笔架抬起”按钮,将笔架上的绘图笔抬起,根据需要调整XY平
台上的绘图纸位置或更换绘图纸；
8. 在教师指导下,改变运动参数(合成速度,加速度,终点坐标),重复执行2~9步,观察
不同运动参数下XY平台的电机运动过程,笔架的绘图和界面中的显示图形及位置值,记录各实验数据和观察到的实验现象；
9. 在坐标映射栏中,改变坐标映射关系,将X轴映射为2轴,Y轴映射为1轴,点击“坐标
映射生效”按钮，重新执行2~9步,观察XY平台的运动情况；记录并比较不同设置时，笔架在绘图纸上绘制的图形,界面中的显示图形及位置值与映射关系改变前的异同；
10. 点击使伺服下电；
11. 关闭XY平台电源，实验结束。
3.4.4 逐点比较法直线插补实验
1. 实验前准备：根据逐点比较法原理，绘制出以下情况的逐点比较法直线插补轨迹
a) 起点为（0，0），终点为（40，50），步长为5mm；
b) 起点为（0，0），终点为（-40，-50），步长1mm；
2. 开始实验，重复执行6.4.1直线插补实验第1至2步；
3. 选择实验插补方式为“XY直线插补（逐点比较法）；
4. 根据步骤1-a)中的设置，输入逐点比较法直线插补参数；
5. 点击使伺服上电；
6. 将平台X轴和Y轴回零；
7. 在XY平台的工作台面上,固定实验用绘图纸张,点击“笔架落下”按钮,使笔架上的绘图笔下降
至纸面；
8. 确认参数设置无误且XY平台各轴正确回零后，点击“运行”；
9. 观察界面中绘制的实际插补轨迹（红色）和理想的直线（绿色）。根据实际插补轨迹检查步
骤1中绘制的插补轨迹是否正确；
10. 点击“笔架抬起”按钮,将笔架上的绘图笔抬起,更换绘图纸；
11. 将X轴和Y轴回零；
12. 依次修改步长为5，2，1。运行后，观察步长减少后对逐点比较法直线插补精度的影响；
13. 点击使伺服下电；
14. 关闭XY平台电源，实验结束。
3.4.5 逐点比较法圆弧插补实验
1. 实验前准备：根据逐点比较法原理，分别绘制出以下几种情况的圆弧插补轨迹：
a) 步长为5mm，圆心为（0，0），起点为（50，0），终点为（-40，-30）逆时针插补；
b) 步长为1mm，圆心为（0，0），起点为（-50，0），终点为（40，30）逆时针插补；
c) 步长为5mm，圆心为（0，0），起点为（50，0），终点为（-30，-40）顺时针插补；
d) 步长为1mm，圆心为（0，0），起点为（50，0），终点为（-30，-40）顺时针插补；
2. 开始实验，重复执行7.4.1直线插补实验第1至2步；
3. 选择实验插补方式为“XY圆弧插补（逐点比较法）；
4. 根据步骤1 a)中的设置，输入逐点比较法圆弧插补的参数；
5. 点击使伺服上电；
6. 将平台X轴和Y轴回零；
7. 在XY平台的工作台面上,固定实验用绘图纸张,点击“笔架落下”按钮,使笔架上的绘图笔
下降至纸面；
8. 确认参数设置无误且各轴正确回零后，点击“运行”；
9. 观察界面中绘制的实际插补轨迹（红色）和理想的直线（绿色）。根据实际插补轨迹检
查步骤1中绘制的插补轨迹是否正确；
10. 点击“笔架抬起”按钮,将笔架上的绘图笔抬起,更换绘图纸；
11. 按照步骤1中b) 、c)、 d)的设置，重复执行4-10步；
12. 将步骤1中a)和c)中设置的步长减小到1mm，执行4-10步，观察步长减少后对逐点比较法
圆弧插补精度的影响；
13. 点击使伺服下电；
14. 关闭XY平台电源，实验结束。
3.4.6 数字积分法直线插补实验
1. 实验前准备；
1) 复习教材中关于数字积分法插补原理相关内容；
2) 根据DDA直线插补原理和流程图，手工绘制出以下几种情况的DDA直线插补轨迹：
a) 寄存器位长为3，步长为5mm，起点为（0，0），终点为（40，30）；
b) 寄存器位长为6，步长为5mm，起点为（0，0），终点为（40，30）；
c) 寄存器位长为4，步长为1mm，起点为（0，0），终点为（10，5）；
d) 寄存器位长为6，步长为1mm，起点为（0，0），终点为（10，5）；
2. 开始实验，重复执行6.4.1直线插补实验第1至2步，进入实验软件界面；
3. 选择实验插补方式为“XY直线插补（数字积分法）；
4. 根据步骤1 -1）-a)中的设置，输入数字积分法圆弧插补参数；
5. 点击使伺服上电；
6. 将平台X轴和Y轴回零；
7. 在XY平台的工作台面上,固定实验用绘图纸张,点击“笔架落下”按钮,使笔架上的绘图笔
下降至纸面；
8. 确认参数设置无误且各轴正确回零后，点击“运行”；
9. 观察界面中绘制的实际插补轨迹（红色）和理想的直线（绿色）。根据实际插补轨迹检
查步骤1中绘制的插补轨迹是否正确；
10. 点击“笔架抬起”按钮,将笔架上的绘图笔抬起,更换绘图纸；
11. 按照步骤1-1）中b) 、c)、 d)的设置，重复执行4-10步；
12. 将步骤1-1)中a)和b)中设置的步长减小到1mm，寄存器位数设置为6，执行4-10步，观察
步长减少后对DDA法直线插补精度的影响；
13. 点击使伺服下电；
14. 退出实验软件，关闭XY平台电源，实验结束。
3.4.7 数字积分法圆弧插补实验
1. 实验前准备；
1) 复习教材中关于DDA圆弧插补原理相关内容；
2) 分别绘制出以下几种情况的圆弧插补轨迹：
a) 累加寄存器位长为3，插补步长为5mm，圆心为（0，0），起点为（0，50），终点
为（50，0）顺时针插补；
b) 累加寄存器位长为6，插补步长为5mm，圆心为（0，0），起点为（0，50），终点
为（50，0）顺时针插补；
c) 累加寄存器位长为4，插补步长为1mm，圆心为（0，0），起点为（0，50），终点
为（50，0）顺时针插补；
d) 累加寄存器位长为6，插补步长为1mm，圆心为（0，0），起点为（0，50），终点
为（50，0）逆时针插补；
2. 开始实验，重复执行7.4.1直线插补实验第1至2步；
3. 选择实验插补方式为“XY圆弧插补（数字积分法）；
4. 根据步骤1 a)中的设置，输入DDA圆弧插补的参数；
5. 点击使伺服上电；
6. 将平台X轴和Y轴回零；
7. 在XY平台的工作台面上,固定实验用绘图纸张,点击“笔架落下”按钮,使笔架上的绘图笔
下降至纸面；
8. 确认参数设置无误且各轴正确回零后，点击“运行”；
9. 观察界面中绘制的实际插补轨迹（红色）和理想的直线（绿色）。根据实际插补轨迹检
查步骤1中绘制的插补轨迹是否正确；
10. 点击“笔架抬起”按钮,将笔架上的绘图笔抬起,更换绘图纸；
11. 按照步骤1-1）中b) 、c)、 d)的设置，重复执行4-10步；
12. 将步骤1-1)中a)和b)中设置的步长减小到1mm，寄存器位数设置为6，执行4-10步，观察
步长减少后对DDA法直线插补精度的影响；
13. 点击使伺服下电；
14. 关闭XY平台电源，实验结束。
3.4.8 数据采样法直线插补实验
1. 开始实验，重复执行7.4.1直线插补实验第1至2步；
2. 选择实验插补方式为“XY直线插补（数据采样法）；
3. 设置插补参数，缺省状态下的参数值为参考设置；
4. 点击使伺服上电；
5. 将平台X轴和Y轴回零；
6. 在XY平台的工作台面上,固定实验用绘图纸张,点击“笔架落下”按钮,使笔架上的绘图笔下降
至纸面；
7. 确认参数设置无误且各轴正确回零后，点击“运行”；
8. 观察界面中绘制的实际插补轨迹（红色）和理想的直线（绿色）。；
9. 点击“笔架抬起”按钮,将笔架上的绘图笔抬起,更换绘图纸；
10. 分别改变插补参数中的插补周期和进给速度的设置，如将插补周期改为500，或将进给速度
改为1000，重复执行4-10步，观察不同的参数设置对数据采样法直线插补的影响；
11. 点击使伺服下电；
12.关闭XY平台电源，实验结束。
7.4.9 数据采样法圆弧插补实验
1. 开始实验，重复执行7.4.1直线插补实验第1至2步；
2. 选择实验插补方式为“XY圆弧插补（数据采样法）；
3. 设置插补参数，缺省状态下的参数值为参考设置；
4. 点击使伺服上电；
5. 将平台X轴和Y轴回零；
6. 在XY平台的工作台面上,固定实验用绘图纸张,点击“笔架落下”按钮,使笔架上的绘图笔
下降至纸面；
7. 确认参数设置无误且各轴正确回零后，点击“运行”；
8. 观察界面中绘制的实际插补轨迹（红色）和理想的直线（绿色）。；
9. 点击“笔架抬起”按钮,将笔架上的绘图笔抬起,更换绘图纸；
10. 分别改变插补参数中的插补周期和进给速度的设置，如将插补周期改为500ms，同时将
速度改为2000mm/min，重复执行4-10步，观察不同的参数设置对数据采样法圆弧插补的影响；
11. 点击使伺服下电；
12.关闭XY平台电源，实验结束。
3.5 实验总结与思考
1、根据实验结果，提交实验报告，实验报告中应包含以下内容：
各实验中XY平台绘制的插补轨迹图；
实验体会，包括实验中碰到的问题，解决办法和有关该实验的改进建议和收获。
2、简述常见的插补算法，根据实验现象，分析逐点比较法和数字积分法的精度和局限性；
3、列出直线插补和圆弧插补运动所需参数，结合实验记录，分析不同映射设置对插补轨迹的影响，并理解其在实际应用中的意义；
实验四数控代码编程实验
4.1 实验目的
了解数控代码的基本指令和开放式运动控制器数控代码库的使用方法，理解基于PC的数控编程的实现过程，掌握简单数控程序的编制方法。
4.2 基础知识
在数控系统上加工零件时，要把加工零件的全部工艺过程、工艺参数和位移数据，以信息的形式记录在控制介质上，用控制介质上的信息来控制机床，实现零件的全部加工过程。这就是数控编程。
编程坐标用来指定刀具的移动位置。运动轨迹的终点坐标是相对于起点计量的坐标，称为相对坐标（增量坐标）；所有坐标点的坐标值均从编程原点计量的坐标，称为绝对坐标。相对坐标和绝对坐标分别应用于数控编程的增量编程方式（G91）和绝对编程方式（G90）。
数控加工程序是由一个个程序段组成，而一个程序段则由若干个指令字组成。每个指令字是控制系统的一个具体指令，由指令字符（地址符）和数值组成。例如：
% 1000
N01 G91 G00 X50 Y60
N02 G01 X1000 Y5000 F150 S300 T12 M03
?
程序段中不同的指令字符及其后续数值确定了每个指令字的含义，以下对基本指令做一简要介绍。以下是基本G功能表：
表9-1 G代码以及功能
注意：
除00组外的指令为模态指令，即当该G功能被编程后，就一直有效，直至被同一组其它不相容的G 功能代替。
在G功能后面标有“*”号的指令，是指开机时，CNC所具有的工作状态。
00组的指令为一次性指令，它只在其指令的程序段中有效。
如果不相容的G功能被编在同一程序段中，则CNC认为后写入的那个G功能有效。
1）G00 快速定位
指令格式：G00 X(U)_ Y(V)_
G00指令用于快速点定位，两个轴同时进给，合成速度为最大位移速度。
指令中的X（U）和Y（V）值确定终点坐标，起点为当前点。
2）G01直线插补
指令格式：G01 X(U)_ Y(V)_ F_
G01为直线插补运动，即两个轴以当前点为起点，以F指令指定的速度同时进给，终点位置由X（U）和Y（V）确定。速度字F具有模态性，即由F指
令的进给速度直到变为新的值之前均有效，因此不必每个程序段均指定一次。
单位：mm/min。
3）G02/G03 圆弧插补
使两轴以当前点为起点，按照给定的参数走出一段圆弧。其指令格式可以有两种形式：
G02/G03 X(U)_ Y(V)_ I_ J_ F_
X（U）、Y（V）：确定终点坐标；
I，J：分别对应X,Y方向上圆弧起点到圆心的距离(有符号)
F：插补速度
G02/G03 X(U)_ Y(V)_ R_ F_
X（U）、Y（V）：确定终点坐标；
R：圆弧半径
F：插补速度
G02:顺时针圆弧G03:逆时针圆弧
圆弧方向的规定如下所示。
4.3 实验设备
XY平台一套、 GT-400-SV卡一块、 PC机一台
4.4实验步骤
面将
位置手动调整的具体方法请参阅运动控制平台软件说明书。G
实验1机器人机械系统 一、实验目的 1、了解机器人机械系统的组成； 2、了解机器人机械系统各部分的原理和作用； 3、掌握机器人单轴运动的方法； 二、实验设备 1、RBT-5T/S02S教学机器人一台 2、RBT-5T/S02S教学机器人控制系统软件一套 3、装有运动控制卡的计算机一台 三、实验原理 RBT-5T/S02S五自由度教学机器人机械系统主要由以下几大部分组成：原动部件、传动部件、执行部件。基本机械结构连接方式为原动部件——传动部件——执行部件。机器人的传动简图如图2——1所示。 图2-1机器人的传动简图 Ⅰ关节传动链主要由伺服电机、同步带、减速器构成，Ⅱ关节传动链有伺服电机、减速器构成，Ⅲ关节传动链主要由步进电机、同步带、减速器构成，Ⅳ关节传动链主要由步进电机、公布戴、减速器构成，Ⅴ关节传动链主要由步进电机、同步带、锥齿轮、减速器构成在机器人末端还有一个气动的夹持器。 本机器人中，远东部件包括步进电机河伺服电机两大类，关节Ⅰ、Ⅱ采用交流伺服电机驱动方式：关节Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ采用步进电机驱动方式。本机器人中采用了带传动、谐波减速传动、锥齿轮传动三种传动方式。执行部件采用了气动手爪机构，以完成抓取作业。 下面对在RBT-5T/S02S五自由度教学机器人中采用的各种传动部件的工作原理及特点作一简单介绍。1、同步齿形带传动 同步齿形带是以钢丝为强力层，外面覆聚氨酯或橡胶，带的工作面制成齿形（图2-2）。带轮轮面也制成相应的齿形，靠带齿与轮齿啮合实现传动。由于带与轮无相对滑动，能保持两轮的圆周速度同步，故称为同
步齿形带传动。 同步齿形带传动如下特点： 1.平均传动比准确； 2.带的初拉力较小，轴和轴承上所受的载荷较小； 3.由于带薄而轻，强力层强度高，故带速可达40m/s,传动比可达10，结构紧凑，传递功率可达200kW，因而应用日益广泛； 4.效率较高，约为0.98。 5.带及带轮价格较高，对制造安装要求高。 同步齿形带常用于要求传动比准确的中小功率传动中，其传动能力取决于带的强度。带的模数 m 及宽度b 越大，则能传递的圆周力也越大。 图2-2同步齿形带传动结构 2.谐波传动 谐波齿轮减速器是利用行星齿轮传动原理发展起来的一种新型减速器。谐波齿轮传动（简称谐波传动），它是依靠柔性零件产生弹性机械波来传递动力和运动的一种行星齿轮传动。 （一）传动原理 图2-3谐波传动原理 图2-3示出一种最简单的谐波传动工作原理图。 它主要由三个基本构件组成： （1）带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮）2，它相当于行星系中的中心轮； （2）带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮）1，它相当于行星齿轮； （3）波发生器H，它相当于行星架。 作为减速器使用，通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式。
控制工程基础实验指导书 自控原理实验室编印
（内部教材）
实验项目名称: （所属课 程: 院系: 专业班级: 姓名: 学号: 实验日期: 实验地点: 合作者: 指导教师: 本实验项目成绩: 教师签字: 日期: （以下为实验报告正文） 、实验目的 简述本实验要达到的目的。目的要明确，要注明属哪一类实验（验证型、设计型、综合型、创新型）。 二、实验仪器设备 列出本实验要用到的主要仪器、仪表、实验材料等。 三、实验内容 简述要本实验主要内容，包括实验的方案、依据的原理、采用的方法等。 四、实验步骤 简述实验操作的步骤以及操作中特别注意事项。 五、实验结果
给出实验过程中得到的原始实验数据或结果，并根据需要对原始实验数据或结果进行必要的分析、整理或计算，从而得出本实验最后的结论。 六、讨论 分析实验中出现误差、偏差、异常现象甚至实验失败的原因，实验中自己发现了什么问题，产生了哪些疑问或想法，有什么心得或建议等等。 七、参考文献 列举自己在本次准备实验、进行实验和撰写实验报告过程中用到的参考文献资 料。 格式如下 作者，书名（篇名），出版社（期刊名），出版日期（刊期），页码
实验一控制系统典型环节的模拟、实验目的 、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节的模拟方法; 、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性; 、了解典型环节中参数的变化对输出动态特性的影响。 二、实验仪器 、控制理论电子模拟实验箱一台; 、超低频慢扫描数字存储示波器一台; 、数字万用表一只;
、各种长度联接导线。 三、实验原理 运放反馈连接 基于图中点为电位虚地，略去流入运放的电流，则由图 由上式可以求得下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。 、比例环节 实验模拟电路见图所示 U i R i U o 接示波器 以运算放大器为核心元件，由其不同的输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图所示。图中和为复数阻抗，它们都是构成。 Z2 Z1 Ui ,— U o 接示波器 得:
《控制系统CAD及仿真》实验指导书 自动化学院 自动化系
实验一SIMULINK 基础与应用 一、 实验目的 1、熟悉并掌握Simulink 系统的界面、菜单、工具栏按钮的操作方法； 2、掌握查找Simulink 系统功能模块的分类及其用途，熟悉Simulink 系统功能模块的操作方法； 3、掌握Simulink 常用模块的内部参数设置与修改的操作方法； 4、掌握建立子系统和封装子系统的方法。 二、 实验内容： 1. 单位负反馈系统的开环传递函数为： 1000 ()(0.11)(0.0011) G s s s s = ++ 应用Simulink 仿真系统的阶跃响应曲线。 2．PID 控制器在工程应用中的数学模型为： 1 ()(1)()d p i d T s U s K E s T s T s N =+ + 其中采用了一阶环节来近似纯微分动作，为保证有良好的微分近似效果，一般选10N ≥。试建立PID 控制器的Simulink 模型并建立子系统。 三、 预习要求： 利用所学知识，编写实验程序，并写在预习报告上。
实验二 控制系统分析 一、 实验目的 1、掌握如何使用Matlab 进行系统的时域分析 2、掌握如何使用Matlab 进行系统的频域分析 3、掌握如何使用Matlab 进行系统的根轨迹分析 4、掌握如何使用Matlab 进行系统的稳定性分析 5、掌握如何使用Matlab 进行系统的能观测性、能控性分析 二、 实验内容： 1、时域分析 （1）根据下面传递函数模型：绘制其单位阶跃响应曲线并在图上读标注出峰值，求出系统 的性能指标。 8 106) 65(5)(2 32+++++=s s s s s s G （2）已知两个线性定常连续系统的传递函数分别为1G (s)和2G (s)，绘制它们的单位脉冲响 应曲线。 4 5104 2)(2 321+++++=s s s s s s G ， 27223)(22+++=s s s s G （3）已知线性定常系统的状态空间模型和初始条件，绘制其零输入响应曲线。 ?? ??????????--=????? ???? ???212107814.07814.05572.0x x x x []?? ????=214493 .69691.1x x y ??? ???=01)0(x 2、频域分析 设线性定常连续系统的传递函数分别为1G (s)、2G (s)和3G (s)，将它们的Bode 图绘制在一张图中。 151)(1+= s s G ，4 53.0)(22++=s s s G ，16.0)(3 +=s s G 3、根轨迹分析 根据下面负反馈系统的开环传递函数，绘制系统根轨迹，并分析系统稳定 的K 值范围。 ) 2)(1()()(++= s s s K s H s G
数控插补多轴运动控制系统解剖实验 实验学时：8 实验类型：独立授课实验 实验要求：必修 一、实验目的 1、通过本实验使学生掌握数控插补多轴控制装置的基本工作原理； 2、根据常用低压电器原理分析各运动控制电气元件的应用原理，分析数控插补运动实现的控制原理； 3、根据机电一体化产品的设计要求和设计流程进行运动控制系统的功能分析、机械结构分析、控制系统分析以及相关传感器选型等方面的设计内容。 本实验以数控插补多轴运动控制系统为具体对象，使学生掌握机电一体化产品设计和开发的技术流程和主要内容，通过运动控制系统的实现过程掌握常用电气元件识别和原理、数控插补原理、位置伺服控制系统等的设计和实现方式。 二、实验内容 1、通过数控插补多轴控制装置及其相关系统的测试和观察，分析数控插补的工作原理； 2、分析系统的功能、机械结构分析、运动关系以及相关传感器等，分析其相关的机械结构、电机及其驱动模块和传感反馈环节等； 3、根据常用低压电器原理，分析系统各运动控制电气元件的应用原理，分析数控插补运动过程实现的控制原理，并绘制相关的控制原理图和系统连接图。 三、实验设备 1、多轴运动控制系统一套（含电控箱） 2、PC机一台 3、GT-400-SG-PCI 卡一块（插在PC机内部）
四、实验原理 该数控插补多轴运动控制系统是依据开放式数控系统原理构建的，其以通用计算机（PC）的硬件和软件为基础，采用模块化、层次化的体系结构，能通过各种形式向外提供统一应用程序接口的系统。开放式数控系统可分为 3类：（1）CNC 在 PC中；（2）PC作为前端，CNC作为后端；（3）单 PC，双 CPU平台。 本实验采用第一类，把顾高公司的 GT-400-SG-PCI 多轴运动控制卡插入PC 机的插槽中，实现电机的运动控制，完成多轴运动控制系统的控制。其优点如下：（1）成本低，采用标准 PC机；（2）开放性好，用户可自定义软件；（3）界面比传统的 CNC 友好。 图1为该系统的硬件构成图，运动平台机械本体采用模块化拼装，主要由普通PC机、电控箱、运动控制卡、伺服（步进）电机及相关软件组成。其主体由两个直线运动单元（GX系列）组成。每个GX系列直线运动单元主要包括：工作台面、滚珠丝杆、导轨、轴承座、基座等部分，其结构见图2。伺服型电控箱内装有交流伺服驱动器，开关电源，断路器，接触器，运动控制器端子板，按钮开关等。步进型电控箱则装有步进电机驱动器，开关电源，运动控制器端子板，船形开关等。 图1 数控插补多轴控制系统硬件构成
主编任同 西南科技大学制造科学与工程学院 2016年11月
制造科学与工程学院 目录 实验一电动机正反转控制 (1) 实验二按行程自动往返循环控制实验 (3) 实验三可编程控制器基本指令的练习 (8) 实验四 PLC控制电动机的星/三角换接起动控制实验错误！未定义书签。
西南科技大学实验指导书 实验一电动机正反转控制 一、实验目的 1.熟悉异步电动机的正反转控制线路，掌握线路故障的分析及排除方法。 2.了解互锁的概念，学会连接继电器控制互锁电路。 二、实验仪器和设备 采用DZSZ-1电机及自动控制实验台及其相应组件： 1.实验设备 2.屏上挂件排列顺序 D61、D62 三、实验简介 1.实验要求及内容 (1)三相异步电动机要反转，只要产生一个与原来转向相反的磁场即可。实现 的方法是只须改变定子电源的相序，即任意调换电源的两个接头即可实现。 (2)按照线路图接线，接线完成后进行检查，再用万用表检查有否不通的地方， 确认无误后请示老师接通电源进行实验。 (3)书写实验报告，分析故障的排除方法。 2.实验线路图 如图1-1所示. 四、实验步骤 接触器联锁正反转控制线路： 1.按图1-1接线。图中SB1、SB2、SB3、KM1、KM2、FR1选用D61件，Q1、FU1、FU2、 FU3、FU4选用D62挂件，电机选用DJ24（△/220V）。经指导老师检查无误后，按 下“开”按钮通电操作。 2.合上电源开关Q1，接通220V三相交流电源。 3.按下SB1，观察并记录电动机M的转向、接触器自锁和联锁触点的吸断情况。 4.按下SB3，观察并记录M运转状态、接触器各触点的吸断情况。 5.再按下SB2，观察并记录M的转向、接触器自锁和联锁触点的吸断情况。 1
实验二二阶系统的瞬态响应分析 一、实验目的 1、熟悉二阶模拟系统的组成。 2、研究二阶系统分别工作在ξ=1，0<ξ<1，和ξ> 1三种状态下的单 位阶跃响应。 3、分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量σP、峰值时间tp和调 整时间ts。 4、研究系统在不同K值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。 5、学会使用Matlab软件来仿真二阶系统，并观察结果。 二、实验仪器 1、控制理论电子模拟实验箱一台； 2、超低频慢扫描数字存储示波器一台； 3、数字万用表一只； 4、各种长度联接导线。 三、实验原理 图2-1为二阶系统的原理方框图，图2-2为其模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和反号器组成，图中K=R2/R1，T1=R2C1，T2=R3C2。 图2-1 二阶系统原理框图
图2-1 二阶系统的模拟电路 由图2-2求得二阶系统的闭环传递函 12 22 122112 /() (1)()/O i K TT U S K U S TT S T S K S T S K TT ==++++ :而二阶系统标准传递函数为 (1)(2), 对比式和式得 n ωξ== 12 T 0.2 , T 0.5 , n S S ωξ====若令则。调节开环增益K 值，不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn 和ξ的值，可以得到过阻尼(ξ>1)、 临界阻尼（ξ=1）和欠阻尼（ξ<1）三种情况下的阶跃响应曲线。 （1）当K >0.625， 0 < ξ < 1，系统处在欠阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为： 图2-3 0 < ξ < 1时的阶跃响应曲线 （2）当K =0.625时，ξ=1，系统处在临界阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为： 如图2-4为二阶系统工作临界阻尼时的单位响应曲线。 (2) +2+=222n n n S S )S (G ωξω ω1 ()1sin( ) (3) 2-3n t o d d u t t tg ξωωωω--=+=式中图为二阶系统在欠阻尼状态下的单位阶跃响应曲线 e t n o n t t u ωω-+-=)1(1)(
电气与可编程控制器实验指导书 实验课是整个教学过程的—个重要环节.实验是培养学生独立工作能力,使用所学理解决实际问题、巩固基本理论并获得实践技能的重要手段。 一 LC控制系统实验的目的和任务实验目的 1.进行实验基本技能的训练。 2.巩固、加深并扩大所学的基本理论知识,培养解决实际问题的能。 3.培养实事求是、严肃认真,细致踏实的科学作风和良好的实验习惯。为将来从事生产和科学实验打下必要的基础。 4.直观察常用电器的结构。了解其规格和用途,学会正确选择电器的方法。 5.掌握继电器、接触器控制线路的基本环节。 6.初步掌握可编程序控制器的使用方法及程序编制与调试方法。 应以严肃认真的精神,实事求是的态度。踏实细致的作风对待实验课,并在实验课中注意培养自己的独立工作能力和创新精神 二实验方法 做一个实验大致可分为三个阶段,即实验前的准备;进行实验;实验后的数据处理、分及写出实验报告。 1.实验前的准备 实验前应认真阅读实验指导书。明确实验目的、要求、内容、步骤,并复习有关理论知识,在实验前要能记住有关线路和实验步骤。 进入实验室后,不要急于联接线路,应先检查实验所用的电器、仪表、设备是否良好,了解各种电器的结构、工作原理、型号规格,熟悉仪器设备的技术性能和使用
方法,并合理选用仪表及其量程。发现实验设备有故障时,应立即请指导教师检查处理,以保证实验顺利进行。 2. 联接实验电路 接线前合理安排电器、仪表的位置,通常以便于操作和观测读数为原则。各电器相互间距离应适当,以联线整齐美观并便于检查为准。主令控制电器应安装在便于操作的位置。联接导线的截面积应按回路电流大小合理选用,其长度要适当。每个联接点联接线不得多余两根。电器接点上垫片为“瓦片式”时,联接导线只需要去掉绝缘层,导体部分直接插入即可,当垫片为圆形时,导体部分需要顺时针方向打圆圈,然后将螺钉拧紧,下允许有松脱或接触不良的情况,以免通电后产生火花或断路现象。联接导线裸露部分不宜过长。以免相邻两相间造成短路,产生不必要的故障。 联接电路完成后,应全面检查,认为无误后,请指导老师检查后,方可通电实验。 在接线中,要掌握一般的控制规律,例如先串联后并联;先主电路后控制电路;先控制接点,后保护接点,最后接控制线圈等。 3.观察与记录 观察实验中各种现象或记录实验数据是整个实验过程中最主要的步骤,必须认真对待。 进行特性实验时,应注意仪表极性及量程。检测数据时,在特性曲线弯曲部分应多选几个点,而在线性部分时则可少取几个点。 进行控制电路实验时。应有目的地操作主令电器,观察电器的动作情况。进一理解电路工作原理。若出现不正常现象时,应立即断开电源,检查分析,排除故障后继续实验。 注意:运用万用表检查线路故障时,一般在断电情况下,采用电阻档检测故障点;在通电情况下,检测故障点时,应用电压档测量(注意电压性质和量程;此外,还要注意
自动控制原理实验指导书 池州学院 机械与电子工程系
目录 实验一、典型线性环节的模拟 (1) 实验二、二阶系统的阶跃响应 (5) 实验三、根轨迹实验 (7) 实验四、频率特性实验 (10) 实验五、控制系统设计与校正实验 ......................................... 错误！未定义书签。实验六、控制系统设计与校正计算机仿真实验...................... 错误！未定义书签。实验七、采样控制系统实验 ..................................................... 错误！未定义书签。实验八、典型非线性环节模拟 ................................................. 错误！未定义书签。实验九、非线性控制系统分析 ................................................. 错误！未定义书签。实验十、非线性系统的相平面法 ............................................. 错误！未定义书签。
实验一、典型线性环节的模拟 一、实验目的： 1、学习典型线性环节的模拟方法。 2、研究电阻、电容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。 二、实验设备： 1、XMN-2型实验箱； 2、LZ2系列函数记录仪； 3、万用表。 三、实验内容： 1、比例环节： r(t) 方块图模拟电路 图中： i f P R R K= 分别求取R i=1M，R f=510K，（K P=0.5）； R i=1M，R f=1M，（K P=1）； R i=510K，R f=1M，（K P=2）； 时的阶跃响应曲线。 2、积分环节： r(t) 方块图模拟电路图中：T i=R i C f 分别求取R i=1M，C f=1μ，（T i=1s）； R i=1M，C f=4.7μ，（T i=4.7s）；）；
《机械工程控制基础》实验指导书 工程与技术系 二O一一年四月
目录 实验一时间特性的计算机求解 (1) 实验二频率特性计算机求解 (3) 实验三系统稳定性分析 (5) 实验四系统稳态误差的计算 (7)
实验一 时间特性的计算机求解 一、 实验目的 1. 使用matlab 程序语言描述一阶二阶系统的时间响应。 2. 观察系统在单位阶跃信号、单位脉冲信号作用下的输出，并分析其动态性能。 二、 实验设备 计算机及matlab 仿真软件 三、 实验的内容 1. 使用matlab 程序语言描述一阶系统单位阶跃型号下的的时间响应 （1）程序语言： num=[01......,b b b m m -]; den=[01......,a a a n n -]; step(num,den) （2）求解实例： 求解一阶系统1 21 )(+=s s G 单位阶跃响应 num=[1]; den=[2 1]; step(num,den) 响应曲线如图所示：
2. 使用matlab 程序语言描述二阶系统单位阶跃型号下的的时间响应 （1）程序语言： num=[2 n ω]; den=[ 22 12)n n ξωω（]; step(num,den) （2）求解实例： 求解二阶系统4 6.14 )(2 ++=s s s G 单位阶跃响应 num=[4]; den=[1 1.6 4]; step(num,den) 响应曲线如图所示： 四、实验报告要求 使用matlab 程序语言下列一阶和二阶系统单位阶跃信号下的的时间响应，并确定影响系统快速性和稳定性的性能指标 （1）1 31 )(+= s s G （2）1000 5.341000 )(2 ++=s s s G
实验一 Matlab使用方法和程序设计 一、实验目的 1、掌握Matlab软件使用的基本方法； 2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句 3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制 4、熟悉Matlab程序设计的基本方法 二、实验内容 1、帮助命令 使用help命令，查找sqrt（开方）函数的使用方法； 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[] 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p(x) = x3 - 2x - 4的根 （2）已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ， 求矩阵A的特征多项式; 求特征多项式中未知数为20时的值； 4、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=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)，t∈[0，2π] 5、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； 6、基本程序设计 （1）编写命令文件：计算1+2+?+n<2000时的最大n值； （2）编写函数文件：分别用for和while循环结构编写程序，求2的0到n次幂的和。 三、预习要求 利用所学知识，编写实验内容中2到6的相应程序，并写在预习报告上。
过程控制系统实验指导书 王永昌 西安交通大学自动化系 2015.3
实验一先进智能仪表控制实验 一、实验目的 1．学习YS—170、YS—1700等仪表的使用； 2．掌握控制系统中PID参数的整定方法； 3．熟悉Smith补偿算法。 二、实验内容 1．熟悉YS-1700单回路调节器与编程器的操作方法与步骤，用图形编程器编写简单的PID仿真程序； 2．重点进行Smith补偿器法改善大滞后对象的控制仿真实验； 3．设置SV与仿真参数，对PID参数进行整定，观察仿真结果，记录数据。 4．了解单回路控制，串级控制及顺序控制的概念，组成方式。 三、实验原理 1、YS—1700介绍 YS1700 产于日本横河公司，是一款用于过程控制的指示调节器，除了具有YS170一样的功能外，还带有可编程运算功能和2回路控制模式，可用于构建小规模的控制系统。其外形图如下： YS1700 是一款带有模拟和顺序逻辑运算的智能调节器，可以使用简单的语言对过程控制进行编程（当然，也可不使用编程模式）。高清晰的LCD提供了4种模拟类型操作面板和方便的双回路显示，简单地按前面板键就可进行操作。能在一个屏幕上对串级或两个独立的回路进行操作。标准配置I/O状态显示、预置PID控制、趋势、MV后备手动输出等功能，并且可选择是否通信及直接接收热偶、热阻等现场信号。对YS1700编程可直接在PC机上完成。
SLPC内的控制模块有三种功能结构，可用来组成不同类型的控制回路：（1）基本控制模块BSC，内含1个调节单元CNT1，相当于模拟仪表中的l台PID调节器，可用来组成各种单回路调节系统。 （2）串级控制模块CSC，内含2个互相串联的调节单元CNTl、CNT2，可组成串级调节系统。 （3）选择控制模块SSC，内含2个并联的调节单元CNTl、CNT2和1个单刀三掷切换开关CNT3，可组成选择控制系统。 当YS1700处于不同类型的控制模式时，其内部模块连接关系可以表示如下：（1）、单回路控制模式
实验三利用MATLAB求取状态空间模型的相似变换及其标准型、控制系统的不同状态模型实现 实验目的： 1、通过实验掌握线性系统的对角线标准型、约当标准型、模态标准型以及伴随矩阵标准型的表示及相应变换阵的求解； 2、通过编程、上机调试，掌握系统可控性和可观测性的判别方法、系统的可控性和可观测性分解等； 3、加深理解由控制系统传递函数建立能控、能观、约当标准型等不同状态模型的方法。实验原理： 一、线性系统状态空间模型的相似变换及其标准型 （1）将状态空间模型G经变换矩阵T变换为状态空间模型G1； G1=ss2ss(G,T) （2）将状态空间模型G经变换矩阵T变换为其他形式的状态空间模型G1 [G1,T]=canon(G,type) 其中，当type为'companion'、'modal'、'jordan' 时，分别将状态空间模型G变换 为伴随矩阵标准型、模态标准型、约当标准型状态空间模型G1，并得到相应的变 换矩阵T； （3）计算矩阵A的特征值及与特征值对应的对角型变换矩阵D； [V,D]=eig(A) （4）计算矩阵A变换为约当标准型J，并得到变换矩阵V； [V,J]=jordan(A) 二、线性系统可控、可观判别方法与分解 （1）构造系统的可控性判别矩阵Tc； Tc=ctrb(A,B) （2）构造系统的可观测性判别矩阵To； To=obsv(A,C) （3）求取可控Gram矩阵和可观测Gram矩阵； W=gram(G,type) 其中type为'c'时，为求取可控Gram矩阵，type为'o'时，为求取可观测Gram 矩阵。 （4）能控性分解 [Ac,Bc,Cc,Tc,Kc]=ctrbf(A,B,C) 将系统分解为可控子系统和不可控子系统，Tc是变换阵，sum(Kc)是可控状 态的数目； （5）能观测性分解
计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书实验一、单容水箱液位PID整定实验 一、实验目的 1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。 3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。 二、实验设备 AE2000A型过程控制实验装置、JX-300X DCS控制系统、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、网线1根、24芯通讯电缆1根。 三、实验原理 图2-15为单回路水箱液位控制系统 单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用SUPCON JX-300X DCS控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。 一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图2-16中的曲线①、②、③所示。 图2-16 P、PI和PID调节的阶跃响应曲线
实验1 用MATLAB 分析状态空间模型 1、实验设备 PC 计算机1台，MATLAB 软件1套。 2、实验目的 ① 学习系统状态空间表达式的建立方法、了解系统状态空间表达式与传递函数相互转换的方法； ② 通过编程、上机调试，掌握系统状态空间表达式与传递函数相互转换方法。 3、实验原理说明 参考教材P56~59“2.7 用MA TLAB 分析状态空间模型” 4、实验步骤 ① 根据所给系统的传递函数或A 、B 、C 矩阵，依据系统的传递函数阵和状态空间表达式之间的关系式，采用MATLAB 编程。 ② 在MA TLAB 界面下调试程序，并检查是否运行正确。 题1.1 已知SISO 系统的传递函数为 243258()2639 s s g s s s s s ++=++++ （1）将其输入到MATLAB 工作空间； （2）获得系统的状态空间模型。 题1.2 已知SISO 系统的状态空间表达式为 112233010100134326x x x x u x x ????????????????=+????????????????----????????，[]123100x y x x ????=?????? （1）将其输入到MATLAB 工作空间； （2）求系统的传递函数。 实验2 利用MATLAB 求解系统的状态方程 1、实验设备 PC 计算机1台，MATLAB 软件1套。 2、实验目的 ① 学习系统齐次、非齐次状态方程求解的方法，计算矩阵指数，求状态响应； ② 通过编程、上机调试，掌握求解系统状态方程的方法，学会绘制状态响应曲线； ③ 掌握利用MATLAB 导出连续状态空间模型的离散化模型的方法。 3、实验原理说明 参考教材P99~101“3.8 利用MATLAB 求解系统的状态方程” 4、实验步骤 （1）根据所给系统的状态方程，依据系统状态方程的解的表达式，采用MA TLAB 编程。 （2）在MATLAB 界面下调试程序，并检查是否运行正确。 题2.1 已知SISO 系统的状态方程为
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 2010.12
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MA TLAB 的相关内容，要求学生用MA TLAB 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MA TLAB 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MA TLAB 表达 (1)一阶系统 传递函数为：1 )(+= Ts K s G 传递函数的MA TLAB 表达： num=[k]；den=[T,1]；G(s)=tf(num,den) (2)二阶系统 传递函数为：2 2 2 2)(n n n w s w s w s G ++= ξ 传递函数的MA TLAB 表达： num=[2n w ]；den=[1，ξ2wn ，wn^2]；G(s)=tf(num,den) （3）任意的高阶系统 传递函数为：n n n n m m m m a s a s a s a b s b s b s b s G ++++++++= ----11 101110)( 传递函数的MA TLAB 表达： num=[m m b b b b ,,,110- ]；den=[n n a a a a ,,,110- ]；G(s)=tf(num,den)
《控制工程基础》实验指导书常熟理工学院机械工程学院 2009.9
目录 1.MATLAB时域分析实验 (2) 2.MATLAB频域分析实验 (4) 3.Matlab校正环节仿真实验 (8) 4.附录：Matlab基础知识 (14)
实验1 MATLAB 时域分析实验 一、实验目的 1． 利用MATLAB 进行时域分析和仿真。 要求：(1)计算连续系统的时域响应（单位脉冲输入，单位阶跃输入，任意输入）。 2．掌握Matlab 系统分析函数impulse 、step 、lsim 、roots 、pzmap 的应用。 二、实验内容 1．已知某高阶系统的传递函数为 ()265432 220501584223309240100 s s G s s s s s s s ++=++++++，试求该系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应、单位速度响应和单位加速度响应。 MATLAB 计算程序 num=[2 20 50]; den=[1 15 84 223 309 240 100]; t= (0: 0.1: 20); figure (1); impulse (num,den,t); %Impulse Response figure (2); step(num,den,t);%Step Response figure (3); u1=(t); %Ramp.Input hold on; plot(t,u1); lsim(num,den,u1,t); %Ramp. Response gtext(‘t’); figure (4); u2=(t.*t/2);%Acce.Input u2=(0.5*(t.*t)) hold on; plot(t,u2); lsim(num,den,u2,t);%Acce. Response
单回路控制系统实验 单回路控制系统概述 实验三单容水箱液位定值控制实验 实验四双容水箱液位定值控制实验 实验五锅炉内胆静（动）态水温定值控制实验 实验三 实验项目名称：单容液位定值控制系统 实验项目性质：综合型实验 所属课程名称：过程控制系统 实验计划学时：2学时 一、实验目的 1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。 2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。 3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。 4．了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。 5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。 二、实验内容和（原理）要求 本实验系统结构图和方框图如图3-4所示。被控量为中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制中水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃
给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。 三、实验主要仪器设备和材料 1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个； 2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根； 3．SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。 四、实验方法、步骤及结果测试 本实验选择中水箱作为被控对象。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度，其余阀门均关闭。 具体实验内容与步骤按二种方案分别叙述。 （一）、智能仪表控制 1．按照图3-5连接实验系统。将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。 图3-4 中水箱单容液位定值控制系统
《自动控制原理》课程实验指导书 主编田玉冬 适用专业：车辆工程 上海电机学院 2013年06月
目录 前言 (2) 实验规则 (3) 实验一典型环节的时域响应实验 (4) 实验二典型系统瞬态响应和稳定性分析实验 (6) 实验三控制系统的频率特性分析实验 (9)
前言 《自动控制原理》是车辆工程专业的一门重要的专业基础课，也是国内各院校相应专业的主干课程。 当前，科学技术的发展趋势既高度综合又高度分化，这要求高等院校培养的大学生，既要有坚实的理论基础，又要有严格的工程技术训练，不断提高的实验研究能力、分析计算能力、总结归纳能力和解决各种实际问题的能力。21世纪要求培养“创造型、开发型、应用型”人才，这就对我们实验教学提出了新的考验。自动控制原理课程的理论性较强，因此在学习本课程时，开设必要的实验，对学生加深理解深入掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题、解决问题的能力，以及使抽象的概念和理论形象化、具体化，对增强学习的兴趣有极大的好处，做好本课程的实验，是学好本课程的重要教学辅助环节。 自动控制原理实验系统是为《自动控制原理》的教学实验专门研制的，是师生科研的有利工具。它具有直观、操作灵活等便于培养学生实验技能的优点，为充分发挥学生独立思考能力和主观能动性。实验指导书明确要求实验前做好有关理论计算或分析，而实验步骤通常是原则性的。实验中可能碰到的主要问题则列在思考题内以引起学生的注意。 《自动控制原理实验》是该课程的课内实验，总计6学时。本课程实验主要完成线性连续系统方面的实验共三个。实验主要以计算机为平台、以操作观察检测为主，在实验中应主要熟悉自动控制系统的时频分析，熟悉各部件的安装位置，掌握工作的原理及检测方法。在完成实验后，需写出详细的实验报告，包括实验方法、实验过程和结果、心得和体会等。
实验一MATLAB运算基础 一、实验目的 1. 熟悉MA TLAB的工作环境和各窗口功能； 2. 熟悉基本的MATLAB环境命令操作。 二、实验基本知识 1. 熟悉MA TLAB环境: MATLAB桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器文件和搜索路径浏览器。 2. 掌握MA TLAB常用命令 clc：清除命令窗口中内容 clear：清除工作空间中变量 help：对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明 3. MA TLAB变量与运算符 变量命名规则如下： （1）变量名可以由英语字母、数字和下划线组成； （2）变量名应以英文字母开头； （3）长度不大于31个； （4）区分大小写。 MATLAB中设置了一些特殊的变量与常量，列于下表。 表1 MATLAB的特殊变量与常量 MATLAB运算符，通过下面几个表来说明MA TLAB的各种常用运算符。 表2 MATLAB算术运算符
表3 MATLAB关系运算符 表4 MATLAB逻辑运算符 表5 MATLAB特殊运算 4. 多项式运算 poly: 产生特征多项式系数向量 例如poly([1 2]) 表示特征根为1和2的特征多项式的系数向量，结果为ans = 1 -3 2 roots: 求多项式的根 例如roots([1 3 0 4]) 求特征方程s^3+3s^2+4=0的根，结果为 ans = -3.3553 0.1777 + 1.0773i 0.1777 - 1.0773i p=poly2str(c,…x?)（以习惯方式显示多项式） 例如p=poly2str([1 3],'x') 以x为变量表示多项式，结果为p=x+3 conv,convs: 多项式乘运算 deconv: 多项式除运算 tf: 构造一个传递函数 三、实验内容 1. 学习使用help命令，例如在命令窗口输入help conv，然后根据帮助说明，学习使用指令conv（其它不会用的指令，依照此方法类推）
机械控制工程基础实验 指导书 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】
河南机电高等专科学校《机械控制工程基础》 实验指导书 专业：机械制造与自动化、起重运输机械设计与制造等 机械制造与自动化教研室编 2012年12月
目录
实验任务和要求 一、自动控制理论实验的任务 自动控制理论实验是自动控制理论课程的一部分，它的任务是： 1、通过实验进一步了解和掌握自动控制理论的基本概 念、控制系统的分析方法和设计方法； 2、重点学习如何利用MATLAB工具解决实际工程问题和 计算机实践问题； 3、提高应用计算机的能力及水平。 二、实验设备 1、计算机 2、MATLAB软件 三、对参加实验学生的要求 1、阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，明确每次实验的目的，了解内容和方法。 2、按实验指导书要求进行操作；在实验中注意观察，记录有关数据和图 像，并由指导教师复查后才能结束实验。 3、实验后关闭电脑，整理实验桌子，恢复到实验前的情况。 4、认真写实验报告，按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。字迹 要清楚，画曲线要用坐标纸，结论要明确。 5、爱护实验设备，遵守实验室纪律。 实验模块一 MATLAB基础实验 ——MATLAB环境下控制系统数学模型的建立 一、预备知识 的简介
MATLAB为矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，由美国MathWorks公司出品的商业数学软件。主要用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 来源：20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler 为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由 Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。 地位：和Mathematica、Maple并称为三大数学软件，在数学类科技应用软件中，在数值计算方面首屈一指。 功能：矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等。 应用范围：工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 图1-1 MATLAB图形处理示例 的工作环境 启动MATLAB，显示的窗口如下图所示。 MATLAB的工作环境包括菜单栏、工具栏以及命令运行窗口区、工作变量区、历史指令区、当前目录窗口和M文件窗口。 (1)菜单栏用于完成基本的文件输入、编辑、显示、MATLAB工作环境交互性设置等操作。 (2)命令运行窗口“Command Window”是用户与MATLAB交互的主窗口。窗口中的符号“》”表示MATLAB已准备好，正等待用户输入命令。用户可以在“》”提示符后面输入命令，实现计算或绘图功能。 说明：用户只要单击窗口分离键，即可独立打开命令窗口，而选中命令窗口中Desktop菜单的“Dock Command Window”子菜单又可让命令窗口返回桌面（MATLAB桌面的其他窗口也具有同样的操作功能）；在命令窗口中，可使用方向