自动控制原理简明教程课程设计
自动控制原理简明教程课程设计
一、前言
自动控制原理是自动化学科中的核心课程，是培养自动控制专业学生的重要课
程之一。本文档介绍了自动控制原理课程设计的内容和考核要求，旨在帮助学生更好地掌握自动控制原理的相关知识和技能。
二、课程设计背景
自动控制原理是一门理论性较强的课程，需要学生掌握较多的数学和物理知识，对学习难度较大。为了增强学生的学习兴趣，培养学生的实际动手能力，本次课程设计增加了实验环节，使得学生在学习理论知识的同时，能够更好地将所学知识应用到实际问题中，提高学生的应用能力。
三、课程设计内容
自动控制原理课程设计包括以下内容：
1. 理论部分
理论部分主要包括以下内容：
•自动控制系统的基本概念
•自动控制系统的数学模型
•控制系统的性能指标
•控制系统的稳定性分析
•控制器的设计与实现
•系统鲁棒性分析
2. 实验部分
实验部分主要包括以下内容：
实验一：传递函数建模及可控性分析
在这个实验中，我们将学习传递函数的建模方法，并探究传递函数的可控性分
析方法。
实验二：比例控制器的设计与实现
在这个实验中，我们将学习比例控制器的基本原理，并实现比例控制器的设计
和实现。
实验三：积分控制器的设计与实现
在这个实验中，我们将学习积分控制器的基本原理，并实现积分控制器的设计
和实现。
实验四：比例积分控制器的设计与实现
在这个实验中，我们将学习比例积分控制器的基本原理，并实现比例积分控制
器的设计和实现。
实验五：控制器参数整定
在这个实验中，我们将学习控制器参数整定的基本原理，并实现控制器参数的
整定。
3. 报告撰写
在课程设计中，学生需要完成一个完整的实验报告，包括实验原理、实验过程、实验结果、数据处理及分析等内容。
四、考核要求
本次课程设计的考核主要包括以下内容：
1. 实验成绩
根据实验成绩，评估学生对于自动控制原理的理解程度和实际动手能力。
2. 报告成绩
根据报告的质量和内容，评估学生的思维能力和综合素质。
3. 总评成绩
综合考虑实验成绩和报告成绩，给出总评成绩。
五、结论
以上是自动控制原理简明教程课程设计的相关内容和考核要求。希望本文档能够对于学生学习自动控制原理，增强实践动手能力有所帮助。
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计1000字 随着科学技术的不断发展，自动控制技术在现代工业生产中已经广泛应用。在这其中，自动控制原理是自动控制技术中最基础、最重要的理论课程之一。本文通过对自动控制原理课程设计的阐释，介绍一下该课程的内容、目的和方法。 一、自动控制原理的内容 自动控制原理的内容涉及科学基础理论、数学工具和计算机方法，它主要包括以下几个方面： 1. 控制系统的基础概念：控制系统的基本概念、控制系统的分类、控制系统的组成和控制系统的传动机构等。 2. 控制系统的数学模型：从物理规律和经验中推导出数学模型，建立控制系统的数学模型。 3. 控制系统的性能评价：针对控制系统的稳态性、动态性、准确性等性能指标进行评价。 4. 控制系统的设计方法：根据控制要求，通过合适的控制方法设计出控制方案。 5. 控制系统的稳态分析：控制系统的稳态特性分析，包括稳态误差计算、校正系数设计等方面。 二、自动控制原理课程设计的目的 自动控制原理课程设计的主要目的是为了让学生在学习自动控制原理的基础理论的同时，完成具体的控制系统设计和仿真实验。这可以帮助学生更好地掌握自动控制原理的方法和技巧。 1. 提高学生的实践能力：通过自动控制原理课程设计，学生可以更好地了解自动控制原理的实际应用及其特点，提高了学生的实践动手能力。 2. 增强学生自主学习能力：课程设计需要运用数学知识、自动控制原理、计算机技术进行综合应用，这提高了学生对多种知识的综合应用能力。
3. 培养学生的团队协作能力：课程设计过程中，需要学生们共同完成，这有助于团队协作能力的提升。 三、自动控制原理课程设计的方法 自动控制原理课程设计方法主要包括以下几个方面： 1. 确定课程内容和设计要求：课程设计前，应该明确整个课程设计 的要求和任务，确定设计方案与设计目标。 2. 建立数学模型和仿真平台：根据课程要求，选择合适的模型，进 行控制系统的建模。确定仿真平台，配置必要的软硬件环境。 3. 设计算法：针对控制系统的稳态性、动态性、准确性等性能指标，结合数学模型，设计合适的控制算法。 4. 编程实现：将控制算法编程实现，完成利用编程语言编写控制软 件的工作。 5. 进行仿真实验：运用计算机对控制系统进行仿真实验，比较实验 结果达到控制要求能否实现。 综上所述，自动控制原理课程设计是理论与实践相结合的一种综合 性学习方法。通过课程设计，学生可以将所学的自动控制原理知识 和方法应用到实际控制系统中，提高了学生的综合能力、实践技能 和创新能力。
自动控制原理课程设计
指导教师评定成绩： 审定成绩：重庆邮电大学移通学院自动控制原理课程设计报告 系部： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间： 2013 年 12月
《自动控制原理》课程设计（简明）任务书 ——引言：《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，更不同于课堂教学。它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。 一、设计题目：Ｉ型二阶系统的典型分析与综合设计 二、系统说明： 该Ｉ型系统物理模拟结构如下图所示。 其中：R1＝1MΩ；C1=1uF；R2＝1MΩ； C2=0.2uF； R f为线性滑动电位器，可调范围为：10-4R1～10-1R1 。 设计过程中可忽略各种干扰，比如：运算放大器的零点漂移，环节间的负载效应，外界强力电力设备产生的电磁干扰等。 三、系统参量： 系统输入信号：x(t)； 系统输出信号：y(t)。 四、设计指标： 用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足以下动态及静态性能指标： （1）在单位斜坡信号x(t)=t作用下，系统的稳态误差K v≥100；
（2）开环截止频率30 w； > c γ； （3）相位裕度? >20 c 五、基本要求： 建立系统数学模型——传递函数； ◆利用频率特性法分析系统：+ (1)根据要求的稳态品质指标，求系统的开环增益值； (2)根据求得的值，画出校正前系统的Bode图，并计算出幅值 穿越频率、相位裕量,以检验性能指标是否满足要求。若不满足要求， 则进行系统校正。 ◆利用频域特性法综合系统： 画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（超前、滞后和滞后-超前校正）； (1)确定校正装置传递函数的参数； (2)画出校正后的系统的Bode图，并校验系统性能指标。若不 满足，则重新确定校正装置的参数。 ◆完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验： 实现校正前、后系统，并得到校正前后系统的阶跃响应。六、课程设计报告： ◆报告内容（包括课程设计的主要内容、基本原理以及课程设计过程中参数 的计算过程和分析过程）； (1)课程设计计算说明书一份； (2)原系统组成结构原理图一张（自绘）； (3)系统分析，综合用精确Bode图各一张； (3)系统综合前后的模拟图各一张（附实验结果图）。 ◆总结（包括课程设计过程中的学习体会与收获、对本次课程设计的认识等 内容）； ◆提供参考资料及文献； ◆排版格式完整、报告语句通顺、封面装帧成册。
自动控制原理 课程设计
自动控制原理课程设计 院系： 班级： 姓名： 学号：
目录 1 题目任务及要求 (1) 1.1 题目任务 (1) 1.2 设计步骤规范化要求 (1) 2 课程设计 (2) 2.1未校正系统的分析 (2) 2.1.1 绘制未校正系统的开环和闭环零极点图 (2) 2.1.2 绘制根轨迹 (4) 2.1.3 单位阶跃下的系统响应 (5) 2.1.4 绘制开环传递函数Bode图 (6) 2.2 校正结构图 (8) 2.3 校正装置传递函数 (8) 2.4 绘制校正后系统Bode图 (9) 2.5 校正装置 (11) 3 课程设计总结 (13)
1 题目任务及要求 1.1 题目任务 已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数) 11.0()(+= s s K s G ，设计校 正系统，要求在单位斜坡信号t t r =)(作用下，系统的稳态误差005.0≤ss e ；相位裕量?≥45γ；幅值穿越频率?>50c ω 1.2 设计步骤规范化要求 一、未校正系统的分析： 1）利用MATLAB 绘画未校正系统的开环和闭环零极点图 2）绘画根轨迹，分析未校正系统随着根轨迹增益变化的性能（稳定性、快速性）。 3）编写M 文件作出单位阶跃输入下的系统响应，分析系统单位阶跃响应的性能指标。 4）绘出系统开环传函的bode 图，利用频域分析方法分析系统的频域性能指标（相角裕度和幅值裕度，开环振幅）。 二、画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（超前、滞后和滞后-超 前校正）。 三、确定校正装置传递函数的参数； 四、画出校正后的系统的Bode 图，并校验系统性能指标(要求利用MATLAB 软 件编程进行辅助设计)。 五、提出校正的实现方式及其参数。（要求实验实现校正前、后系统并得到的校 正前后系统的阶跃响应） 六、总结（包括课程设计过程中的学习体会与收获、对本次课程设计的认识等内 容）。 七、附录（1、所有的M 文件；2、如果是手写报告，需附报告中各类图的打印 版。）
自动控制原理课程设计
目录 绪论 (1) 一概述 (2) 1.1课程设计的任务与目的 (2) 1.1.1设计任务 (2) 1.1.2设计目的 (2) 1.2课程设计题目与要求 (2) 1.2.1设计题目 (2) 1.2.2设计要求 (2) 二校正函数设计 (4) 2.1校正步骤 (4) 2.2 校正过程 (4) 三传递函数特征根的计算 (10) 3.1 系统未校正前 (10) 3.2 校正后传递函数的特征根 (10) 四控制系统的时域分析 (11) 4.1 校正前系统的动态性能分析 (11) 4.2 校正后系统的动态性能分析 (13) 五控制系统的根轨迹分析 (17) 5.1 校正前系统的根轨迹图 (17)
5.2 校正后系统的根轨迹图 (18) 5.3 绘制奈奎斯特曲线图 (19) 5.3.1 未校正前的奈奎斯特曲线图 (19) 5.3.2 校正后系统的奈奎斯特曲线图 (20) 六绘制系统的伯德（Bode）图 (21) 6.1 绘制校正前系统的伯德图 (21) 6.2 绘制校正后系统的伯德图 (22) 七设计心得与体会 (24) 八参考文献 (25)
绪论 校正装置在自动控制系统中有广泛的应用，它不但可应用于电的控制系统，而且可以通过转换装置将非电量信号转换成电量信号应用于非电的控制系统。通常是对象、执行机构、测量元件等主要部件已经确定的情况下，设置校正装置的传递函数、调整系统的放大系数。使系统的动态性能能够得到满足要求的性能指标。这就是系统的校正。 常用的性能指标可以是时域的指标，如上升时间、调节时间、峰值时间、超调量、稳态误差等；也可以是频域的指标，如截止频率、相稳定裕度、模稳定裕度等。 由于校正装置加入系统的方式和所起的作用不同，常用的校正装置又分为串联校正、反馈校正、前置校正、干扰补偿等四种类型。在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。串联校正主要是由相位超前校正、滞后校正、滞后-超前校正组成的。串联校正的理论设计方法有频率域方法和根轨迹法。
自动控制原理简明教程课程设计
自动控制原理简明教程课程设计 一、前言 自动控制原理是自动化学科中的核心课程，是培养自动控制专业学生的重要课 程之一。本文档介绍了自动控制原理课程设计的内容和考核要求，旨在帮助学生更好地掌握自动控制原理的相关知识和技能。 二、课程设计背景 自动控制原理是一门理论性较强的课程，需要学生掌握较多的数学和物理知识，对学习难度较大。为了增强学生的学习兴趣，培养学生的实际动手能力，本次课程设计增加了实验环节，使得学生在学习理论知识的同时，能够更好地将所学知识应用到实际问题中，提高学生的应用能力。 三、课程设计内容 自动控制原理课程设计包括以下内容： 1. 理论部分 理论部分主要包括以下内容： •自动控制系统的基本概念 •自动控制系统的数学模型 •控制系统的性能指标 •控制系统的稳定性分析 •控制器的设计与实现 •系统鲁棒性分析
2. 实验部分 实验部分主要包括以下内容： 实验一：传递函数建模及可控性分析 在这个实验中，我们将学习传递函数的建模方法，并探究传递函数的可控性分 析方法。 实验二：比例控制器的设计与实现 在这个实验中，我们将学习比例控制器的基本原理，并实现比例控制器的设计 和实现。 实验三：积分控制器的设计与实现 在这个实验中，我们将学习积分控制器的基本原理，并实现积分控制器的设计 和实现。 实验四：比例积分控制器的设计与实现 在这个实验中，我们将学习比例积分控制器的基本原理，并实现比例积分控制 器的设计和实现。 实验五：控制器参数整定 在这个实验中，我们将学习控制器参数整定的基本原理，并实现控制器参数的 整定。 3. 报告撰写 在课程设计中，学生需要完成一个完整的实验报告，包括实验原理、实验过程、实验结果、数据处理及分析等内容。
自动控制原理实验教程课程设计
自动控制原理实验教程课程设计 一、课程设计背景 自动控制原理是现代工程技术中不可或缺的一门课程，是研究控制 系统及其组成部分、控制系统设计原理的一门基础课。其理论知识主 要包括线性系统的建模与分析、控制器的设计与实现、系统稳定性分 析与控制等内容，而实验部分则是通过创设合适的实验场景，利用实 验手段进行对理论知识的验证，为学生提供生动、直观的体验。 因此，在本次自动控制原理实验教程课程设计中，我们将设计一系 列旨在辅助学生掌握专业知识的实验。 二、课程设计目标 本次课程设计的目标旨在： 1.加深学生对自动控制原理相应理论知识的理解； 2.学生能够熟练掌握面向实际问题的自动控制原理分析与实 现方法，并在解决工程实际问题中具有应用能力和创新能力； 3.培养学生面对新问题、开展独立科研的自觉性和创新能力。 三、课程设计内容 实验项目一：小车控制系统设计 在小车控制系统设计实验中，我们需要完成基于单片机的小车控制 系统设计，包括建模、分析和控制器的实现。
具体实验要求： 1.设计合适的控制器，实现小车的目标路径跟踪； 2.经过调试和实验验证，小车能够稳定地遵循预设路径行进。 实验项目二：温度控制系统设计 在温度控制系统设计实验中，我们需要设计一种基于控制理论的温 控系统，以实现精确的温度调节和自动控制。 具体实验要求： 1.建立温控系统的数学模型，并利用系统辨识的方法获取系 统动态特性； 2.根据获得的系统动态特性，设计合适的控制器，以实现对 温度的精确调节和自动控制。 实验项目三：DC电机控制系统设计 在DC电机控制系统设计实验中，我们需要设计一种基于单片机的 电机控制系统，以实现电机的速度与位置控制。 具体实验要求： 1.将电机控制系统抽象为系统模型，设计合适的控制器，并 完成控制算法的程序设计； 2.实现控制器在硬件上的实际运行，并进行实验验证，验证 控制器的实际效果。
自动控制原理课程设计
自动平衡秤控制系统设计 一、控制系统设计要求 自动平衡秤能自动完成称重操作，称重时，由下面一个电动反馈环节控制其自动平衡。平衡秤系统的有关参数如下： 枢轴惯量J=0.05kg.m.2 s ,电池电压bb E =24V ，黏性阻尼器的阻尼系数 f=10 3 kg.m.s/rad,反馈电位计增益 f K =400V/M ，导引螺杆增益s K =（1、 4000π）m/rad,输入电位计增益i K =4800V/M,砝码C W 质量依所需要的称重范围而定，本例C W =2kg 。 要求完成以下设计工作 1）建立系统的模型及信号流图 2）在根轨迹上确定根轨迹增益* K 的取值 3）确定系统的主导极点 并使设计后的系统达到以下性能指标要求： 1）阶跃输入下：P K =∞,0 )(=∞ss e 。 2）欠阻尼响应：5.0=ξ。 3）调节时间：%) 2(2=∆
首先建立平衡运动方程。设系统略偏其平衡状态， 扭转距方程为 dt d fl xW W l dt d J i C w θ θ2 22 --=，电机输入电压x K y K t v f i m -=)(， 电机的传递函数为 ) 1() ()(+= Θs T s K s V s m m M m 根据以上方程得系统信号流图，应用梅森公式得系统闭环传递函数为 代入数据得： 3838 .1226946.179688.105.00596 .3) ()(2 3 +++= s s s s W s X 系统特征方程为0 109610) 38()38(2 =++++m K K s s s s m π π 得根轨迹方程为) 38(96)38(1) ()(12 * *++++=+ s s s s K K s Q s P 等价开环系统在原点有一对重极点，有一个负实极点-13.86，还有一对复零点-6.93+j6.93 令*K 从0变化到正无穷，可绘出根轨迹，做出希望的阻尼比线，得闭环极点 S1=-4.49+j7.77，s2=-4.49-j7.77，s3=-30.4
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计 一、引言 自动控制原理课程设计是为了帮助学生深入理解自动控制原理的基本概念、原理和方法，通过实际项目的设计与实现，培养学生的工程实践能力和创新思维。本文将详细介绍自动控制原理课程设计的标准格式，包括任务目标、设计要求、设计方案、实施步骤、实验结果及分析等内容。 二、任务目标 本次自动控制原理课程设计的目标是设计一个基于PID控制算法的温度控制系统。通过该设计，学生将能够掌握PID控制算法的基本原理和应用，了解温度传感器的工作原理，掌握温度控制系统的设计和实现方法。 三、设计要求 1. 设计一个温度控制系统，能够自动调节温度在设定范围内波动。 2. 使用PID控制算法进行温度调节，实现温度的精确控制。 3. 使用温度传感器实时监测温度值，并将其反馈给控制系统。 4. 设计一个人机交互界面，能够实时显示温度变化和控制系统的工作状态。 5. 设计一个报警系统，当温度超出设定范围时能够及时发出警报。 四、设计方案 1. 硬件设计方案： a. 使用温度传感器模块实时监测温度值，并将其转换为电信号输入到控制系统中。
b. 控制系统使用单片机作为主控制器，通过PID控制算法计算控制信号。 c. 控制信号通过电路板连接到执行器，实现温度的调节。 d. 设计一个报警电路，当温度超出设定范围时能够触发警报。 2. 软件设计方案： a. 使用C语言编写单片机的控制程序，实现PID控制算法。 b. 设计一个人机交互界面，使用图形化界面显示温度变化和控制系统的工作状态。 c. 通过串口通信将温度数据传输到电脑上进行实时监控和记录。 五、实施步骤 1. 硬件实施步骤： a. 搭建温度控制系统的硬件平台，包括温度传感器、控制系统和执行器的连接。 b. 设计并制作电路板，将传感器、控制系统和执行器连接在一起。 c. 进行硬件连接调试，确保各个模块正常工作。 2. 软件实施步骤： a. 编写单片机的控制程序，实现PID控制算法。 b. 设计并编写人机交互界面的程序，实现温度变化和控制系统状态的实时显示。 c. 进行软件调试，确保控制程序和界面程序正常工作。 六、实验结果及分析
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计 一、设计目的 通过课程设计，掌握自动控制理论基本原理、一般电学系统自动控制方法的基础上，用MATLAB 实现系统的仿真与调试。 二、设计要求 收集和查阅有关技术资料，独立完成所承担的设计课题的全部内容，初步掌握设计原则、设计方法、设计步骤和设计规范的应用；对工程设计方案进行选择和分析；绘制设计图；撰写说明书。具体要求如下： 1.根据所学的控制理论知识（频率法、根轨迹法等）进行人工设计校正装置，初步设计出校正装置传递函数形式及参数； 2.在MATLAB 下，用simulink 进行动态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，使其满足技术要求； 3.确定校正装置的电路形式及电路参数（选作）； 4.完成设计报告。 三设计任务 燃气调节控制系统校正装置设计 已知为单位反馈控制系统的燃气调节控制系统，其开环传递函数为())15)(1(1++= s s s s G K ， 用根轨迹法设计超前校正装置，是系统满足最大超调量%30%≤P M ,调整时间s t s 5.0≤。 四设计原理概述 1、何谓校正 为何校正 所谓校正，就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，是系统整个特性发生变化。校正的目的是为了在调整发大器增益后仍然不能全面满足设计要求的性能指标的情况下，通过加入的校正装置，是系统性能全面满足设计要求。 2、 超前校正的原理 无源超前网络的电路如图 1 所示。
图1无源超前网络电路图 如果输入信号源的内阻为零，且输出端的负载阻抗无穷大，则超前网络的传递函数可写为 ()Ts aTs s aG c ++= 11 （2—1） 式中12 21>+=R R R a ,C R R R R T 2121+= 通常 a 为分度系数，T 叫时间常数，由式（2-1）可知，采用无源超前网络进行串联校正时，整个系统的开环增益要下降a 倍，因此需要提高放大器增益交易补偿。 根据式（2-1），可以得无源超前网络()s aG c 的对数频率特性，超前网络对频率在 1/a T 至1/T 之间的输入信号有明显的微分作用，在该频率范围内，输出信号相角比输入信号相角超前，超前网络的名称由此而得。在最大超前交频率 m ω 处，具有最大超前角 m ϕ。 超前网路（2-1）的相角为 ()ωωωϕarctgT arctgaT c -= （2-2） 将上式对ω求导并令其为零，得最大超前角频率 a T m 1=ω （2-3） 将上式代入（2-2），得最大超前角频率 11arcsin 21+-=-=a a a a arctg m ϕ （2-4） 同时还易知c m ωω= m ϕ仅与衰减因子a 有关。a 值越大，超前网络的微分效应越强。但a 的最大值受到超 前网络物理结构的制约，通常取为20左右（这就意味着超前网络可以产生的最大相位超前大约为65度）如果要得大于的相位超前角，可用两个超前校正网络串联实现，并在串联的两个网络之间加一个隔离放大器，以消除它们之间的负载效应。 利用超前网络或PD 控制器进行串联校正的基本原理，是利用超前网络或PD 控制器的相角超前特性。只要正确地将超前网络的交接频率 1/a T 或1/T 选在待校正系统截止频率的两旁，并适当选择参数a 和T ，就可以使已校正系统的截止频率和相角裕度满足性能指标的要求，从而改善系统的动态性能。使校正后系统具有如下特点：低频段的增益满足稳态精度的要求；中频段对数幅频特性的斜率为-20db/dec ，并具有较宽的频带，使系统具有满意的动态性能；高频段要求幅值迅速衰减，以减少噪声的影响。 3、 超前校正在根轨迹中的应用方法 。 用根轨迹法设计超前校正装置的步骤为：
自动控制原理课程设计
. . .. . . 课程实习报告 课程名称：自动控制原理及专业软件课程实习 题目名称：三阶系统分析与校正 年级专业及班级：建电1001 姓名： ******* 学号：*************** 指导教师：*********** 评定成绩： 教师评语： 指导教师签名： 年月日 大学自控原理课程设计任务书 1课程设计目的与任务 自动控制原理课程设计是综合性与实践性较强的教学环节。本课程设计的任务是使学生初步掌握控制系统数字仿真的根本方法，同时学会利用MATLAB语言进展控制方针和辅助设计的根本技能。 2课程设计的设计课题
题目：三阶系统的校正与分析 设单位负反应的开环传递函数为：G〔s〕=K/S(S+1)(S+5),设计校正装置，使系统在阶跃输入下的超调量小于等于30%，调节时间小于等于5s，而单位斜坡输入时的稳态误差小于等于15%。 要求：〔1〕确定采用何种校正装置。仿真校正前系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图。 〔2〕将校正前性能指标与期望指标进展比拟，确定串联校正网络Gc(s)的传递函数，仿真出校正网络的开环频率特性曲线图。仿真校正后猪呢哥哥系统的开环对数频率特性图以及根轨迹仿真图。 〔3〕当输入r(t)=1时，仿真出校正前系统的的单位阶跃响应曲线h(t)。分析校正前后的单位阶跃响应曲线，得出结果分析结论。 3课程设计的根本要求 〔1〕学习掌握MATLAB语言的根本命令，根本操作和程序设计；掌握MATLAB语言在自动控制原理中的应用；掌握SIMULINK的根本操作，使用其工具建立系统模型进展仿真。〔2〕应用MATLAB/SIMULINK进展控制系统分析、设计。通过建立数学模型，在MATLAB 环境下对模型进展仿真，使理论与实际得到最优结合。 〔3〕撰写自控原理课程设计报告。 目录 1.前言 (3) 2.未校正系统分析 (4) 2.1复域分析 (4) 2.2时域分析 (5) 2.3频域分析 (6) 2.4用SIMULINK进展仿真 (8) 3.选定适宜的校正方案 (9) 3.1分析确定校正装 (9) 3.2设计串联超前校正网络的步骤 (9)
自动控制原理课程设计范文
1 +恋 1 + cffs 第一章串联校正装置的结构特性 自动控制原理课程设计是综合性与实践性较强的教学环节。 本课程设计的任务是使学生 初步掌握控制系统数字仿真的基本方法，同时学会利用 MATLAB 语言进行控制系统仿真和辅 助设计的基本技能，为今后从事控制系统研究工作打下较好的基础。 1.1超前校正装置 图1.1分别为无源和有源超前校正网络。对于无源校正装置 (a)，忽略该网络 的输入阻抗和输出阻抗效应，则其传递函数为： •S --- GCc) = ^)= ll±^ = _邑 ° E ⑶0 1+ 宠 卄丄 T 式中, 图 1.1
CL — . 式中， , 对于有源校正装置（b ），其对应的传递函数为：另一 在式（6-3）中，令r..则（6-3）可写成如下形式: 阴…霁严十卜 上式即为实际的比例微分控制器（PD 的传递函数的表达式 1.2超前校正装置的极点及频率特性 超前校正装置的零、极点分布如 图1.2所示，由于/',故|「门的零点 总在其极点的右侧。由式（6- 1）和式（6-2）可知，在采用超前校正网络时, 频率特性为:式中 系统的开环增益会有 ./ （或片）倍的衰减。对此，用放大倍数 附加放大器予以补偿。经补偿后，令 -1+局帀 £ =二丫=7 — 其传递函数
与式（6-5）对应的幅频特性的表达式分别为: 炉（少）=沁堤祖T _赵览Q 应 其相应的极坐标如 图1.3。由图可见，超前校正装置的极坐标是一个位于第一象 十 1 仏）」］ ifl/ct-1） 限的半圆，圆心坐标L ° 」，半径为2 。从坐标原点到半 圆作切线，它与正实轴的夹角即为该校正装置的最大超前角 ，且有： 卫（切点伽）|二 | ］十（边亍 *1 + （辺叶 此最大超前角对应的频率可由公式得到。令 ，则有: m 1.2零、租点分布
自动控制设计(自动控制原理课程设计)
自动控制原理课程设计 本课程设计的目的着重于自动控制基本原理与设计方法的综合实际应用.主要内容包括：古典自动控制理论（PID ）设计、现代控制理论状态观测器的设计、自动控制MATLAB 仿真.通过本课程设计的实践,掌握自动控制理论工程设计的基本方法和工具。 1 内容 某生产过程设备如图1所示，由液容为C1和C2的两个液箱组成，图中Q 为稳态液体流量)/(3s m ，i Q ∆为液箱A 输入水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ， 1Q ∆为液箱A 到液箱B 流量对稳态值的微小变化)/(3s m ，2Q ∆为液箱B 输出水流 量对稳态值的微小变化)/(3s m ，1h 为液箱A 的液位稳态值)(m ，1h ∆为液箱A 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ,2h 为液箱B 的液位稳态值)(m ,2h ∆为液箱B 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ，21,R R 分别为A ，B 两液槽的出水管液阻 ))//((3s m m .设u 为调节阀开度)(2m 。 已知液箱A 液位不可直接测量但可观，液箱B 液位可直接测量. 要求 图1 某生产过程示意图
1. 建立上述系统的数学模型； 2. 对模型特性进行分析，时域指标计算,绘出bode,乃示图，阶跃反应曲线 3. 对B 容器的液位分别设计：P ，PI ，PD ，PID 控制器进行控制； 4. 对原系统进行极点配置，将极点配置在－1＋j 和－1－j ；（极点可以不一样） 5. 设计一观测器，对液箱A 的液位进行观测（此处可以不带极点配置）； 6. 如果要实现液位h2的控制，可采用什么方法，怎么更加有效？试之。 用MATLAB 对上述设计分别进行仿真。 (提示：流量Q=液位h/液阻R,液箱的液容为液箱的横断面积，液阻R=液面差变化h ∆/流量变化Q ∆.） 2 双容液位对象的数学模型的建立及MATLAB 仿真过程一、对系统数学建模 如图一所示，被控参数2h ∆的动态方程可由下面几个关系式导出： 液箱A ：dt h d C Q Q i 1 1 1∆=∆-∆ 液箱B:dt h d C Q Q 2 2 21∆=∆-∆ 111/Q h R ∆∆= 222/Q h R ∆∆= u K Q u i ∆=∆ 消去中间变量，可得: u K h dt h d T T dt h d T T ∆=∆+∆++∆22 2 12 2221)( 式中，21,C C ——两液槽的容量系数 21,R R —-两液槽的出水端阻力 111C R T =——第一个容积的时间常数 222C R T =—-第二个容积的时间常数 2R K K u =_双容对象的放大系数 其传递函数为：
自动控制原理课程设计
审定成绩： 自动控制原理课程设计报告 题目：单位负反馈系统设计校正 学生姓名罗衡班级0903班 院别物理与电子学院专业电子科学与技术学号14092500060 指导老师杜健嵘 设计时间2011.12
目录 一、设计题目 (1) 二、设计要求 (1) 三、设计思路 (1) 四、设计方法与步骤 (1) （1）确定系统开环增益 (2) （2）分析校正前系统性能指标 (2) （3）选择校正方案 (4) （4）设置校正装置的参数 (5) （5）分析校正后系统性能指标 (6) 五、验证与对比 (8) 六、参考文献 (9)
自动控制原理课程设计 一、设计题目 设单位负反馈系统的开环传递函数为) 12.0)(11.0()(0 ++= s s s K s G ，用相应的 频率域校正方法对系统进行校正设计，使系统满足如下动态和静态性能： （1）相角裕度0 45≥γ （2）在单位斜坡输入下的稳态误差05.0＜ss e （3）系统的剪切频率s /rad 3＜c ω 二、设计要求 （1）分析设计要求，说明校正的设计思路（超前校正，滞后校正或滞后－ 超前校正） （2）详细设计（包括的图形有：校正结构图，校正前系统的Bode 图，校正 装置的Bode 图，校正后系统的Bode 图） （3）用MATLAB 编程代码及运行结果（包括图形、运算结果） （4）校正前后系统的单位阶跃响应图。 三、设计思路 根据题目要求的稳态误差 e ss 的值，确定开环增益 K ，再得到校正前系统的传递函数及频率特性，利用matlab 画出其 bode 图，从图形及结果可以得到校正前系统的相角裕度γ和剪切频率ωc ，判断这两项指标是否符合要求，若不符合，则选择合适的校正装置，确定并计算出校正装置的参数 a 和 T 。即得校正装置的传递函数，然后得到校正后系统的开环传递函数及频率特性，最后验证已校正系统的γ和ωc 是否都达到要求。如果有指标仍未达标。则须另取合适的w c 的 四、设计方法与步骤
自控课设完全版
分数： 华南理工大学广州学院课程设计报告 题目：自动控制原理课程设计 课程：自动控制原理课程设计 专业： 班级： 姓名： 学号：
电信学院自动控制原理课程设计 指导老师评价表
第一部分 任 务 书 《自动控制原理》课程设计任务书 一、课题名称自动控制原理课程设计 二、课程设计目的 课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的理论、实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地消化、巩固、掌握课堂教学内容、开拓思维、培养专业素养、指导学生的实践和动手环节、提高学生全面素质具有很重要的意义。 自动控制原理课程设计目的： 1）利用电阻、电容、电感建立一阶、二阶、三阶数学模型。 2）掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补偿（校正）装置的作用及设计，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。 3) 学会使用MA TLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试。 三、课程设计任务和要求 1、理论分析：用MA TLAB进行系统时域、频域分析，报告要有相应程序和响应曲线、结论。 1）、时域分析：分析系统在典型输入信号（单位阶跃信号、单位斜坡信号、脉冲信号、正弦信号）作用下，系统输出响应；画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定。用MATLAB软件进行系统时域分析，报告中要有程序和响应曲线。（参考教材第三章第七节基于
MATLAB的控制系统时域分析） 2）频域分析：画出未校正开环系统的Bode图，分析系统是否稳定 3）、根据设计系统的串联校正装置，使系统达到规定的性能指标 根据给定的性能指标选择合适的校正方式G C(s)对原系统进行校正（必须有校正过程计算过程），使其满足工作要求。 串联校正 利用MATLAB对校正后系统的性能进行分析，与未校正前系统进行比较分析。 2、实物制作和调试 利用面包板、电阻R、电容C、电感L建立一阶、二阶、三阶数学模型，面包板是由于板子上有很多小插孔，专为电子电路的无焊接实验设计制造的。 1）系统开环传递函数和校正装置传递函数数学模型制作 一阶系统数学模型可以利用RC电路设计。 二阶系统数学模型可以利用RLC或两级RC电路设计。 三阶系统数学模型可以利用一阶、二阶系统串联实现。 2）典型输入信号（单位阶跃信号、单位斜坡信号、脉冲信号、正弦信号）建立 单位阶跃信号、脉冲信号：利用开关和直流稳压电源建立 单位斜坡信号、正弦信号:利用利用RLC电器元件设计或信号发生器（icl8038信号发生模块淘宝网单价20元）参考模拟电子技术相关书籍。 3）调试：以上实物制作完成后进行输出响应曲线检测，可利用示波器或万用表观测 说明：凡是利用到实验室设备的，将试大家实物完成情况统一时间开放实验室。 3、设计报告 1）、理论分析：用MATLAB进行系统时域、频域分析，报告要有相应程序和响应曲线、结论。 2）、实物制作部分：设计报告要写出详细的设计步骤，包括元器件选型计算。 3）、理论分析和实物运行结果对比和分析，误差产生原因分析。 4）、课程设计过程中遇到的问题及解决的方法；写出心得体会与参考文献等。 4、题目及分组 本次课程设计题目共十小题，分组进行设计，每组最多5位同学，每组选其中一题题目完成，
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计 一、设计任务书 题 目:同时提高机器人转动关节的稳定性和操作性能，始终是一个具有挑战性的问题。提高增益可以满足对稳定性的要求，但随之而来的是无法接受过大的超调量。用于转动控制 的电-液压系统的框图如下，其中，手臂转动的传动函数为 ) 150/6400/(100 )(2 ++= s s s G s 试设计一个合适的校正网络，使系统的速度误差系数20=v K ，阶跃响应的超调量小于 %10。 二、设计过程 （一）人工设计过程 解：根据初始条件，调整开环传递函数： G(s)= )150 6400 ( 1002 ++ s s s 要求 k v =20， σ p ≤10% 未加补偿时的开环放大系数K=100/s ，校正后K =k v =20/s,因此需要一个k 1 =5 1 的比例环节，增加此环节后的幅值穿越频率变为20rad/s. 计算相位裕度： 由20lg100-20lg80=60lg ω c =32 10080⨯=86.2rad/s
γ0 =180 -+-18090 arctan 16.172 .1=-34 <0 因此系统不稳定 先计算相位裕度，判断不稳定 由bode 图知系统低频段已满足要求。待补偿系统在希望的幅值穿越频率ωc 附近的中 频段的开环对数幅频特性的斜率是-20Db/dec,但该频段20lg G >0Db. 因此考虑用滞后补偿。 技术指标为 σ p =10%，利用教材上的经验公式已无法达到要求。 在另一本教材（《自动控制原理》（第2版）），吴麒主编，清华大学出版社，有另一经验公式 σ p =γ 2000 -20 利用此公式，得相位裕度γ>67% 技术指标对幅值穿越没有要求。 技术指标对幅值穿越频率ωc 没有要求。20lg G 中ω<20时斜率为-20dB/dec ，拟将 这部分作为中频段，取 ωc =16rad/s 在0dB 线上取 ωc =16的点B 过B 作-20dB/dec 直线至ω=80rad/s 处点C 。延长CF 至点D ，点D 的角频率就是滞后补偿网络的转折频率ω 1 。取ω 1 =ωc 10 1 =1.6rad/s 。过D 作斜率为-40dB/dec 的直线交20lg G 于点H ，点H 的角频率就是补偿网络的转折频率 ω 2 。 FEDBCG 就是设计后曲线。 G c =17 1951++s s s γ=69 >67 满足要求 手工绘制bode 图，在下一页： （二）计算机辅助设计 1、用MATLAB 绘制校正前系统的伯德图
自动控制原理课程设计-控制系统的综合设计
自动控制原理课程设计 专业：自动化 设计题目：控制系统的综合设计班级：学生姓名：学号：指导教师： 分院院长： 教研室主任： 电气工程学院
一、课程设计任务 1、设计内容 针对二阶系统) 1()(+= s s K s W ，利用有源串联超前校正网络（如图 所示）进行系统校正。当开关S 接通时为超前校正装置，其传递函数 1 1 )(++-=Ts Ts K s W c c α，其中132R R R K c += ，1) (13243 2>++=αR R R R R ，C R T 4=， “-”号表示反向输入端。若K c =1，且开关S 断开，该装置相当于一个放大系数为1的放大器（对原系统没有校正作用）。 2、设计要求 1）引入该校正装置后，单位斜坡输入信号作用时稳态误差1.0)(≤∞e ，开环截止频率ωc ’≥4.4弧度/秒，相位裕量γ’≥45°； 2）根据性能指标要求，确定串联超前校正装置传递函数； 3）利用对数坐标纸手工绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线； 4）设校正装置R 1=100K ，R 2=R 3=50K ，根据计算结果确定有源超前校正网络元件参数R 4、C 值； 5）绘制引入校正装置后系统电路图（设给定的电阻和电容：R=100K ，C=1μF 、10μF 若干个）； 6）利用Matlab 仿真软件辅助分析，绘制校正前、后及校正装置对 c R R
数频率特性曲线,并验算设计结果； 7）在Matlab-Simulink下建立系统仿真模型，求校正前、后系 统单位阶跃响应特性，并进行系统性能比较； 8）利用自动控制原理实验箱完成硬件设计过程，包括：搭建校正前后系统电路、输入阶跃信号并通过示波器观察校正前后系统输出响应曲线。 3. 课程设计报告要求 （1）设计报告包括内容 1）理论计算校正装置的过程及手工绘制校正前、后对数频率特性； 2）绘制系统电路图时各环节参数的计算过程（包括有源校正装置R4和C的计算过程）； 3）利用Matlab仿真软件辅助分析设计的程序及校正前、后对数频率特性曲线； 4）利用Matlab-Simulink建立校正前、后系统仿真模型，求单位阶跃响应曲线，并计算校正前后系统超调量、调节时间，给出结论； 5）硬件设计过程及设计结果，给出结论。 （2）在设计过程中遇到的软、硬件问题及解决的办法 （3）课程设计总结 包括：本次课程设计过程中的收获、体会，以及对该课程设计的意见、建议等。 （4）上交电子版设计报告 （5）设计中参考文献列表 （6）报告使用B5纸打印 5. 参考资料 [1]王建辉等.自动控制原理.北京:清华大学出版社.2007 [2]胡寿松.自动控制原理.北京:科学技术出版社.2001 [3]薛定宇.反馈控制系统设计与分析—MATLAB语言应用（第1版）.北京:清华大学出版社、2000 [4]薛定宇.控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言及应用.北京:清华大学出版社.1996
自动控制原理课程设计
目录 一．绪论 (2) 1.1相关背景知识 (2) 1.2课程设计目的 (2) 1.3课程设计任务 (2) 二．通过matlab求校正装置的传递函数 (3) 三．系统校正前后的分析 (4) 3.1特征根的对比 (4) 3.2三种响应曲线的对比 (5) 3.2.1校正前后的单位脉冲响应曲线对比 (5) 3.2.2校正前后的单位阶跃响应曲线对比 (7) 3.2.3校正前后的单位斜坡响应曲线对比 (8) 四．动态性能的对比 (10) 五．系统校正前后的根轨迹 (12) 六．系统校正前后的Nyquist图 (14) 七．系统校正前后的Bode图 (16) 八.心得体会 (18) 九.参考文献 (19)
一．绪论 1.1相关背景知识 《自动控制原理》作为自动控制系列课程的实践性教学环节的教程， 是新世纪电子信息与自动化系列课程改革教材之一。该课程综合性强、知识覆盖面广,要求学生具有《工程数学》、《电路》等基础知识,以及较强的计算能力。而《自动控制原理课程设计》能够帮助学生进一步巩固自控基础知识,并结合电路、电子技术,加强实践操作能力，因此具有很重要的意义。 1.2课程设计目的 1.掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补偿（校正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。 2.学会使用MATLAB 语言及Simulink 动态仿真工具进行系统仿真与调试。 1.3课程设计任务 题目：已知单位负反馈系统被控制对象的传递函数为 m m 1m 2012m n n 1n 2012n b b b b ()s s s G s a s a s a s a ----++++=++++ （n m ≥）。 参数n 210a ,a ,a ,a 和m 210b ,b ,b ,b 以及性能指标要求因小组而异。 本组题目: 已知单位负反馈系统的开环传递函数0K G(S)S(S 1)(0.125S 1) =++，试用频率法设计串联滞后校正装置，使系统的相角裕量030γ>，静态速度误差系数1v K 10s -= 设计要求： 1）首先， 根据给定的性能指标选择合适的校正方式对原系统进行校正，使其满
自--正文自动控制原理课程设计
前言 一般来说,随动控制系统要求有好的跟随性能。位置随动系统是非常典型的随动系统,是个位置闭环反馈系统，系统中具有位置给定,位置检测和位置反馈环节，这种系统的各种参数都是连续变化的模拟量，其位置检测可用电位器、自整角机、旋转变压器、感应同步器等。位置随动系统中的给只给定量是经常变动的,是一个随机量,并要求输出量准确跟随给定量的变化,输出响应具有快速性、灵活性和准确性。为了保证系统的稳定性,并具有良好的动态性能，必须设有校正装置,如在正向通道中设置串联校正装并联校正装置等,为了提高位置随动系统的控制精度,还需要增加系统的开环放大倍数或在系统中增加积分环节等。 1 设计原理及性能指标要求 １.１设计原理 要使角位移的输出量能够跟随给定角位移的输入量的变化而变化，达到位置随动的目的，可以通过位置的检测，反馈,校正等环节，形成位置闭环反馈系统。系统中具有位置给定，位置检测和位置反馈环节,这种系统的各种参数都是连续变化的模拟
量，其位置检测可用电位器、自整角机、旋转变压器、感应同步器等。 1.２设计性能指标 根据现实需要，位置随动系统主要技术指标如下: (1)误差系数s C C )200/1(,010== (２）单位阶跃响应的超调量%3%≤σ （3）单位阶跃响应的调节时间s t s 7.0≤ (4)幅值裕度dB dB h 6)(≥ 通过对数学模型进行系统分析和动态校正,最后设计出一个符合稳定性、准确性和快速性要求的自整角机随动控制系统。 2 控制方案及系统组成原理方框图 2.1控制方案 要使角位移的输出量能够跟随给定角位移的输入量的变化而变化，达到位置随动的目的，可以通过位置的检测,反馈,校正等环节，形成位置闭环反馈系统。系统中具有位置给定，位置检测和位置反馈环节,这种系统的各种参数都是连续变化的模拟量，其位置检测可用电位器、自整角机、旋转变压器、感应同步器等。 1、自整角机 用作测量机械转角（角位移）的传感器，是位置检测元件。随动系统通过一对自整角机来反映指令轴转角、执行轴转角和它们之间的角差，与指令轴相连的自整角机成为发送机,与执行轴相连的成为接收机。 2、相敏放大器 用作将自整角机测角电路输出的角差电动势整流成直流信号，该信号不仅反映角差的大小,而且要反映角差的极性。 ３、可逆功率放大器 用作对控制信号进行功率放大,以便驱动执行机构，实现控制系统的正反转控制。 ４、伺服电动机 是随动系统执行机构的主要组成部分,对系统精度和快速性影响较大，要求伺服电动机转动惯量小,过载转矩大以提高系统的快速性。 5、校正电路