自动控制原理课程设计指导书
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。
自动控制系统课程设计指导书
一、自动控制系统课程设计任务 （一）目的1、掌握自动控制系统的分析与控制器设计方法。
2、掌握基于MATLAB 的系统仿真方法3、掌握基于实验方法确定系统模型参数的方法4、掌握基于物理对象的控制系统的调试方法5、培养编制技术总结报告的能力。
（二）控制对象课程设计提供了五个物理对象以进行系统设计。
1．双容水箱系统 2．温度控制系统 3．磁浮球实验装置 4．直流电动机系统 5．倒立摆实验装置 （三）指标要求1．双容水箱性能指标要求： 衰减率4:1～10:1,超调量%10≤pM，调节时间st s15≤，稳态误差0=sse2．温度控制系统性能指标要求： 衰减率4:1～10:1,超调量%10≤pM，调节时间st s15≤，稳态误差0=sse3．磁浮球实验装置性能指标要求：系统在强阻尼和弱阻尼两种状态下，实现在任意位置下的平衡控制 系统可跟踪0～10Hz 的正弦信号 （四）课程设计内容（1）系统分析根据被控对象的数学模型，应用控制理论系统分析的方法，对被控对象的性能进行分析（时域、频域）。
（2）系统设计根据性能指标的要求，进行系统方案论证，进行相关控制器或控制算法设计。
（3）系统仿真在MATLAB的Simulink仿真平台下，进行系统仿真，验证控制算法的可行性、抗干扰性以及参数变化对系统的影响。
（4）系统实现搭建相关控制器或编写相应的控制算法，对所选的物理对象进行实时控制，并进行相关控制器的调试，使系统正常工作时满足性能指标的要求。
（5）系统模型参数的获取设计相关实验，获取系统模型参数。
（6）参数变化对系统性能的影响设计实验，获取数据，分析控制参数对系统性能的影响。
（三）课程设计步骤（1）准备阶段了解所研究实验对象的特性，阅读相关文献资料，确定系统控制方案，进行相关控制器设计，相关实验设计。
（2）开题汇报准备5～8分钟PPT，进行汇报。
内容如下：1．研究对象的数学模型及特性分析2．控制系统的性能指标要求3．拟采用的控制结构与控制方法，简述其特点4．拟采用的实验步骤及理想的实验曲线5．模型参数获取的实验设计（3）实验过程根据系统设计工作进行软硬件实验调试，获取相关的实验数据及性能指标。
《自动控制理论》课程设计指导书
《自动控制理论》课程设计指导书电子工程学院2007年9月第一章 MATLAB 简介1.1概述MATLAB是MATrix LABoratory的缩写，早期主要用于现代控制中复杂的矩阵、向量的各种运算。
由于MA TLAB提供了强大的矩阵处理和绘图功能，因此，很多专家在自己擅长的领域，用它编写了许多专门的MATLAB工具包（toolbox），如控制系统工具包（control systems toolbox）、系统辨识工具包（system identification toolbox）、信号处理工具包（signalprocessing toolbox）、最优化工具包（optimization toolbox）等等。
因此，MATLAB 成为一种包罗众多学科的功能强大的“技术计算机语言”。
也可以说它是“第四代”计算机语言。
在欧美等国家的高等院校中，MA TLAB软件已成为应用代数、自动控制原理、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等课程的基本数学工具，成为学生必须掌握的基本软件之一。
MATLAB以矩阵作为基本的编程单元，它提供了各种矩阵的运算与操作，并有较强的绘图功能。
MA TLAB集科学计算、图象处理、声音处理于一身，是一个高度的集成系统，有良好的用户界面和帮助功能。
1.2 MATLAB运行环境（1）MATLAB的启动运行方法当系统安装完成后，在桌面上创建了一个MA TLAB的快捷图标，双击该图标就可以打开MA TLAB的工作界面；也可以通过打开开始菜单的程序，选项选择MA TLAB的程序选项来打开。
（2）MATLAB的操作界面MATLAB的操作界面包括：命令窗口（Command Window）、工作空间窗口（Workspace）、当前路径窗口（Current Directory）、命令历史窗口（Command History）、启动平台（Launch Pad）5个平台。
其中工作空间窗口（Workspace）和启动平台（Launch Pad）共用一个窗口。
自动控制原理实验指导书(学生版)
编著 李蔓华 陈昌虎 李晓高自动控制理论实验指导书目录实验装置简介·························································（3-4·）实验一控制系统典型环节的模拟·················（5-6）实验二一阶系统的时域响应及参数测定·····（6-7）实验三二阶系统的瞬态响应分析·················（8-9）实验四频率特性的测试·······························（9-13）实验五PID控制器的动态特性······················（13-15）实验六典型非线性环节·································（15-18）实验七控制系统的动态校正（设计性实验）··（19）备注：本实验指导书适用于自动化、电子、机设专业，各专业可以根据实验大纲选做实验。
自动控制原理课程设计
课程设计任务书题 目: 转子绕线机控制系统的滞后校正设计 初始条件：已知转子绕线机控制系统的开环传递函数是)10)(2()(++=s s s K s G 要求系统的静态速度误差系数115-=s K v ， 70≥γ。
要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1） MATLAB 作出满足初始条件的最小K 值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。
（2） 前向通路中插入一相位滞后校正，确定校正网络的传递函数。
（3） 用MATLAB 画出未校正和已校正系统的根轨迹。
（4） 课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程，列出MATLAB 程序和MATLAB 输出。
说明书的格式按照教务处标准书写。
时间安排：指导教师签名： 2008 年 12 月 20 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录1设计目的与意义 (1)2设计任务和要求 (1)3设计内容 (1)3.1校正前系统分析 (2)3.2校正网络分析 (3)3.3综合分析 (7)4心得体会 (9)参考文献 (10)转子绕线机控制系统的滞后校正设计1设计目的与意义1、通过本次课程设计，学生能够培养自己理论联系实际的设计思想，训练自己综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力。
2、掌握自动控制原理中各种校正装置的作用及用法，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、进一步加深对MATLAB 软件的认识和理解，学会使用MATLAB 语言来进行系统建模、系统校正中的性能参数的求解、以及系统仿真与调试。
4、此外，学生还可以通过本次设计来锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力。
2设计任务和要求初始条件：已知转子绕线机控制系统的开环传递函数是)10)(2()(++=s s s K s G 要求系统的静态速度误差系数115-=s K v ， 70≥γ。
要求完成的主要任务：1、MATLAB 作出满足初始条件的K 值的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。
《自动控制原理》实验指导书(正文全)
实验一基于MATLAB实验平台的系统被控对象的建立与转换[说明]一个控制系统主要由被控对象、检测测量装置、控制器和执行器四大部分构成。
用于自控原理实验方面的被控对象可以有①用于实际生产的实际系统的真实被控对象，如进行温度控制的锅炉、进行转速控制的电机等；②用于实验研究的真实被控对象，如进行温度控制的实验用锅炉、进行转速控制的电机等；③用运算放大器等电子器件搭建的电模拟被控对象（电路板形式），它们的数学模型与真实被控对象的数学模型基本一致，而且比真实被控对象更典型，更精准。
它们是实物型原理仿真被控对象。
④计算机仿真的被控对象，它们是非实物型原理仿真被控对象，是以各种形式展现的被控对象的数学模型。
它们通过计算机屏幕展示，或是公式形式的数学算式，或是数字形式的数表、矩阵，或是图形形式的结构框图，或是动画形式的真实被控对象实物的动态图形。
在自控原理实验中，①极少用；②用的不多；③用的较多；④在MATLAB软件广泛使用后，用的较多。
③、④各有其优缺点。
MATLAB软件的应用对提高控制系统的分析、设计和应用水平起着十分重要的作用。
我们的实验采用的是④：采用MATLAB软件平台的计算机仿真的被控对象。
这里“被控对象的建立”，指在MATLAB软件平台上怎样正确表示被控对象的数学模型。
[实验目的]1．了解MATLAB软件的基本特点和功能；2．掌握线性系统被控对象传递函数数学模型在MATLAB环境下的表示方法及转换；3．掌握多环节串联、并联、反馈连接时整体传递函数的求取方法；4．掌握在SIMULINK环境下系统结构图的形成及整体传递函数的求取方法。
[实验指导]一、被控对象模型的建立在线性系统理论中，一般常用的描述系统的数学模型形式有：（1）传递函数模型——有理多项式分式表达式（2）传递函数模型——零极点增益表达式（3）状态空间模型（系统的内部模型）这些模型之间都有着内在的联系，可以相互进行转换。
1、传递函数模型——有理多项式分式表达式设系统的传递函数模型为1110111......)()()(a s a s a s a b s b s b s b s R s C s G n n n n m m m m ++++++++==---- 对线性定常系统，式中s 的系数均为常数，且a n 不等于零。
《自动控制原理》实验指导书2
G(S)H(S)= （2-15）
式中R的单位为KΩ，比较式（2-14）和（2-15）得
T0=1，T1=0.1
T2=0.51，K=510/R(2-16)
系统的特征方程为1+G(S)H(S)=0，由式（2-14）可得到
S(T1S+1)(T2S+1)+K=0
展开得到
T1T2 +(T1+T2) +S+K=0(2-17)
2．CAE98；
3．万用表。
=
其中： =
无阻尼自然频率和阻尼比：
，
1．选定R，C，Rf值，使 ，ξ=0.2；
2．用CAE98的正弦波作为系统的输入信号，即x(t)=XSin t，稳态时其响应为y(t)=Ysin( t+φ)；
3．改变输入信号的频率，使角频率 分别等于（或接近等于）0.2，0.4，0.6，0.8，0.9，1.0，1.2，1.4，1.6，2.0，3.0rad/s，稳态时，记录屏幕显示的正弦输入x(t)=XSint和正弦输出响应y(t)=Ysin( t+φ)。记录曲线序号依次记作 ；
2、零极点对控制系统性能的影响
已知传递函数为 ,1) 分别求加入附加零点分别为-2,-1,-0.4时,系统的单位阶跃响应;2) 分别求加入附加极点分别为-1.5,-0.6,-0.4时,系统的单位阶跃响应.
3、稳态误差
已知3个系统的开环传递函数分别为 , , ,请分别计算这3个系统对单位阶跃和单位斜坡信号的响应并计算稳态误差.
二、实验要求：
1、观测不同参数下二阶系统的阶跃响应并测出性能指标：超调量MP，峰值时间tp,调节时间ts。
2、观测增益对典型三阶系统稳定性的影响。
《自动控制原理》课程设计报告书
信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称：自动控制原理课程设计班级：自动化2010级3班学号：姓名：指导教师：2013年1月一．需求分析1.设计题目已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数)11.0(s G 0+=s s K）（用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。
2.设计要求及系统功能分析任务一：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使闭环系统同时满足如下动态及静态性能指标：（1）在单位斜坡信号t t r =)(作用下，系统的稳态误差005.0≤ss e ； （2）系统校正后，相位裕量045>γ （3）系统校正后，幅值穿越频率50c2>ω任务二：若采用数字控制器来实现任务一设计的控制器，给出数字控制器的差分方程表示或离散传递函数（Z 变换）表示。
仿真验证采用数字控制器后闭环系统的性能，试通过仿真确定满足任务一指标的最大的采样周期T. （注：T 结果不唯一）。
二．校正前系统性能分析校正前系统的开环传递函数为 )11.0()(0+=s s Ks G由设计要求（1）005.0≤ss e ,得K e ss 1=，故有200K ≥从而系统的开环传递函数为ss s G 102000)(20+=系统的闭环传递函数为2000102000)(20++=Φs s s系统的闭环单位斜坡响应的拉氏变换为)(12000s 102000120001020001)()(R s C '0232200s ss s s s s s s s Φ∙=++∙=++∙=Φ=）（即对)(s Φ的斜坡响应对应于对)('s Φ的阶跃响应。
系统的时域性能（程序参见《自动控制原理（第二版）》（吴怀宇、廖家平主编）Page102）%%系统未校正前闭环单位斜坡响应num=[2000];den=[1,10,2000,0]; t=[0:0.1:20];y=step(num,den,t); plot(t,t,t,y); grid;xlabel('time');ylabel('input and output'); title('校正前系统的斜坡响应');系统的频域性能（程序参见《自动控制原理（第二版）》（吴怀宇、廖家平主编）Page208）%%系统未校正前伯德图 num=[200];den=[0.1 1 0];sys=tf(num,den);w=logspace(-1,4,100) bode(h,w); grid;[Gm,pm,wcp,wcg]=margin(sys); Gmdb=20*log10(Gm); [Gmdb,pm,wcp,wcg]得到系统的稳态裕度：增益裕度gm 、相位裕度pm 、相角穿越频率wcg 、幅值穿越频率wcp由结果知：相位裕度000457580.12<=γ幅值穿越频率s rad s rad 501649.441c <=ω不符合系统的性能指标要求，因此需要进行校正，根据题目要求，采用串联超前校正。
自动化控制课程设计指导书
)12.0)(11.0()(++=s s s Ks G 自动化控制课程设计指导书一、 设计目的（1）掌握控制系统设计与校正的步骤和方法。
（2）掌握对控制系统相角裕度、稳态误差、剪切频率、相角穿越频率以及增益裕度的求取方法。
（3）掌握利用Matlab 对控制系统分析的技能。
熟悉MATLAB 这一解决具体工程问题的标准软件，能熟练地应用MATLAB 软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题，并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。
（4）提高控制系统设计和分析能力。
二、设计任务系统的开环传递函数为： ，设计一个PID 校正环节，要求系统为： （1）绘画开闭环零极点图；（2）画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定；（3）作出单位阶跃响应，并分析性能指标；（4）画出未校正系统的Bode 图，分析系统是否稳定；（5）设计系统的串联校正装置，使系统达到下列指标；①系统响应斜坡信号r(t)=t 时，稳态误差小于等于0.01； ②系统的相角裕度40γ≥︒；（6）给出校正装置的传递函数；（7）画出校正前后的模拟电路。
三、设计内容与要求1．前期基础知识，主要包括MATLAB系统要素，MATLAB语言的变量与语句，MATLAB的矩阵和矩阵元素，数值输入与输出格式，MATLAB 系统工作空间信息，以及MATLAB的在线帮助功能等。
2．控制系统模型，主要包括模型建立、模型变换、模型简化，Laplace变换等等。
3．控制系统的时域分析，主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系统的稳态误差的求取。
4．控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。
5．控制系统的频域分析，主要包括系统Bode图、Nyquist图、稳定性判据和系统的频域响应。
6．控制系统的校正，主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域法滞后校正以及校正前后的性能分析。
自动控制原理实验指导书(2个)共9页文档
自动控制原理实验指导书刘芹仲恺农业工程学院机电工程学院自动化实验室2019年4月目 录实验一 典型环节的时域响应 .......................................1 实验二 典型系统的时域响应........................................10 实验三 典型系统的稳定性分析. (13)实验一 典型环节的时域响应一、 实验目的1．掌握各典型环节模拟电路的构成方法，掌握TD －ACC 设备的使用方法。
2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。
3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、 实验设备PC 机一台，TD-ACC 系列教学实验系统一套。
三、 实验原理及内容下面列出了各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。
1．比例环节 （P ） (1) 方框图：图1－1(2) 传递函数：K )S (Ui )S (Uo (3) 阶跃响应：Uo(t) = K ( t ≥0 ) 其中K = R 1 / R 0 (4) 模拟电路图：图1－2(5) 理想与实际阶跃响应对照曲线 ① 取R0 = 200K ；R1 = 100K 。
② 取R0 = 200K ；R1 = 200K 。
2．积分环节（I ）(1) 方框图：图1－3(2) 传递函数：TS1)S (Ui )S (Uo =(3) 阶跃响应：t T1)t (Uo =( t ≥0 ) 其中T = R 0C (4) 模拟电路图：图1－4(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照 ① 取R0 = 200K ；C = 1uF 。
② 取R0 = 200K ；C = 2uF 。
3．比例积分环节（PI ） (1) 方框图：图1－5(2) 传递函数：TS1K )S (Ui )S (Uo +=(3) 阶跃响应：t T1K )t (Uo += ( t ≥0 ) 其中K = R 1/R 0 ；T = R 0C (4) 模拟电路图：见图 1.1－6 图1－6(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照 ① 取R0 = R1 = 200K ；C = 1uF 。
《自控原理》课程设计指导书
论及方法进行有效的检验，倒立摆可为此提供一个从控制理论通往实践的桥梁。由于 倒立摆系统与火箭飞行和双足步行机器人的行走有很大相似性，因此倒立摆的研究对 于火箭飞行以及机器人的控制等现代高科技技术的研究具有重要的实践意义。 4) 课程设计的主要内容 针对单级倒立摆系统的复杂性、 非线性以及不确定性， 利用自动控制理论与方法， 设计相应的控制器，保证闭环系统具有良好的稳定性和动态性能，并通过仿真实验证 明该控制方案的有效性和可行性。主要完成以下内容: 1、建立单级倒立摆系统的数学模型。为此，忽略次要因素，即空气阻力和各种摩擦， 将直线单级倒立摆系统抽象为小车和均匀质杆组成的系统。根据受力分析，应用 Newton 方法建立系统的动力学方程，进而得到系统的传递函数和状态空间方程。 2、PID 控制算法。PID 控制是由反馈系统偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)的线性组 K 合构成的反馈控制律， 理想 PID 控制器的传递函数为：K ( s) K P K D s I 。 因此， s 针对单级倒立摆控制系统的复杂性、非线性以及不确定性，利用 PID 控制器的结构 简单，容易调节，且不需要对系统建立精确的模型等特点，设计相应的控制器，从而 保证闭环系统具有良好的鲁棒性和稳定性。 3、最后实时控制实验，将控制器的 Simulink 模型和相应的控制器参数输入到监控软 件中运行，并根据运行的结果对控制器的参数进行调整，直到系统的响应满足控制要 求，并最终得到相应的结论，从而证明控制方案的有效性和可行性。 六、设计的工作要求 （1） 用经典控制理论方法设计 PID 控制器，使得单级倒立摆系统的摆杆保持平衡， 即摆杆垂直向上，并采用相应的方法确定相关参数。 （2） 总结报告。报告中应包括在设计过程中所需的专业知识、方法及总结体会等。 七、成绩评定方法 调研论证与整理 理论分析与仿真 课程设计报告 考勤 八、主要参考资料 40％ 20％ 20％ 20％
自动控制原理课程设计
2.2 控制系统的数学描述
在 MATLAB 中，控制系统的数学模型主要有：微分方程模型、传递函数模型、零极点 模型、状态方程模型和结构图模型。这些模型之间存在着内在的等效关系。 2.2.1 物理系统的微分方程 利用机械学 、电学、流体力学和热力学等的物理规律，我们可以得到物理系统的动态 方程。它们通常用常系数线性微分方程来描述。 通过拉普拉斯变换和反变换，可得到线性时不变方程的解析解，也可用状态转移矩阵 φ (t)求解。这些分析方法通常只限于常系数的线性微分方程。解析解是精确的，然而通常寻 找解析解是困难的，甚至是不可能的。而数值分析方法直接在时域里求解微分方程，不仅适 用于线性时不变方程，也适用于非线性以及时变微分方程。 MATLAB 提供了两个求微分方程数值解的函数，它们采用龙格-库塔(Runge-kutta)法。 Ode23 和 ode45 分别表示采用 2 阶和 4 阶龙格—库塔公式，后者具有更高的精度。 n 阶微分方程必须化为 n 个首 1 的一阶微分方程组，且放入 M-文件中，以便返回方程 状态变量的导数，下面举例介绍这些函数的用法。 例 2.1 解： 利用牛顿运动定理，建立系统的力平衡方程式 对图 2-1 的机械系统，已知三个量——拉力、摩擦力、以及弹簧力都影响质量 M 的加速度。
《自动控制理论》课程设计指导书
薛朝妹 霍爱清
电子工程学院 2007 年 9 月
目
录
第一章
1.1 概述
MATLAB 简介
MATLAB 是 MATrix LABoratory 的缩写，早期主要用于现代控制中复杂的矩阵、向量 的各种运算。由于 MATLAB 提供了强大的矩阵处理和绘图功能，因此，很多专家在自己擅 长的领域，用它编写了许多专门的 MATLAB 工具包（toolbox） ，如控制系统工具包（control systems toolbox ） 、系统辨识工具包（ system identification toolbox ） 、信号处理工具包 （signalprocessing toolbox） 、最优化工具包（optimization toolbox）等等。因此，MATLAB 成为一种包罗众多学科的功能强大的“技术计算机语言” 。也可以说它是“第四代”计算机 语言。在欧美等国家的高等院校中，MATLAB 软件已成为应用代数、自动控制原理、数理 统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等课程的基本数学工具，成为学生必须 掌握的基本软件之一。 MATLAB 以矩阵作为基本的编程单元，它提供了各种矩阵的运算与操作，并有较强的 绘图功能。MATLAB 集科学计算、图象处理、声音处理于一身，是一个高度的集成系统， 有良好的用户界面和帮助功能。
《自动控制原理课程设计》教学大纲
自动控制原理课程设计教学大纲1. 引言自动控制原理课程设计是自动控制原理课程的重要组成部分，通过课程设计，能够帮助学生将理论知识与实际应用相结合，提高学生对自动控制原理的理解和运用能力。
2. 课程设计目的自动控制原理课程设计的目的是培养学生分析和解决实际工程问题的能力，以及运用自动控制原理知识进行系统设计和建模的能力。
通过课程设计，学生应能够熟练运用自动控制原理的基本理论知识，了解控制系统的设计方法，并能够独立完成控制系统的设计与调试。
3. 课程设计内容（1）理论学习：包括PID控制器的原理、校正与调节，控制系统的稳定性分析和设计，频域分析与设计，以及状态空间分析与设计等内容。
（2）实际应用：通过案例分析，让学生了解自动控制在现实生活中的应用，如温度控制系统、液位控制系统等。
（3）仿真实验：利用仿真软件进行控制系统设计与仿真实验，加深学生对理论知识的理解，以及对控制系统实际应用的认识。
4. 课程设计要求（1）掌握理论知识：学生应在课程设计中深入理解自动控制原理的基本理论知识，包括控制系统的稳定性分析、频域分析与设计等。
（2）熟练运用软件：学生应能够熟练运用MATLAB等仿真软件进行控制系统的设计与仿真实验。
（3）独立完成设计：学生应能够独立完成一个控制系统的设计与调试，并能够对系统性能进行评估和优化。
5. 总结回顾自动控制原理课程设计是一门理论与实践相结合的课程，通过课程设计，学生能够深入理解自动控制原理的基本理论知识，熟练运用相关仿真软件进行控制系统的设计与仿真实验，提高学生的工程实践能力和创新意识。
在今后的工程实践中，学生能够将所学知识与技能有效地运用于相关领域，为自动控制领域的发展做出贡献。
6. 个人观点与理解作为自动控制原理课程设计的教学大纲撰写者，我深感自动控制原理课程设计的重要性。
通过课程设计，学生能够更直观地理解自动控制原理的应用，提高自己的实践能力和创新意识。
希望学生能够在课程设计中认真学习，积极思考，不断完善自己的设计方案，提升自己的工程实践能力。
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。
本课程设计旨在通过对自动控制原理的学习和实践，使学生能够掌握自动控制系统的基本原理和设计方法，培养学生的工程实践能力和创新意识。
二、设计内容。
1. 课程概述。
自动控制原理是现代工程技术中的重要基础课程，它涉及到控制系统的基本概念、数学模型、性能指标、稳定性分析、校正设计等内容。
通过本课程的学习，学生将了解到控制系统的基本工作原理，并能够运用所学知识进行实际系统的设计与分析。
2. 课程实践。
课程设计将包括以下内容：（1）控制系统的数学建模与仿真。
通过对不同控制系统的数学建模，学生将学会如何利用数学工具描述控制系统的动态特性，并通过仿真软件进行系统性能分析。
（2）控制系统的稳定性分析与校正设计。
学生将学习控制系统的稳定性分析方法，以及如何进行控制系统的校正设计，包括校正器的设计和参数整定等内容。
（3）控制系统的实际应用。
通过实际案例分析，学生将了解控制系统在工程实践中的应用，包括工业控制、航空航天、机器人等领域的应用案例。
三、设计要求。
1. 学生在课程设计中要求独立完成控制系统的建模与仿真，稳定性分析与校正设计，以及实际应用案例的分析。
2. 学生需要结合课程学习内容，运用所学知识解决实际控制系统设计与分析中的问题，培养学生的工程实践能力和创新意识。
3. 学生需要按时提交课程设计报告，报告内容需包括设计过程、结果分析、存在问题及改进措施等内容。
四、设计步骤。
1. 确定课程设计题目和内容。
学生需要根据课程要求确定课程设计题目和内容，明确设计目的和要求。
2. 学习相关知识。
学生需要认真学习自动控制原理课程相关知识，包括控制系统的基本原理、数学模型、稳定性分析方法等内容。
3. 进行系统建模与仿真。
学生需要运用仿真软件对所选控制系统进行数学建模，并进行系统性能仿真分析。
4. 进行稳定性分析与校正设计。
学生需要对系统进行稳定性分析，并进行控制系统的校正设计，包括校正器的设计和参数整定等内容。
自动控制原理课程设计说明书概要
学号：课程设计题目三阶系统综合分析与设计学院专业班级姓名指导教师2013 年 1 月 1 日目录前言 (1)1、设计任务及要求 (2)2、三阶系统分析过程 (3)2.1 绘制系统随根轨迹 (3)2.1.1 计算根轨迹参数的过程分析 (3)2.1.2 利用Matlab绘制根轨迹图 (4)2.2 当-6为闭环系统的一个极点时，k=? (5)2.3 求取主导极点阻尼比为0.7时的k值 (5)2.4 求取系统的误差系数及稳态误差 (7)2.4.1 不同输入下的误差系数 (7)2.4.2 不同输入下的稳态误差 (7)2.5 用Matlab绘制单位阶跃响应曲线 (7)2.6 绘制系统伯德图和Nyquist图，求相位裕度和幅值裕度 (8)2.6.1 绘制系统的伯德图 (8)2.6.1.1 用Matlab绘制系统伯德图 (9)2.6.2 绘制系统的Nyquist曲线 (10)2.6.2.1 用Matlab绘制Nyquist曲线 (10)2.7 分析图2所示系统的稳定性 (11)2.7.1 求非线性环节的描述函数 (11)结束语 (13)参考文献 (14)本科生课程设计成绩评定表 (14)课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 三阶系统综合分析与设计初始条件：某单位反馈系统结构图如图1所示：)4)(2(++s s s K)(s R )(s C -)8(25+s s )(s R )(s C -e M)4)(2(++s s s K图1 原系统图 图2 含非线性环节的系统要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、 试绘制随根轨迹2、 当-6为闭环系统的一个极点时，K=?3、 求取主导极点阻尼比为0.7时的K 值（以下取这个值）4、 分别求取位置误差系数、速度误差系数、加速度误差系数及输入信号为22)(1)(t t t t r ++=单位阶跃信号、斜坡信号及单位加速度信号时的稳态误差5、 用Matlab 绘制单位阶跃相应曲线6、 绘制Bode 图和Nyquist 曲线，求取幅值裕度和相角裕度7、 如在比较点与开环传递函数之间加1个非线性环节，如图2所示，其中7.1,7.00==M e ，试求取非线性环节的描述函数，并根据负倒描述函数和Nyquist 图判断系统的稳定性 8、 认真撰写课程设计报告。
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自动控制原理课程设计指导书课程名称：自动控制原理 学时数：2周 学分数：2分开课院、系（部）、教研室： 电气信息学院 电气教研室 执笔人： 刘 伟 编写时间： 2013.11.26 一、 设计目的（1）掌握控制系统设计与校正的步骤和方法。
（2）掌握对控制系统相角裕度、稳态误差、剪切频率、相角穿越频率以及增益裕度的求取方法。
（3）掌握利用Matlab 对控制系统分析的技能。
熟悉MATLAB 这一解决具体工程问题的标准软件，能熟练地应用MATLAB 软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题，并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。
（4）提高控制系统设计和分析能力。
二、设计任务已知单位负反馈系统的开环传递函数为：()(0.11)(0.011)k K G s s s =++用用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性指标：1） 在单位斜坡信号t t r =)(作用下，系统的速度误差系数1100-=s K v ；1≤ω时，()sin r t t ω=谐波输入的稳态误差701≤ss e ；2） 系统校正后，相位裕量：045)(>c ωγ；在幅值穿越频率c ω之前不允许有60/dB -十倍频；3） 对Hz 60的扰动信号，输出衰减到250/1。
三、设计内容与要求1．前期基础知识，主要包括MATLAB 系统要素，MATLAB 语言的变量与语句，MATLAB 的矩阵和矩阵元素，数值输入与输出格式，MATLAB 系统工作空间信息，以及MATLAB 的在线帮助功能等。
2．控制系统模型，主要包括模型建立、模型变换、模型简化，Laplace 变换等等。
3．控制系统的时域分析，主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系统的稳态误差的求取。
4．控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。
5．控制系统的频域分析，主要包括系统Bode 图、Nyquist 图、稳定性判据和系统的频域响应。
6．控制系统的校正，主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域法滞后校正以及校正前后的性能分析。
四、设计成果要求设计论文 六、物资准备1.到图书馆资料室查阅相关资料2.到实验室MATLAB 或SMULINK 辅助设计七、 主要图式、表式电路图、表、公式要规范，符合设计要求八、 时间安排2013.12.1 设计动员，发放设计任务书 2013.12.1-2013.12.6 查阅资料、拟定设计程序和进度计划2013.12.6-2013.12.10 确定设计方案、实验、仿真、编写设计说明书 2013.12.13-2013.12.14 完成设计，交指导教师审阅 2013.12.28 成绩评定九、考核内容与方式考核的内容包括：学习态度；技术水平与实际能力；论文(计算书、图纸)撰写质量；创新性；采取审定与答辩相结合的方式，成绩评定按百分制记分。
十、参考书目[1] 胡寿松 自动控制原理 北京：国防工业出版社 [2]章燕申 控制系统的设计与实践 北京：清华大学出版社[3] 魏克新 MATALAB 语言与自动控制系统设计 北京：机械工业出版社 [4] 黄忠霖 控制系统MATLAB 设计与仿真 北京：国防工业出版社 [5]谢自美 电子线路设计．实验．测试 武汉：华中科技大学出版社 [6]张志涌，杨祖樱.2006.MATLAB 教程.北京:北京航空航天大学出版社 [7]徐海军，王元飞.2004.自动控制习题同步指导.北京:航空工业出版社自动控制原理课程设计题目1、已知单位负反馈系统的开环传递函数0(0.51)()(1)(0.21)(0.11)K S G S S S S S +=+++，试用频率法设计串联滞后校正装置，要求校正后系统的开环增益K=8，相位裕度035γ≥，增益裕度6dB 20lgK g ≥。
2、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 -=3、已知单位负反馈系统的开环传递函数0()(1)(0.251)K G S S S S =++，试用频率法设计串联校正装置，要求校正后系统的静态速度误差系数1v K 5s-≥，系统的相角裕度045γ≥，校正后的剪切频率2C rad s ω≥4、已知单位负反馈系统的开环传递函数0K G(S)S(0.0625S 1)(0.2S 1)=++， 试用频率法设计串联滞后校正装置，使系统的相位裕度050γ≥，静态速度误差系数1v K 40s -=，增益欲度17dB 20lgK g >。
5、已知单位负反馈系统的开环传递函数0()(0.11)(0.011)K G S S S S =++，试用频率法设计串联滞后——超前校正装置，使系统的相位裕度045γ>，静态速度误差系数250/v K rad s ≥， 幅值穿越频率30/C rad s ω≥。
6、已知单位负反馈系统的开环传递函数0()(1)(2)K G S S S S =++，试用频率法设计串联滞后——超前校正装置，使之满足在单位斜坡作用下，系统的速度误差系数1v K 10s -=，系统的相角裕量045γ≥，校正后的剪切频率 1.5C rad s ω≥重庆大学城市科技学院学生课程设计任务书院、系电气信息学院专业电气工程年级2011 已知参数和设计要求：①分析原有系统性能，确定串联校正方式②画校正前系统的bode图，校正装置的Bode图、校正后系统的Bode图③用Matlab程序或Simulink来进行仿真④画校正前后系统的单位阶跃响应曲线学生应完成的工作：1、分析原有系统性能，确定串联校正方式，到实验室MATLAB或SMULINK辅助设计设计2、完成设计报告目前资料收集情况（含指定参考资料）：[1] 胡寿松自动控制原理北京：国防工业出版社[2]章燕申控制系统的设计与实践北京：清华大学出版社[3] 魏克新 MATALAB语言与自动控制系统设计北京：机械工业出版社[4] 黄忠霖控制系统MATLAB设计与仿真北京：国防工业出版社[5]谢自美电子线路设计．实验．测试武汉：华中科技大学出版社课程设计的工作计划：2013.12.1 设计动员，发放设计任务书2013.12.1-2013.12.6 查阅资料、拟定设计程序和进度计划2013.12.6-2013.12.10 确定设计方案、实验、仿真、编写设计说明书2013.12.13-2013.12.14 完成设计，交指导教师审阅2013.12.28 成绩评定任务下达日期2013 年12 月 1 日完成日期2013 年12月14 日指导老师（签名）学生（签名）课程设计指导教师评定成绩表项目分值优秀(100>x≥90)良好(90>x≥80)中等(80>x≥70)及格(70>x≥60)不及格(x<60) 评分参考标准参考标准参考标准参考标准参考标准学习态度15 学习态度认真，科学作风严谨，严格保证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作学习态度比较认真，科学作风良好，能按期圆满完成任务书规定的任务学习态度尚好，遵守组织纪律，基本保证设计时间，按期完成各项工作学习态度尚可，能遵守组织纪律，能按期完成任务学习马虎，纪律涣散，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度技术水平与实际能力25设计合理、理论分析与计算正确，实验数据准确，有很强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献查阅能力强、引用合理、调查调研非常合理、可信设计合理、理论分析与计算正确，实验数据比较准确，有较强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献引用、调查调研比较合理、可信设计合理，理论分析与计算基本正确，实验数据比较准确，有一定的实际动手能力，主要文献引用、调查调研比较可信设计基本合理，理论分析与计算无大错，实验数据无大错设计不合理，理论分析与计算有原则错误，实验数据不可靠，实际动手能力差，文献引用、调查调研有较大的问题创新10 有重大改进或独特见解，有一定实用价值有较大改进或新颖的见解，实用性尚可有一定改进或新的见解有一定见解观念陈旧论文(计算书、图纸)撰写质量50结构严谨，逻辑性强，层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸非常工整、清晰结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言准确，文字流畅，符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸工整、清晰结构合理，层次较为分明，文理通顺，基本达到规范化要求，书写比较工整；图纸比较工整、清晰结构基本合理，逻辑基本清楚，文字尚通顺，勉强达到规范化要求；图纸比较工整内容空泛，结构混乱，文字表达不清，错别字较多，达不到规范化要求；图纸不工整或不清晰指导教师评定成绩：指导教师签名：年月课题：专业：班级：学号：姓名：指导教师：设计日期：成绩：重庆大学城市科技学院电气信息学院××××课程设计报告（二号黑体）一、设计目的（三号宋体，加粗）××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××（小四号宋体）二、设计要求（三号宋体，加粗）说明：指所设计题目的具体要求××××××××××××××××××××××××××××××××××。