自动控制原理课程设计 (2)
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)=)1506400(1002++s s s要求kv=20，σp≤10%未加补偿时的开环放大系数K=100/s ，校正后K =kv=20/s,因此需要一个k1=51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=60lgωc =3210080⨯=86.2rad/sγ0=180-+-18090arctan 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20lgG>0Db.因此考虑用滞后补偿。
技术指标为σp=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σp=γ2000-20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ω1。
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。
自动控制原理课程设计
高阶系统的频域分析及离散化1课程设计目的1) 培养理论联系实际的设计思想，训练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补偿（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) 学会使用MATLAB 语言进行系统仿真与调试。
4) 锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力。
2高阶系统稳定性的判断原理2.1奈奎斯特稳定判据的数学基础奈奎斯特（Nyquist ）稳定判据（简称奈氏判据）是判断系统稳定性的又一重要方法。
它是将系统的开环频率特性与复变函数 位于S 平面右半部的零、极点数目联系起来的一种判据。
建立在复变函数理论基础上的幅角原理是奈氏判据的数学基础。
开环频率特性 闭环特征方程图2-1控制系统的方框图系统的方框图如图2-1所示)()(ωωj H j G )()(1)(s H s G s F +=)()(ωωj H j G 1()()0G s H s +=设开环传递函数为取辅助函数：辅助函数F(s)的特点：(1) F(s)的零点和极点分别为闭环极点、开环极点。
(2) F(s)的零点、极点个数相同（n 个)。
(3) F(s)与开环传递函数 只相差常量1，F(s)的几何意义为：平面的坐标原点就是平面上的 点.图2-2F(s)=1+G(s)H(s)关系图()()G s H s []()F s []GH (1,0)j-11()()()() =()()m j j n ii K s z M s G s H s N s s p ==-=-∏∏()()()()1()()1()()M s N s M s F s G s H s N s N s +=+=+=*11()()()n j j ni i K s z F s s p ==-=-∏∏2.2幅角原理假设复变函数F(s)为单值，且除了S平面上有限的奇点外，处处都连续,也就是说F(s)在S平面上除奇点外处处解析，那么，对于S平面上的每一个解析点，在F(s)平面上必有一点（称为映射点）与之对应。
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解自动控制原理的基本概念，掌握控制系统数学模型的建立方法；2. 掌握控制系统性能指标及其计算方法，了解各类控制器的设计原理；3. 学会分析控制系统的稳定性、快速性和准确性，并能够运用所学知识对实际控制系统进行优化。
技能目标：1. 能够运用数学软件（如MATLAB）进行控制系统建模、仿真和分析；2. 培养学生运用自动控制原理解决实际问题的能力，提高学生的工程素养；3. 培养学生团队协作、沟通表达和自主学习的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动控制原理的兴趣，激发学生探索科学技术的热情；2. 培养学生严谨、务实的学术态度，树立正确的价值观；3. 增强学生的国家使命感和社会责任感，认识到自动控制技术在国家经济建设和国防事业中的重要作用。
本课程针对高年级本科学生，结合学科特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果，为后续的教学设计和评估提供依据。
课程注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和解决实际问题的能力，为培养高素质的工程技术人才奠定基础。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 自动控制原理基本概念：控制系统定义、分类及其基本组成；控制系统的性能指标；控制系统的数学模型。
2. 控制器设计：比例、积分、微分控制器的原理和设计方法；PID控制器的参数整定方法。
3. 控制系统稳定性分析：劳斯-赫尔维茨稳定性判据；奈奎斯特稳定性判据。
4. 控制系统性能分析：快速性、准确性分析；稳态误差计算。
5. 控制系统仿真与优化：利用MATLAB软件进行控制系统建模、仿真和分析；控制系统性能优化方法。
6. 实际控制系统案例分析：分析典型自动控制系统的设计原理及其在实际工程中的应用。
教学内容按照以下进度安排：第一周：自动控制原理基本概念及控制系统性能指标。
第二周：控制系统的数学模型及控制器设计。
第三周：PID控制器参数整定及稳定性分析。
第四周：控制系统性能分析及MATLAB仿真。
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。
图1 某生产过程示意图要求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 111∆=∆-∆ 液箱B ：dth d C Q Q 2221∆=∆-∆ 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 ∆=∆+∆++∆222122221)( 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：1)()()()(212212+++=∆∆=S T T S T T KS U S H S G二．对模型特性进行分析，绘出bode,奈氏图，阶跃反应曲线 当输入为阶跃响应时的Matlab 仿真： 令T1=T2=6；K=1112361)()()(22++=∆∆=S S S U S H S G 2)16(1+=S单位阶跃响应的MATLAB 程序： num1=[1];den1=[36 12 1]; G1=tf(num1,den1); figure(1); step(G1);xlabel('时间(sec)');ylabel('输出响应');title('二阶系统单位阶跃响应'); step(G1,100); 运行结果如下：阶跃反应曲线：图1c(∞)=1; c(t p )=1; t p =45.5s; t d =10s; t s =45.5s; 最大超调量：δ(t p )= [c(t p )- c(∞)]/ c(∞)*100%=0%稳态误差分析： 开环传递函数112361)()()(22++=∆∆=S S S U S H S G ，稳态误差1=ss e ；用MATLAB绘制的奈氏图如下图2所示，其程序如下：nyquist([1],conv([6 1],[6 1]))图2在工程实践中，一般希望正相角裕度r为45o~60o,增益裕度Kg10≥dB,即Kg3≥。
《自动控制原理》课程设计
名称：《自动控制原理》课程设计题目：基于自动控制原理的性能分析设计与校正院系：建筑环境与能源工程系班级：学生姓名：指导教师：目录一、课程设计的目的与要求------------------------------3二、设计内容2.1控制系统的数学建模----------------------------42.2控制系统的时域分析----------------------------62.3控制系统的根轨迹分析--------------------------82.4控制系统的频域分析---------------------------102.5控制系统的校正-------------------------------12三、课程设计总结------------------------------------17四、参考文献----------------------------------------18一、课程设计的目的与要求本课程为《自动控制原理》的课程设计，是课堂的深化。
设置《自动控制原理》课程设计的目的是使MATLAB成为学生的基本技能，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。
使相关专业的本科学生学会应用这一强大的工具，并掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能，以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。
通过使用这一软件工具把学生从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来，而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。
通过此次计算机辅助设计，学生应达到以下的基本要求：1.能用MATLAB软件分析复杂和实际的控制系统。
2.能用MATLAB软件设计控制系统以满足具体的性能指标要求。
3.能灵活应用MATLAB的CONTROL SYSTEM 工具箱和SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。
自动控制原理课程设计任务书2015
自动控制原理课程设计任务书1同步发电机激磁控制系统如图所示。
被控对象为三相交流同步发电机，它被原动机驱动以恒速旋转。
系统的输出量（即被控制量）为发电机输出的三相交流电压c u 。
激磁电压f u 控制c u 的大小。
经电压互感器和整流滤波电路的变换后，得到与c u 成比例的反馈电压b u 。
已知：（1） 可控硅整流装置放大系数40tr K =，整流装置内阻 3.24r R =Ω。
（2） 同步发电机的电压放大系数30f K =，正常运行时激磁回路的时间常数3f T =。
（3） 电压检测装置的电压反馈系数10b K =，测量装置的时间常数2b T =。
要求：（１） 根据原理图，建立系统的传递函数。
（２） 绘出系统的结构图。
（３） 分析系统时域和频域性能。
（４） 用频率法校正并确定参数，使系统校正后满足下列性能指标： 30, 6.7,40o v c c K ωγ≥≥≥。
自动控制原理课程设计任务书2转速负反馈调速系统如下图所示。
该系统由触发整流装置、直流电动机、测速反馈装置和放大器组成。
给定电位器给出一个控制电压sn U ，与反馈电压fn U 相比较后得到偏差电压U ∆，经过放大器产生触发装置的控制电压c U ，用以控制电动机的转速。
改变控制电压就改变触发器控制角α及整流电压dc U ，相应地就改变电动机的转速，达到调速的目的。
已知：（1） 电动机额定数据为2.2kW ，220V ，12.5A ，1500r/min ，电枢电阻 1.36d R =Ω。
（2） 触发整流装置放大系数40tr K =，整流装置内阻 3.24r R =Ω。
（3） 平波电抗器电阻0.4s R =Ω。
（4） 测速发电机的额定数据为22W ，110V ，0.2A ，2000r/min 。
要求：（１） 根据原理图，建立系统的传递函数。
（２） 绘出系统的结构图。
（３） 分析系统时域性能和频域性能。
（４） 用根轨迹法校正并确定参数，使系统校正后满足下列性能指标：超调量小于8%,调节时间小于0.1秒。
自动控制原理第八版英文版课程设计 (2)
3.1 System Model
To design a control system for the two-tank liquid level control process, we need to first develop a mathematical model of the process. The model will help us understand the behavior of the process and design a control system that can stabilize the system and achieve the desired performance objectives.
The PID controller has three tuning parameters: the proportional gn (Kp), the integral gn (Ki), and the derivative gn (Kd). These parameters determine the responsiveness, st of the control system.
The control system will consist of two major components: a measurement system and a control system. The measurement system will consist of a level sensor that measures theliquid level in the lower tank. The control system will consist of a controller that processes the input from the level sensor and adjusts the flow rate of the liquid into the upper tank accordingly.
【精品】自动控制原理课程设计(DOC)
课程设计论文目录1 设计目的2 设计任务及要求3 设计思想4 设计过程5 应用Simulink进行动态仿真6 三种方案的分析比较选择7 设计小结8 参考文献一·设计目的：通过过课程设计，在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·设计任务及要求：水温控制系统的串联校正设计：某单位水温负反馈控制系统，其被控制对象的开环传递函数，0()(0.11)KG s s s =+，用串联校正的频域方法对系统进行串联校正设计（分别用超前，滞后，超前—滞后三种方法校正），校正后使系统满足以下动态及静态性能指标：①斜坡信号作用下，120v K s -=；②相角裕量050r ≥。
三·设计思想：串联超前校正装置使得系统的相角裕量增大，从而降低系统响应的超调量；增加了系统的频带宽度，是系统的响应速度加快。
但有些情况下，超前校正系统的应用会受到限制，例如，当未校正系统的相角余量和要求的相角量相差很大时，超前校正网络的参数将会很小，从而使系统的频带宽度过大，不利于抑制高频噪音。
另外，未校正系统的相角在所需剪切频率附近急剧向负值增大时，采用串联超前校正往往效果不大，因此考虑其他类型的校正装置当一个系统的动态响应性能是满足要求的，为改善稳态性能而又不影响其动态响应，可采用串联滞后校正装置。
增加一对相互靠的很近并且靠近坐标原点的开环零极点，使系统的开环放大倍数提高β倍,而不影响对数频率特性的中，高频段特性。
串联滞后校正装置还可以利用其低通滤波特性，将系统高频部分的幅值衰减，降低系统的剪切频率，提高系统的相角余量，以改善系统的稳定性和其他动态性能，但应同时保证未校正系统在要求的开环剪切频率附近的相频特性曲线基本不变。
应用频率发设计滞后-超前较真装置，其中超前校正部分可以提高系统的相角裕量，同时使频带变宽，改善系统的动态性能；滞后校正部分则主要用来提高系统的稳态性能。
自动控制原理简明教程第二版课程设计
自动控制原理简明教程第二版课程设计一、设计目的本次设计旨在加深学生对自动控制原理课程的理解和掌握，在实际应用中掌握抽象的理论知识。
通过本次课程设计，学生要求熟练掌握自动控制基本原理，能够综合运用所学知识分析和设计闭环控制系统，同时增强学生的动手实践能力，提高学生分析和解决实际问题的能力。
二、设计内容1. 设计题目设计题目为：基于单片机的温度控制系统。
2. 设计要求1.设计一个基于单片机的闭环温度控制系统，包含采样、处理、控制驱动等部分；2.温度范围为20℃~60℃，控制精度为±1℃；3.设计实现风扇控制，根据实际温度自动调整扇速，温度较低时自动关闭风扇；4.设计LCD显示实时温度、设定温度和控制状态。
3. 设计流程本课程设计分为以下步骤：1.确定系统硬件布局；2.完成硬件电路设计，包括传感器模块、单片机模块、风扇控制电路、LCD显示电路等；3.确定软件流程，完成单片机程序设计；4.完成系统调试和性能测试。
三、设计方案1. 系统硬件布局本次设计采用基于STM32的控制系统，主要硬件包括温度传感器，单片机模块，驱动模块等。
系统框图如下：系统框图系统框图2. 硬件电路设计2.1 温度传感器模块温度传感器采用DS18B20型号的数字温度传感器，具有较高的准确性和稳定性。
温度传感器接口图如下：温度传感器接口图温度传感器接口图2.2 单片机模块本次设计采用STM32F407VG型号的单片机，具有较强的处理能力和丰富的外设资源。
STM32F407VG芯片引脚分配图如下：STM32F407VG芯片引脚分配图STM32F407VG芯片引脚分配图2.3 驱动模块为了控制风扇的转速，需要设计一个风扇控制电路。
根据需求，本次设计采用三极管作为电压调节器，通过控制三极管开关时间来控制调节器的电流，从而达到控制风扇转速的目的。
电路图如下：驱动电路图驱动电路图2.4 LCD显示模块本次设计采用1602A型号的标准字符型液晶模块，较为简单易用。
自动控制原理课程设计
写出以R为输入的直流电机控制系统微分方程；
使闭环系统的特征方程的根包括 30 30j
；
计算在单位阶跃参考输入、单位斜坡参考输入、单位阶跃 扰动输入、单位斜坡扰动输入时系统的稳态误差；
用Matlab证明你的上述答案，并画出系统响应曲线；
对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写 清楚分析的过程，附Matlab源程序或Simulink仿真模型。
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1、时域校正法
图2二阶闭环系统的模拟电路图 精品PPT
1.1 设单位反馈系统的开环传递函数为：
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；
% 10%;
调节时间ts≤5S， 而单位斜坡输入时的稳态误差
eSS 15%
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1.2 已知对象的传递函数为：
[4] 黄忠霖 控制系统MATLAB设计与仿真 北京：国防工业 出版社 [5]魏克新 MATALAB语言与自动控制系统设计 北京：机械 工业出版社
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控制系统结构图
+
10
-
S(S 1)(0.1S 1)
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1.4 设有单位反馈系统，具有如下的开环传
递函数：
G(S)
K
S (S 1)(0.5S 1)
试确定校正环节，使控制性能满足： 开环放大系数K=10 S-1 ， 相角裕度 50 0 ， 幅值裕度 20lgKg=+10分贝；
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自动பைடு நூலகம்制原理
课程设计
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一 引言
意义：本课程设计是自动控制原理（线性连续系统）课程学 习的一个重要教学环节； 目的：通过该实践环节，使同学们能在各项实验中提高自己 的分析问题和解决实际问题的能力，对于巩固和应用所学知 识，提高实践能力，把理论和实践很好的结合起来有着重要 的意义。
自动控制原理课程设计
一、绪论略二、原系统分析2.1 原系统的单位阶跃响应曲线系统的开环传递函数：)1ssG。
=s15/(+)(φ。
系统的闭环传递函数：)=sss15)1+((+/(15)从单位阶跃响应中可以看出，此系统稳定，并呈现衰减震荡。
2.2 原系统的Bode 图从Bode 图中可以看出系统一次经过了积分环节，和一个惯性环节。
系统校正前的相关参数：理论值的计算： 利用以下公式： 由0|)(|lg 20=c G ω)(180c ωϕγ+︒=c c ωωϕarctan -90- =() 可得：相角裕度：︒=71.14γ 幅值裕度：∞ =h0截止频率：s rad c /81.3=ω 穿越频率：∞=x ω在MATLAB 中计算可得： 相角裕度：γ=︒14.7105 幅值裕度：∞ =h0截止频率：s rad c /8089.3=ω 穿越频率：∞=x ω而题目要求的参数： 相角裕度： 45≥γ截止频率：s rad c /5.7≥ω显然，在这里原系统是不符合要求的。
2.3 原系统的Nyquist 曲线从原系统的Nyquist 曲线中可以看出，起点为︒∞∠90-，终点为︒∠180-0，无交点。
2.4 原系统的根轨迹由系统的跟轨迹可以看出，系统的极点分布均在复平面的左半平面，故系统是稳定的。
三、校正装置设计3.1 校正方案的确定由于截止频率与穿越频率均不符合要求，故采用串联超前校正。
3.2 校正装置参数的确定0lg 10)'('=+a L c ω)/(1/5.7'T a s rad c m ∙===ωω 理论计算的结果为14.31a =0.00931T =由Matlab7计算可以确定串联超前校正的参数： 14.3125a =40.00931321T =故校正装置的开环传递函数为：1)/(0.00931s )1(0.133s G c ++=3.3 校正装置的Bode 图系统校正后的相关参数： 理论值的计算可得： 相角裕度：︒=39.60γ 幅值裕度：∞ =h0截止频率：s rad c /5.7=ω 穿越频率：∞=x ω在MATLAB 中计算可得： 相角裕度：︒=9822.67γ幅值裕度：∞ =h0截止频率：s rad c /5000.7=ω 穿越频率：∞=x ω显然，符合题目的要求。
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。
一 概述1.1课程设计的任务与目的1.1.1设计任务设计报告中， 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，使其满足工作要求。
自动控制原理课程设计报告_2
《自动控制原理》课程设计报告班级姓名学号2013 年12 月26 日初始条件: 设单位反馈控制系统的开环传递函数为,试设计一串联校正装置, 使系统满足如下性能指标：静态速度误差系数, 相角裕度。
1.1设计原理所谓校正, 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, 使系统整个特性发生变化, 从而满足给定的各项性能指标。
系统校正的常用方法是附加校正装置。
按校正装置在系统中的位置不同, 系统校正分为串联校正、反馈校正和复合校正。
按校正装置的特性不同, 又可分为超前校正、滞后校正和滞后-超前校正、PID校正。
这里我们主要讨论串联校正。
一般来说, 串联校正设计比反馈校正设计简单, 也比较容易对信号进行各种必要的形式变化。
在直流控制系统中, 由于传递直流电压信号, 适于采用串联校正;在交流载波控制系统中, 如果采用串联校正, 一般应接在解调器和滤波器之后, 否则由于参数变化和载频漂移, 校正装置的工作稳定性很差。
串联超前校正是利用超前网络或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实现的, 使开环系统截止频率增大, 从而闭环系统带宽也增大, 使响应速度加快。
在有些情况下采用串联超前校正是无效的, 它受以下两个因素的限制:1）闭环带宽要求。
若待校正系统不稳定, 为了得到规定的相角裕度, 需要超前网络提高很大的相角超前量。
这样, 超前网络的a值必须选得很大, 从而造成已校正系统带宽过大, 使得通过系统的高频噪声电平很高, 很可能使系统失控。
2) 在截止频率附近相角迅速减小的待校正系统, 一般不宜采用串联超前校正。
因为随着截止频率的睁大, 待校正系统相角迅速减小, 使已校正系统的相角裕度改善不大, 很难得到足够的相角超调量。
串联滞后校正是利用滞后网络PID控制器进行串联校正的基本原理, 利用其具有负相移和负幅值的特斜率的特点, 幅值的压缩使得有可能调大开环增益, 从而提高稳定精度, 也能提高系统的稳定裕度。
自动控制原理理论篇第二版教学设计 (2)
自动控制原理理论篇第二版教学设计一. 教学背景自动控制原理作为现代自动化控制方向的一门核心课程，是培养自动化控制人才的基础课程。
在工科类的控制领域，自动控制原理是全方位的基础知识。
通过学习本课程，学生应该能够掌握基本的自动控制原理，例如控制回路的设计、系统稳态、系统动态分析等方面的知识，更进一步能够利用这些知识来解决实际控制问题。
二. 教学目标1. 知识目标•掌握基本的控制原理和方法。
•熟悉常见的控制系统的设计和分析方法。
•能够分析和解决一些简单的控制系统问题。
2. 能力目标•能够独立设计控制系统并进行分析。
•熟悉MATLAB/Simulink工具的使用，能够利用Simulink来模拟控制系统，并进行性能分析和优化。
•能够利用电子线路制作简单的控制系统。
3. 态度目标•了解自动控制原理所涉及的伦理和社会问题。
•培养自我学习和探究的能力。
1. 简介•自动控制原理的基本概念和发展历程2. 数学基础•微积分和常微分方程的基本内容•傅里叶变换3. 系统建模•线性和非线性系统•时域和频域模型•线性时不变控制系统和线性化分析•状态空间方法•模糊控制系统4. 系统分析和控制方法•系统稳态分析•系统动态分析•PID控制•根轨迹法和频率法•状态反馈和极点配置法•观测器设计•最优控制和自适应控制方法•MATLAB/Simulink的基本使用•简单的电路制作和模拟•简单的控制系统设计和实现四. 教学方法1. 讲授教学采用讲授教学法，对于每个知识点进行详细的讲解，注重基本概念的讲解和实际应用。
2. 实验教学采用实验教学法，设计相应的实验课程，对于理论知识进行实际应用操作演示。
3. 分组探究采用小组讨论的方式，对于某些涉及到伦理和社会问题的知识点进行深入讨论。
4. 交互式教学采用问答和讨论的方式，与学生进行交互式互动，提高学生参与度和交流能力。
1. 学生评价学生评价将在课程结束后进行，主要包括课程开设、课程设置、教师授课质量、教材使用、考核方式及结果等方面的评价。
自动控制原理超前校正课程设计
目录一．设计题目二. 设计报告正文2.1 设计思路 (2)2.2根据稳态误差要求，确定K的值 (2)2.3系统的开环传递函数的结构图 (3)2.4计算待校正系统的相角裕度 (3)2.5校正后的系统传递函数 (3)2.6验证已校正系统的相角裕度 (4)三. 实现与验证编程 (4)3.1制出待校正系统的bode图和单位阶跃响应 (4)3.2算未校正系统的幅值裕量和相位裕....................... 错误!未定义书签。
3.3前校正网络的传递函数................................. 错误!未定义书签。
3.4系统的开环传递函数及伯德图........................... 错误!未定义书签。
3.5算校正后系统的幅值裕量和相位裕量..................... 错误!未定义书签。
3.5校正前后的Bode图 (10)四. 设计总结参考文献 (10)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)1()(+=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045≥γ；(2) (2) 在单位斜坡输入下的稳态误差为1.0=sse ； (3) 系统的剪切频率小于7.5rad/s 。
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。
二、设计报告正文2.1设计思路超前校正装置具有相位超前作用,它可以补偿原系统过大的滞后相角，从而增加系统的相角裕度和带宽，提高系统的相对稳定性和响应速度。
超前校正通常用来改善系统的动态性能，在系统的稳态性能较好而动态性能较差时，采用超前校正可以得到较好的效果。
《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。
自动控制原理是现代工程技术中的重要基础课程，通过本课程设计，旨在帮助学生深入理解自动控制原理的基本概念和方法，掌握自动控制系统的设计和分析技能，提高学生的工程实践能力。
二、设计内容。
1. 选取合适的控制对象，通过调研和分析，选取一个合适的控制对象，例如温度、液位等，作为本课程设计的控制对象。
2. 建立数学模型，根据选取的控制对象，建立其数学模型，包括传递函数、状态空间方程等，为后续的控制器设计奠定基础。
3. 控制器设计，根据控制对象的数学模型，设计合适的控制器，可以选择比例积分微分（PID）控制器或者其他先进的控制算法。
4. 系统仿真与分析，利用仿真软件对设计的控制系统进行仿真，分析系统的稳定性、动态响应等性能指标。
5. 实际搭建与调试，在实际的控制对象上搭建控制系统，进行调试和实验验证，观察系统的实际性能。
6. 总结与展望，总结课程设计的过程和结果，对控制系统的性能进行评价，并展望未来的改进方向。
三、设计要求。
1. 设计过程要符合自动控制原理的基本原理和方法，确保设计的科学性和合理性。
2. 数学模型的建立和控制器设计要准确，仿真与实验结果要可靠。
3. 设计报告要清晰、完整、准确，包括设计思路、理论分析、仿真结果、实验数据等。
4. 设计报告要求能够体现出学生的独立思考和创新能力，具有一定的工程实践价值。
四、设计步骤。
1. 确定控制对象，根据实际情况，选择合适的控制对象，例如温度控制系统。
2. 建立数学模型，根据选取的控制对象，建立其数学模型，包括传递函数、状态空间方程等。
3. 控制器设计，根据控制对象的数学模型，设计合适的控制器，例如PID控制器。
4. 系统仿真与分析，利用仿真软件对设计的控制系统进行仿真，分析系统的性能指标。
5. 实际搭建与调试，在实际的控制对象上搭建控制系统，进行调试和实验验证。
6. 总结与展望，总结课程设计的过程和结果，对控制系统的性能进行评价，并展望未来的改进方向。
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计.1. 课程设计问题描述：设计一个基于PID控制器的温度控制系统，该系统可以对加热器进行控制，使得加热器在正常工作温度范围内，能够稳定工作，并且能够自动调节加热器的加热功率，以确保系统能够快速、准确、稳定地达到所需的目标温度。
2. 设计目标：- 设计一个功能完整的温度控制系统，该系统可以通过PID控制器实现自动调节加热器的电力输出，以确保系统能够稳定工作。
- 设计一个能够迅速、准确地响应输入变化的系统，该系统对于任何输入变化都能够快速进行反应，以确保系统能够在最短时间内恢复到目标状态。
- 设计一个可靠的系统，该系统能够稳定工作，并且能够应对过度负载等异常情况，防止系统发生过载或损坏。
3. 计划实施步骤：- 步骤一：确定系统的物理参数与数学模型，以确定系统的特性和性能。
- 步骤二：精确计算系统的PID参数，以确保系统能够稳定工作并具有良好的响应性能。
- 步骤三：开发系统的硬件，包括传感器、控制器和执行器等组件。
- 步骤四：开发系统的软件，包括PID算法的实现和系统控制逻辑的实现等。
- 步骤五：进行系统的测试与验证，并对系统进行性能分析与评估。
- 步骤六：进行系统的优化，以进一步提高系统的性能和稳定性，并满足实际使用的需求。
- 步骤七：对系统进行部署，并进行实际使用与维护。
4. 关键技术问题：- 确定PID控制器的参数，并进行优化和调整，以实现系统的稳定性和性能。
- 设计和开发系统的硬件和软件，包括传感器、控制器和执行器等组件，以实现系统的功能和要求。
- 进行基于问题求解的综合性实验，将课堂学习的理论知识运用到实际中。
- 进行系统性能分析和评估，并进行系统可靠性评估与优化，以保证系统具有良好的稳定性和性能。
- 进行实验数据采集和处理，并进行数据可视化与分析，以获得更为细致、准确的数据信息。
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。
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转子绕线机控制系统的串联滞后-
超前校正设计
目录
1 初始条件 (1)
2 要完成的任务 (1)
3 设计方案 (2)
4 分析与计算 (2)
4.1 计算校正后系统的传递函数 (2)
4.2 绘制根轨迹 (5)
4.3仿真，阶跃响应 (7)
4.3.1 校正前系统的阶跃响应 (7)
4.3.2 校正后系统的阶跃响应 (8)
5 小结 (9)
参考文献 (11)
转子绕线机控制系统的串联滞后-超前校正设计
1 初始条件
已知转子绕线机控制系统的开环传递函数:
)
10)(5()(++=
s s s K
s G
要求系统的静态速度误差系数115-≥s K v ， 60≥γ。
2 要完成的任务
1、 M ATLAB 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、 前向通路中插入一滞后超前校正装置，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、 用Matlab 对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线，计算其时域性能指标。
5、 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。
3 设计方案
根据要求设计滞后超前校正装置，确定各参数值，通过matlab 对校正后系统编程分析，最终确定满足要求的传递函数，并通过matlab 绘制系统的bode 图、根轨迹以及通过Simulink 对系统进行阶跃函数的仿真，计算时域指标。
4 分析与计算
4.1 计算校正后系统的传递函数
有初始条件可知，系统的开环传递函数是：)
10)(5()(++=
s s s K
s G ，要求校正后的速
度误差系数115-≥s K v ，首先将传递函数化简成标准形式，可得到：
)
11.0)(12.0(50
/)(++=s s s K s G
根据速度误差系数公式1
-=
v v s k k 可得到：K=750，则开环传递函数为:
)
11.0)(12.0(15
)(++=s s s s G
令s=jw ，带入到上式，得到：
w w w w w jw G 1.0arctan 2.0arctan 9001.0104.0115
)(02
2---∠++=
利用matlab 求解系统开环传递函数的相角裕度和截止频率，以下是程序： K=750;
G=zpk([],[0 -5 -10],K) bode(G);grid;
[h,r,wx,wc]=margin(G)
可得到相角裕度r= 2.3353e-005，截止频率c w =7.07rad/s ，穿越频率x w =7.07rad/s ，幅值裕度h=1。
以下是运用matlab 得到的bode 图：
图4-1 校正前系统的bode 图
接下来计算之后超前网络的传递函数，令"c w =x w ，x w =7， a w =0.01"
c w =0.07，
b w =0.1"
c w =0.7，
d w =22，绘制校正前后的对数幅频渐近特性曲线：
图4-2 校正前后的对数幅频渐近特性曲线
由系统校正后的对数幅频渐近特性曲线可写出系统校正后的传递函数：
2
)122/)(107.0/()
17.0/(15)(+++=
s s s s s G
运用matlab 计算校正后系统的相角裕度，程序如下：
n=[21.428 15]
d=[0.0295 1.3 14.377 1 0] g1=tf(n,d)
[mag,phase,w]=bode(g1) margin(g1)运行后得： r=60.7︒
Bode 图如下：
图4-3 校正后系统的bode图4.2 绘制根轨迹
校正前系统根轨迹程序：
num=1
den=conv(conv([1,0],[1,5]),[1,10])
rlocus(num,den)
title('校正前系统根轨迹图')
图4-4 校正前系统根轨迹
校正后系统根轨迹程序：
>> n=[1 0.7];
>> d=[1 44.07 487.08 33.88];
>> g1=tf(n,d);
>> rlocus(g1);
图4-5 校正后系统根轨迹程序
4.3仿真，阶跃响应
4.3.1 校正前系统的阶跃响应
通过Simulink构造校正前系统模型，如下所示：
图4-6 校正前系统模型
仿真结果如下图所示，由图可知，系统的峰值时间p t=1.5s，系统不稳定。
图4-7 校正前系统的阶跃响应曲线
4.3.2 校正后系统的阶跃响应
通过Simulink 构造校正后系统模型，如下所示：
图4-8 校正后系统模型
仿真结果如下图所示：由图可知，校正后系统的峰值时间p t =3s ，最大值m h =1.2，终
值∞h =1，调节时间s t =5s ，根据超调量公式%100⨯-=
∞
∞
h h h m δ可得到超调量δ=20%。
图4-9 校正后系统的阶跃响应曲线
通过对系统开环传递函数的校正，可以看出，校正之后系统最终趋于一个稳定的值，而不像校正之前的程发散状态。
从bode图可以看到，校正后系统的相角裕度为60.7度，静态速度误差系数为15，均满足题目要求，由此可以看出，串入的滞后超前传递函数达到了预期的要求。
5 小结
自动控制技术已广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大的提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动条件，丰富和提高了人民的生活水平。
在今天的社会生活中，自动化装置无所不在，为人类文明进步做出了重要贡献。
我所做的题目是转子绕线机控制系统的串联滞后-超前校正设计，对于滞后超前校正，理论知识很容易理解，但真正的要去解答实际问题，总是会遇到很多我们在课本上没有遇到的问题，比如对于这个题目，若按照《自动控制原理》课本上讲述的方法，不仅做起来很麻烦，而且得不到满足要求的传递函数，经过查找资料和老师的讲解，运用另外一种方法，可以求出校正后满足要求的系统，但对于滞后超前传递函数，又不满足标准形式，诸如此类问题，如果没有通过课程设计，没有通过仿真软件进行仿真，是很难发现的。
不仅如此，通过这次的课程设计，还对仿真软件matlab的强大功能有了进一步的了解，比如绘制根轨迹、bode图等，这为我以后更好的应用这款软件奠定了基础。
通过本学期对《自动控制原理》这门课程的学习，是我对自动化专业有了更深的了解，同时极大的提高了我对自动化专业的兴趣。
课堂学习主要注重于理论知识，而我们要将所学知识应用于实际，在此阶段，课程设计便是最好的选择了，通过课程设计，我们可以温习我们所学的理论知识，同时为将理论知识运用于实际搭建了一个很好的平台，不仅如此，通过这次的课程设计，使我知道了在当今的信息技术如此发达的世界中，我们必须运用多种渠道，去学习研究。
并要很好的运用计算机和一些软件，只有这样，我们才能更好地、精确地、快速地解决问题。
还有就是提高了自主解决问题的能力。
参考文献
[1] 胡寿松.自动控制原理(第四版).北京科学出版社，2007
[2] 胡寿松.自动控制原理(第五版).北京科学出版社，2007
[3] 薛定宇.控制系统仿真与计算机辅助技术.机械工业出版社，2005
[4] 蒋珉.控制系统计算机仿真.电子工业出版社，2006
[5]刘卫国.MATLAB程序设计教程.中国水利水电出版社，2005。