自控课程设计报告

合集下载

自动控制原理课程设计报告(自控)

自动控制系统课程设计课题名称单位负反馈系统的校正设计学院（系）信息工程与自动化专业班级 08自动化姓名杨宝贵学号 *********指导老师乔永凤设计日期 2010.12.20目录一、设计目的------------------------- 3二、设计任务与要求--------------------- 32.1设计任务 ------------------------- 32.2设计要求 ------------------------- 3三、设计方法步骤及设计校正构图----------- 33.1校正前系统分析--------------------- 3 3.2校正方法 ------------------------- 6 3.3校正装置 ------------------------- 73.4校正后系统分析--------------------- 9四、课程设计小结与体会----------------- 12五、参考文献------------------------- 13一、设计目的1. 掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。

2. 掌握对系统相角裕度、稳态误差和穿越频率以及动态特性分析。

3. 掌握利用MATLAB 对控制理论内容进行分析和研究的技能。

4. 提高分析问题解决问题的能力。

二、设计任务与要求2.1设计任务设单位负反馈系统的开环传递函数为：))101.0)(1(/()(++=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045≥γ；2) 在单位斜坡输入下的稳态误差为0625.0≥ss e ； 3) 系统的穿越频率大于2rad/s 。

2.2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MA TLAB 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。

自动控制原理专业课程设计方案报告

自控课程设计课程设计(论文)设计（论文）题目单位反馈系统中传输函数研究学院名称 Z Z Z Z 学院专业名称 Z Z Z Z Z学生姓名 Z Z Z 学生学号 Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课老师 Z Z Z Z Z设计（论文）成绩单位反馈系统中传输函数研究一、设计题目设单位反馈系统被控对象传输函数为 )2)(1()(00++=s s s K s G （ksm7）1、画出未校正系统根轨迹图，分析系统是否稳定。

2、对系统进行串联校正，要求校正后系统满足指标：（1）在单位斜坡信号输入下，系统速度误差系数=10。

（2）相角稳定裕度γ>45º , 幅值稳定裕度H>12。

（3）系统对阶跃响应超调量Mp <25%,系统调整时间Ts<15s3、分别画出校正前，校正后和校正装置幅频特征图。

4、给出校正装置传输函数。

计算校正后系统截止频率Wc和穿频率Wx。

5、分别画出系统校正前、后开环系统奈奎斯特图，并进行分析。

6、在SIMULINK中建立系统仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性步骤和回环非线性步骤，观察分析非线性步骤对系统性能影响。

7、应用所学知识分析校正器对系统性能影响（自由发挥）。

二、设计方法1、未校正系统根轨迹图分析根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式根在s平面上改变轨迹。

1）、确定根轨迹起点和终点。

根轨迹起于开环极点，最终开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。

故起于0、-1、-2，最终无穷处。

2）、确定分支数。

根轨迹分支数和开环有限零点数m和有限极点数n中大者相等，连续而且对称于实轴；本题中分支数为3条。

3）、确定根轨迹渐近线。

渐近线和实轴夹角为φa，交点为：σa。

且：φa=(2k+1)πn−m k=0,1,2······n-m-1; σa=∈pi−∈zin−m;则：φa=π3、3π3、5π3；σa=0−1−23=−1。

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。

自动控制课程设计

自动控制课程设计汇报人：2024-01-02•自动控制概述•自动控制原理•自动控制系统设计目录•自动控制系统实例分析•自动控制系统的应用与发展•课程设计任务与要求01自动控制概述定义与特点定义自动控制是一门研究如何通过自动调节和控制系统的参数、结构和行为，实现系统预定目标的学科。

特点自动控制具有快速响应、高精度、高稳定性和可靠性等特点，广泛应用于工业、农业、军事、航空航天等领域。

通过自动化控制，可以大幅提高生产效率，降低人工成本。

提高生产效率自动控制系统能够精确控制生产过程中的各种参数，从而提高产品质量。

保证产品质量在一些危险的环境中，自动控制系统可以替代人工操作，保障生产安全。

保障生产安全自动控制的重要性控制器用于接收输入信号，根据控制算法计算输出信号，控制被控对象的运行状态。

执行器根据控制器发出的控制信号，调节被控对象的参数或状态。

传感器用于检测被控对象的参数变化，并将检测信号转换为可处理的电信号。

调节机构根据执行器的调节信号，调整被控对象的参数或状态。

自动控制系统的基本组成02自动控制原理01开环控制系统是一种没有反馈的控制系统，其控制过程是单向的。

02开环控制系统的优点是结构简单，控制精度高，但抗干扰能力较弱。

03开环控制系统适用于对精度要求较高，但环境干扰较小的场合。

01闭环控制系统是一种具有反馈的控制系统，其控制过程是双向的。

02闭环控制系统通过实时监测被控对象的输出，将实际输出与期望输出进行比较，从而调整控制信号。

03闭环控制系统具有较好的抗干扰能力和适应性，适用于对精度和稳定性要求较高的场合。

A BC D控制系统的性能指标稳定性指系统在受到扰动后能否回到原始平衡状态的能力。

准确性指系统输出与期望输出的偏差大小，即系统的误差大小。

快速性指系统对输入信号的响应速度，即系统达到稳定状态所需的时间。

抗干扰性指系统对外部干扰的抵抗能力，即系统在受到干扰后仍能保持稳定和准确性的能力。

01常见的分析方法有：劳斯判据、赫尔维茨判据、奈奎斯特判据等。

自动控制课程设计15页

自动控制课程设计15页一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握自动控制的基本理论、方法和应用，培养学生分析和解决自动控制问题的能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）掌握自动控制的基本概念、原理和特点；（2）熟悉常见自动控制系统的结构和特点；（3）了解自动控制技术在工程应用中的重要性。

2.技能目标：（1）能够运用自动控制理论分析实际问题；（2）具备设计和调试简单自动控制系统的能力；（3）掌握自动控制技术的实验方法和技能。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的创新意识和团队合作精神；（2）增强学生对自动控制技术的兴趣和热情；（3）培养学生关注社会发展和科技进步的意识。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.自动控制基本理论：包括自动控制的概念、原理、特点和分类；2.控制系统分析：涉及线性系统的时域分析、频域分析以及复数域分析；3.控制器设计：包括PID控制、模糊控制、自适应控制等方法；4.常用自动控制系统：如温度控制、速度控制、位置控制等系统的原理和应用；5.自动控制系统实验：包括实验原理、实验设备、实验方法和数据分析。

三、教学方法为了达到本课程的教学目标，将采用以下教学方法：1.讲授法：用于传授基本理论和概念，使学生掌握基础知识；2.讨论法：通过分组讨论，培养学生分析问题和解决问题的能力；3.案例分析法：分析实际工程案例，使学生了解自动控制技术的应用；4.实验法：动手进行实验，培养学生实际操作能力和实验技能。

四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法，将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，如《自动控制原理》等；2.参考书：提供相关领域的经典著作和论文，供学生深入研究；3.多媒体资料：制作课件、视频等，辅助讲解和展示；4.实验设备：准备自动控制实验装置，供学生进行实验操作。

五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，将采用以下评估方式：1.平时表现：包括课堂参与度、提问回答、小组讨论等，占总成绩的20%；2.作业：布置适量作业，检查学生对知识点的理解和应用能力，占总成绩的30%；3.考试：包括期中和期末考试，主要测试学生对课程知识的掌握程度，占总成绩的50%。

自动控制操作课程设计

自动控制操作课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解自动控制系统的基本原理，掌握控制系统的组成、分类及工作方式。

2. 使学生掌握自动控制系统的数学模型，并能运用相关公式进行简单计算。

3. 帮助学生了解自动控制系统的性能指标，如稳定性、快速性、准确性等。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析自动控制系统的能力，能对实际系统进行简单的建模与仿真。

2. 让学生学会使用自动控制设备，进行基本操作和调试，具备一定的动手实践能力。

3. 培养学生利用自动控制系统解决实际问题的能力，提高创新意识和团队协作能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动控制技术的兴趣，激发学习热情，形成积极的学习态度。

2. 引导学生认识到自动控制在国家经济建设和科技进步中的重要作用，增强学生的社会责任感和使命感。

3. 培养学生严谨的科学态度，养成勤奋刻苦、团结协作的良好品质。

本课程针对高年级学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果，以便后续的教学设计和评估。

课程内容紧密联系课本，确保学生所学知识的实用性和针对性。

通过本课程的学习，使学生能够在理论知识和实践操作方面均取得较好的成果。

二、教学内容本章节教学内容依据课程目标，紧密结合教材，确保科学性和系统性。

主要包括以下几部分：1. 自动控制原理：介绍自动控制系统的基本概念、分类及其应用，重点讲解开环控制系统和闭环控制系统的原理及特点。

2. 控制系统数学模型：讲解控制系统的数学描述方法，包括传递函数、状态空间表达式等，并通过实例进行分析。

3. 控制系统性能分析：介绍控制系统的稳定性、快速性、准确性等性能指标，结合教材章节，进行深入讲解。

4. 自动控制设备操作与调试：教授自动控制设备的基本操作方法，包括控制器参数设置、传感器和执行器的使用等，并安排实践环节，让学生动手操作。

5. 自动控制系统仿真与设计：结合教材内容，指导学生运用仿真软件对自动控制系统进行建模、仿真和分析，培养学生的实际操作能力。

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≥。

自控原理课程实验报告

一、实验目的1. 理解并掌握自动控制原理的基本概念和基本分析方法。

2. 熟悉自动控制系统的典型环节，包括比例环节、积分环节、比例积分环节、惯性环节、比例微分环节和比例积分微分环节。

3. 通过实验，验证自动控制理论在实践中的应用，提高分析问题和解决问题的能力。

二、实验原理自动控制原理是研究自动控制系统动态和稳态性能的学科。

本实验主要围绕以下几个方面展开：1. 典型环节：通过搭建模拟电路，研究典型环节的阶跃响应、频率响应等特性。

2. 系统校正：通过在系统中加入校正环节，改善系统的性能，使其满足设计要求。

3. 系统仿真：利用MATLAB等仿真软件，对自动控制系统进行建模和仿真，分析系统的动态和稳态性能。

三、实验内容1. 典型环节实验（1）比例环节：搭建比例环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数对系统性能的影响。

（2）积分环节：搭建积分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析积分时间常数对系统性能的影响。

（3）比例积分环节：搭建比例积分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数和积分时间常数对系统性能的影响。

（4）惯性环节：搭建惯性环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析时间常数对系统性能的影响。

（5）比例微分环节：搭建比例微分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数和微分时间常数对系统性能的影响。

（6）比例积分微分环节：搭建比例积分微分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数、积分时间常数和微分时间常数对系统性能的影响。

2. 系统校正实验（1）串联校正：在系统中加入串联校正环节，改善系统的性能，使其满足设计要求。

（2）反馈校正：在系统中加入反馈校正环节，改善系统的性能，使其满足设计要求。

3. 系统仿真实验（1）利用MATLAB等仿真软件，对自动控制系统进行建模和仿真，分析系统的动态和稳态性能。

（2）根据仿真结果，优化系统参数，提高系统性能。

四、实验步骤1. 搭建模拟电路：根据实验内容，搭建相应的模拟电路，并连接好测试设备。

自动控制原理课程设计报告材料

自动控制原理课程设计报告材料一、引言自动控制原理是现代工程领域中一门重要的学科，它涉及到控制系统的设计、分析和优化。

本课程设计报告旨在介绍我所完成的自动控制原理课程设计，并详细阐述设计过程、实验结果及分析。

二、设计目标本次课程设计的目标是设计一个能够实现温度控制的自动控制系统。

通过该系统，能够实时监测温度变化并根据设定的温度范围自动调节加热器的工作状态，以保持温度在设定范围内稳定。

三、设计原理1. 系统框架设计的自动控制系统由传感器、控制器和执行器组成。

传感器负责实时监测温度变化，控制器根据传感器的反馈信号进行判断和控制决策，执行器则根据控制器的指令调节加热器的工作状态。

2. 控制算法本次设计采用了经典的比例-积分-微分（PID）控制算法。

PID控制器通过计算误差的比例、积分和微分部分的权重，来调节执行器的输出信号，以实现对温度的精确控制。

3. 系统建模为了进行系统控制算法的设计和分析，我们需要对系统进行建模。

本次设计中，我们采用了一阶惯性环节模型来描述加热器和温度传感器之间的关系。

四、实验步骤1. 硬件搭建首先，我们搭建了一个实验平台，包括加热器、温度传感器、控制器和执行器等硬件设备。

确保各个设备之间的连接正确并稳定。

2. 参数调节接下来，我们通过对PID控制器的参数进行调节，使得系统能够快速响应、稳定控制。

通过试验和调整，我们得到了最优的PID参数。

3. 实验数据采集在实验过程中，我们采集了一系列的温度数据，包括初始温度、设定温度和实际温度等。

同时，记录了控制器的输出信号和执行器的工作状态。

4. 数据分析与结果验证通过对实验数据的分析，我们验证了设计的自动控制系统的性能。

分析结果表明，该系统能够准确地控制温度在设定范围内波动，并具有良好的稳定性和鲁棒性。

五、实验结果与讨论1. 温度控制精度经过多次实验，我们得到了控制系统的温度控制精度。

结果表明，系统能够将温度控制在设定范围内，误差较小。

2. 响应时间实验结果显示，系统对温度变化的响应时间较短，能够快速调节加热器的工作状态以保持温度稳定。

自动控制原理课程设计报告PPT课件

16
16
U
w
1100/4//420/223023
电机
4
4
（3）、电机的转速与卷进轴的转速相同，所以电机的转速与纸张的线速
度成线性关系。
w
V
K2
卷进轴
（4）、由三个滑轮和一个弹簧秤组成的测力系统对纸20/223023
张力测量系统
5
5
（5）、将测得的张力反馈到比较装置与预设张力进行比较
m 400 37.0550 200
m 22.9450
2、计算衰减率
m
sin1 1 1
1 sin m 1 sin m
0.44
1100/4//420/223023
13
13
3、确定新的开环截止频率
Lo
()
m
1 2
20lg
1
Lo
(c
)
c
4.15
1 20lg 1 2
3.6db
4、确定两转折频率：
F
F
1
反馈
四;系统的结构框图
F1(
K1
s)
K2
F2（s）
1100/4//420/223023
6
6
五：传递函数
由系统的结构框图可以求函数为得，系统的开环传递：
G0
s
K1K2 Km Kn
TmS 1TnS 1
闭环传递函数：
Gc
s
Tm S
1
K1K2 Km Kn
TnS 1 K1K2KmKn
1100/4//420/223023
1
1 T
c 2.75
5、补偿增益：
2
1 T
1
c

自动控制原理课程设计报告_3

自动控制原理课程设计专业：自动化班级：姓名：学号：指导教师：自动化与电气工程学院2013 年 01月 11日目录1、设计目的 (2)2、设计内容 (2)3、设计过程和步骤 (2)4、软件仿真 (6)5、电路模拟以及结果分析 (7)6、思考题 (9)7、设计小结 (10)8、参考文献 (10)连续定常系统的频率法超前校正1.设计目的(1)了解串联超前校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响；(2)掌握用频率特性法分析自动控制系统动态特性的方法；(3)掌握串联超前校正装置的设计方法和参数调试技术；(4)掌握设计给定系统超前校正环节的方法，并用仿真技术验证校正环节理论设计的正确性；(5)掌握设计给定系统超前校正环节的方法，并模拟实验验证校正环节理论设计的正确性。

2.设计内容已知单位反馈控制系统的开环传递函数为：G0(s)=Ks(0.2s+1)(0.01s+1)设计超前校正装置，使校正后系统满足：K v=100s−1, ωc≥30s−1,σ%≤36% 3．设计过程和步骤3.1 确定开环增益K根据给定静态误差系数的要求，确定开环增益KK v=lims→0sG0(s)=lims→0sKs(0.2s+1)(0.01s+1)=100s−1得K=100。

3.2画出未校正系统的伯德图未校正系统的开环函数：G0(s)=100s(0.2s+1)(0.01s+1)=50000s(s+5)(s+100)MATLAB中输入以下语句：>> Go=zpk([],[0 -5 -100],50000);>> bode(Go)>> margin(Go)得到未校正系统的Bode图，如图1所示，并由图可知未校正系统的相角余P m=γ1= 0.596deg ,剪切频率ωc=21.8s−1。

图1未校正系统的Bode图3.3 确定最大超前相角由题目要求可知，校正后的系统的超调量σ%≤36%，高阶系统有以下公式，超调量：σ%=0.16+0.4(Mγ−1)谐振峰值：Mγ=1 sinγ由以上公式可得，当σ%=36%时，γ=41.8°，由于系统的开环对数幅频特性在剪切频率处的斜率为−40db/dec，一般取ε=5~10。

自动化控制原理课程设计报告(一)

自动化控制原理课程设计报告(一)自动化控制原理课程设计报告引言•简要介绍自动化控制原理的重要性和应用场景。

•阐述课程设计报告的目的和意义。

课程设计目标•描述本次课程设计的具体目标和要求。

•解释该目标的意义和对学习者的影响。

设计思路•分析课程设计要求，确定设计思路的基本框架。

•阐述设计思路的合理性和可行性。

•介绍所采用的主要方法和技术。

实施步骤1.项目准备阶段–研究相关资料和文献，了解当前的研究进展和应用场景。

–调研市场上已有的自动化控制系统，分析其特点和优缺点。

2.系统设计阶段–定义系统的功能和性能指标。

–利用系统理论和数学模型设计控制策略。

–根据系统需求和参数设计硬件电路和软件程序。

3.系统实施与调试阶段–制作自动化控制系统的原型。

–进行系统实施和集成测试。

–进行系统调试和优化。

4.系统性能评估阶段–测试和评估系统在不同情况下的性能和稳定性。

–分析评估结果，并对系统进行改进和优化。

5.报告撰写和展示阶段–撰写课程设计报告，并整理相关实验数据和图表。

–准备课程设计的展示材料和演示文稿。

–展示和演示课程设计成果，并回答相关问题。

实施结果与分析•分析所设计的自动化控制系统在实际应用中的性能和稳定性。

•对系统的优点和局限性进行分析和总结。

•提出改进和优化的方向和建议。

结论•简要总结整个课程设计的过程和成果。

•强调该课程设计对学习者的价值和意义。

参考文献•列出参考文献的主要信息。

以上是一篇关于自动化控制原理课程设计报告的相关文章，通过标题和副标题的形式来呈现内容。

文章采用markdown格式，按照列点的方式生成，遵守了不出现html字符、网址、图片和电话号码等内容的规则。

希望对您有所帮助！。

自控实验报告终极版

自动控制原理课程设计实验报告一、实验目的1、了解自动控制原理的数学和系统稳定验证的方法。

2、了解自动控制系统的放大系数对系统的稳态误差和稳定性的影响。

3、熟悉MABLAB 系统仿真的应用，加强对MABLAB 软件应用的认识。

二、实验内容1、设单位反馈控制系统的开环传递函数如下，试用MATLAB 绘制闭环根轨迹图。

33*)2()1()(++=s s K s G2、两个系统的传递函数分别为：)65)(1)(254()144)(3(50)()()1(2232++-++++-=s s s s s s s s s s H s G )1)(2)(6())(133(3)()()2(2222323+++-+++++=s s s s s s s s s s s s H s G 计算上述所给系统在2=ω和20=ω时的幅频特性)(ωA ，对数幅频特性)(ωL 以及相频特性)(ωϕ。

（用MATLAB 验证） 3、设单位反馈的开环传递函数为)15.0)(1()(0++=s s s Ks G要求设计一串联校正网络，使校正后系统的开环增益K=5，相角裕度不低于40°，幅值裕度不小于10dB.(用MATLAB 验证)三、实验步骤及MATLAB 验证仿真1、设单位反馈控制系统的开环传递函数如下，试用MATLAB 绘制闭环根轨迹图。

33*)2()1()(++=s s K s G 解：33*)2()1()(++=s s K s G用MATLAB 绘制闭环根轨迹图如下：程序：num=conv([1 1],conv([1 1],[1 1])); den=conv([1 2],conv([1 2],[1 2])); sys=tf(num,den); rlocus(sys); grid on其闭环根轨迹图如下：2、两个系统的传递函数分别为：)65)(1)(254()144)(3(50)()()1(2232++-++++-=s s s s s s s s s s H s G )1)(2)(6())(133(3)()()2(2222323+++-+++++=s s s s s s s s s s s s H s G(1) 解：)(lg 20)(3462541)14(5094116)25()14(950)()()()3)(2)(1)(425()12)(3(50))H(j ()3)(2)(1)(254()12)(3(50)()(42222222222222222ωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωωA L j H j G A j j j j j j j j G s s s s s s s s s H s G =+-+++=++++-++==++-+-+-=+--+++-=当ω<5时,o2o2o o 90)2arctan()arctan()254arctan()2arctan(2)32arctan(-)3arctan()2arctan())arctan(180(254arctan90)2arctan(2)3arctan(-180)(--+--+-=---+----++=ωωωωωωωωωωωωωωϕ当ω>5时,o2o2o o 270)2arctan()arctan()254arctan()2arctan(2)32arctan(-)3arctan()2arctan())arctan(180(254arctan90)2arctan(2)3arctan(-180)(--+--+-=---+----++=ωωωωωωωωωωωωωωϕ当ω=2时,87.7904543.6385.2093.15138.6790)22arctan()2arctan()22524arctan()42arctan()322arctan()2(513.999.2lg 20)2lgA(20)2L(99.224346254414214450)2(o o24-=--+-+-=--+-⨯-+-=≈==≈+⨯-+++⨯⨯=ϕ）（A当ω=20时,9. 24027029.8414.8704.1214.17793. 162270)220arctan()20arctan()2025204arctan()402arctan()3202arctan( )20(7.31026.0lg20)20lgA(20)20L(026.0204003462544001400 201400450) 20 (o o2 4-=--+++-=--+-⨯-+-=-≈==≈+⨯-+++⨯⨯=ϕ）（A用MATLAB验证如下：程序：num=conv(50,conv([1 -3],[4 4 1]));den=conv([1 4 25 0],conv([1 -1],[1 5 6]));sys=tf(num,den);margin(sys);grid on其MABLAB验证图如下：由计算值和MATLAB 验证可知，当ω=2时，()()%032.0%100)2()2()2(:16.8251.92L ,87.7)2(513.9)2(99.2)2()2(≈⨯'-=-='='-===L L L L A L δϕϕ故其误差值分别为，，仿真值：，，理论值：%68.3%100)22()2()2(-≈⨯'-=（）ϕϕϕδϕ当时20=ω理论值：()()，）（，， 9.240207.3120L 026.020A -=-≈≈ϕ仿真值：()()，， 241207.3120L -='-='ϕ故其误差值分别为：()()()()()()%04.0%1002020200%10020L 20L 20L 2020L -≈⨯'-==⨯'-=ϕϕϕδδϕ）（）（（2）解：)1)(2)(2)(3()1(3)1)(2)(6())(133(3)()(242222323+++-++=+++-+++++=s s s s s s s s s s s s s s s s s s s H s G )1)(2)(2)(3()1(3)()(24ωωωωωωωωωj j j j j j j H j G +-+-++=422222222222221)4(9)1(3)1(449)1(3|)()(|)(ωωωωωωωωωωωωωωωω+-+++=+-++++==j H j G A )(lg 20)(ωβωA L =()()()()()05.027087.247.8155.34827020120arctan 320arctan 20arctan 42077.908.3lg 2020lg 202008.320201420920120203)20(,2026.162702arctan 4270212arctan 32arctan 2arctan 4)2(18.35275lg 20)2(lg 20)2(44.1221)42(92)12(23)2(,22701arctan3arctan arctan 4)1arctan 180(2arctan )]7arctan(180[3arctan arctan 490)(,1242222242222222-=-+-≈----=≈==≈+-+++⨯⨯==-≈-=----====≈+-+++⨯⨯==----=-+---+--+=>ϕωϕωωωωωωωωωωωωϕωA L A A L A 时当时当时当用MATLAB 验证如下：程序：num=conv(3,conv([1 3 3 1],[1 1 0 0])); den=conv([1 1 -6],conv([1 2 0],[1 1 1])); sys=tf(num,den); margin(sys)； grid on其MATLAB 验证图如下：(下一页)由计算值和MATLAB 验证可知; 当时，2=ω理论值：()()() 26.162,18.32,44.12-≈=≈ϕL A 验证值：()() 2.162,17.32-='='ϕL 故其误差值分别为：()%14.3%100)2()2(2)2(≈⨯'-=L L L L δ%37.0%100)2()2()2()2(≈⨯'-=ϕϕϕδϕ当时，20=ω理论值：()()() 05.02077.920L 08.320A -=≈≈ϕ，，验证值：()() 0512.02041.920L -='='ϕ，故其误差值分别为：()()()()%68.3%10020L 20L 2020L ≈⨯'-=L δ()()()%4.2%10020202020-=⨯'-=ϕϕϕδϕ）（3、设单位反馈的开环传递函数为)15.0)(1()(0++=s s s Ks G要求设计一串联校正网络，使校正后系统的开环增益K=5，相角裕度不低于40°，幅值裕度不小于10dB.(用MATLAB 验证)解：设校正后c ω截止频率为r c ''",ω为指标求值，通过串联滞后校正，设滞后校正传递函数为()sss G c 71671++=()()())12)(1(1015.01++=++=s s s s s s s s G()()()12110++=ωωωωj j j j G()2110lg2022++=ωωωωL() 902arctanarctan ---=ωωωψ由()()c c c r r ωψω''+''''='' ,且()c c ωψ''取为 14- ,得()() 541440=+=''-''=''''c r c r ωψω由()()c c r ''+=''''ωψω 180得 () 126180540-=-=''x ωψ通过Bode 图得 442.0="c ω程序： num=[10]; den=[1,3,2,0]; G=tf(num,den); margin(G); grid on其MATLAB 伯德图如下：则()1.202442.01442.0442.010log20442.02≈++='=⎪⎭⎫ ⎝⎛"'L L c ω所以有：()()()()()ss s s s s s s s s s G s G s G c 266.30449.45383.1501083.15083.1501083.15115.0152340++++=++⋅++=⋅=程序：num1=[10];den1=[1,3,2,0]; num2=[150.83,10];den2=[150.83,453.49,304.66,2,0]; G1=tf(num1,den1); margin(G1); hold onG2=tf(num2,den2); margin(G2); bode(G1,':'); grid on其MATLAB 验证图如下()sss G T b bTl b c cc 83.1501083.15183.1501.015.010lg 20++=⎩⎨⎧==⎪⎩⎪⎨⎧''==⎪⎭⎫ ⎝⎛"'+得ωω校正前系统阶跃响应如下：程序：num=[10];den=[1,3,2,0];G=tf(num,den);figure(1);step(feedback(G,1,-1));grid on其MATLAB验证图如下校正后系统阶跃响应如下：程序：num=[150.83,10];den=[150.83,453.49,304.66,2,0]; G=tf(num,den);figure(1);step(feedback(G,1,-1));grid on其MATLAB验证图如下校正方法分析：ω附近很窄的频率范围内在此题中，采用相位超前校正是不怎么有效的，此例在c对数幅频和相频特性衰减很快，若采用相位超前校正，虽然校正环节可提供超前相角，ω右移，又将使系统的相位产生较大的滞后量，而使系统的相位裕量不会有但又会使c明显的改善。

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。

自动控制基础课程设计

自动控制基础课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解自动控制的基本概念、原理及分类。

2. 学生能掌握数学模型在自动控制中的应用，包括传递函数、状态空间等。

3. 学生能描述自动控制系统的性能指标，如稳定性、快速性、准确性等。

技能目标：1. 学生能运用数学工具建立简单的自动控制系统的数学模型。

2. 学生能分析自动控制系统的动态性能，并进行简单的设计与优化。

3. 学生能通过实例分析和问题解决，培养实际操作和动手能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动控制技术的兴趣和热情，激发他们探索未知、创新实践的欲望。

2. 培养学生严谨的科学态度，使他们能够客观、理性地分析自动控制问题。

3. 培养学生的团队协作精神，使他们能够在小组合作中发挥个人优势，共同解决问题。

本课程针对高中年级学生，结合自动控制基础课程的特点，注重理论知识与实际应用的结合。

课程目标旨在帮助学生建立扎实的自动控制理论基础，培养他们分析、解决实际问题的能力，并激发他们对自动控制技术的兴趣和热情。

通过本课程的学习，学生将能够掌握自动控制的基本原理，具备一定的自动控制系统分析与设计能力，为后续学习及未来发展奠定基础。

二、教学内容1. 自动控制基本概念：控制系统定义、分类及基本组成部分。

- 教材章节：第一章自动控制概述2. 数学模型：传递函数、状态空间、线性系统特性。

- 教材章节：第二章控制系统的数学模型3. 控制系统性能分析：稳定性、快速性、准确性、平稳性。

- 教材章节：第三章控制系统的性能分析4. 控制器设计：比例、积分、微分控制，PID控制器设计及应用。

- 教材章节：第四章控制器设计5. 自动控制系统实例分析：典型自动控制系统的分析及优化。

- 教材章节：第五章自动控制系统实例6. 实验教学：动手实践，验证理论知识，培养实际操作能力。

- 教材章节：第六章自动控制实验本章节教学内容按照课程目标进行科学组织和系统安排，注重理论教学与实验操作的相结合。

自动化控制的课程设计

自动化控制的课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解自动化控制的基本概念，掌握其定义、分类及应用领域。

2. 使学生掌握自动化控制系统的组成、工作原理及其数学模型。

3. 帮助学生掌握自动化控制系统中常见传感器的工作原理及其选用方法。

技能目标：1. 培养学生运用自动化控制原理解决实际问题的能力。

2. 培养学生设计简单的自动化控制系统方案，并进行仿真分析的能力。

3. 提高学生进行团队协作、沟通表达和动手实践的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动化控制技术及其应用的兴趣，激发创新意识。

2. 增强学生对我国自动化控制领域发展的了解，培养民族自豪感。

3. 引导学生关注自动化控制技术在生活中的应用，认识到自动化技术对人类社会的贡献。

课程性质分析：本课程为专业技术课程，旨在使学生掌握自动化控制的基本理论、方法和技术，培养学生解决实际问题的能力。

学生特点分析：学生为高中年级学生，具有一定的物理、数学基础，对新鲜事物充满好奇，喜欢动手实践。

教学要求：1. 结合课本内容，注重理论联系实际，提高学生的实践操作能力。

2. 运用生动形象的语言、案例和现代教育技术手段，提高课堂教学效果。

3. 强化团队合作，培养学生的沟通能力和协作精神。

二、教学内容1. 自动化控制基本概念：包括自动控制定义、分类、应用领域；自动化控制系统发展历程。

教材章节：第一章自动化控制概述2. 自动化控制系统组成及工作原理：介绍开环控制、闭环控制、复合控制等基本形式；分析控制器、执行器、传感器等组成部分的功能和作用。

教材章节：第二章自动化控制系统组成及工作原理3. 自动化控制数学模型：线性系统、非线性系统数学模型；传递函数、状态空间表达式等。

教材章节：第三章自动化控制数学模型4. 常见传感器及其选用：介绍温度、压力、流量、位置等传感器的工作原理、性能参数及选用方法。

教材章节：第四章常用传感器及其应用5. 自动化控制案例分析：分析典型的自动化控制系统案例，如工业生产、交通运输、智能家居等领域。

自控设计实验报告

一、实验目的1. 了解自动控制系统的基本组成和原理。

2. 掌握常用自动控制系统的设计方法。

3. 学会使用实验设备进行系统搭建和参数调试。

4. 提高动手实践能力和问题解决能力。

二、实验原理自动控制系统是指利用自动控制装置实现被控对象输出量的自动控制。

其基本组成包括被控对象、控制器、执行机构和反馈环节。

本实验采用PID控制器进行系统设计，通过调节PID参数实现对被控对象的精确控制。

三、实验设备与器件1. 计算机一台2. NI ELVIS多功能虚拟仪器综合实验平台一套3. LabVIEW软件4. 12V直流电机一个5. 光电管一个6. 电阻若干7. 导线若干四、实验步骤1. 系统搭建（1）根据实验要求，在ELVIS平台上搭建PID控制系统，包括被控对象、控制器、执行机构和反馈环节。

（2）连接光电管，用于检测被控对象的转速。

（3）连接电阻和导线，完成电路连接。

2. 参数调试（1）启动LabVIEW软件，编写PID控制器程序。

（2）根据实验要求，设置PID参数（比例、积分、微分系数）。

（3）通过调整PID参数，观察系统响应曲线，分析系统性能。

3. 实验数据记录（1）记录不同PID参数下的系统响应曲线。

（2）分析系统性能，包括超调量、稳态误差、上升时间等。

五、实验结果与分析1. 实验结果通过调整PID参数，得到以下实验结果：- 当比例系数Kp=1.2，积分系数Ki=0.1，微分系数Kd=0.01时，系统响应曲线如图1所示。

- 当比例系数Kp=0.5，积分系数Ki=0.2，微分系数Kd=0.05时，系统响应曲线如图2所示。

2. 实验分析（1）从实验结果可以看出，增大比例系数Kp，系统响应速度加快，但超调量增大。

（2）增大积分系数Ki，系统稳态误差减小，但响应速度变慢。

（3）增大微分系数Kd，系统响应曲线更加平滑，但超调量可能增大。

（4）根据实验结果，选择合适的PID参数，可以使系统性能达到最佳。

六、实验总结1. 本实验通过搭建PID控制系统，掌握了自动控制系统的基本组成和原理。

课程设计自动控制原理

课程设计自动控制原理一、教学目标本节课的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。

知识目标要求学生掌握自动控制原理的基本概念、原理和应用；技能目标要求学生能够运用自动控制原理分析和解决实际问题；情感态度价值观目标要求学生培养对自动控制原理的兴趣和好奇心，提高学生学习的积极性和主动性。

通过本节课的学习，学生将能够：1.理解自动控制原理的基本概念和原理；2.掌握自动控制系统的分析和设计方法；3.能够运用自动控制原理解决实际问题；4.培养对自动控制原理的兴趣和好奇心，提高学习的积极性和主动性。

二、教学内容本节课的教学内容主要包括自动控制原理的基本概念、原理和应用。

具体包括以下几个方面：1.自动控制原理的定义和发展历程；2.自动控制系统的分类和基本原理；3.控制器的设计方法和应用；4.自动控制原理在实际工程中的应用案例。

教学内容的安排和进度如下：1.第一课时：介绍自动控制原理的定义和发展历程；2.第二课时：讲解自动控制系统的分类和基本原理；3.第三课时：介绍控制器的设计方法和应用；4.第四课时：分析自动控制原理在实际工程中的应用案例。

三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本节课采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。

1.讲授法：通过教师的讲解，向学生传授自动控制原理的基本概念和原理；2.讨论法：引导学生参与课堂讨论，培养学生的思考能力和团队合作精神；3.案例分析法：分析实际工程中的应用案例，让学生更好地理解和掌握自动控制原理；4.实验法：安排实验环节，让学生动手实践，提高学生的实际操作能力。

四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，本节课选择和准备以下教学资源：1.教材：选用《自动控制原理》教材，作为学生学习的主要参考资料；2.参考书：推荐学生阅读《现代自动控制原理》等参考书籍，加深对自动控制原理的理解；3.多媒体资料：制作PPT课件，通过图片、动画等形式展示自动控制原理的相关概念和原理；4.实验设备：准备自动控制系统实验设备，让学生进行实际操作和观察。