武汉科技大学自动控制原理课程设计
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。
单位负反馈系统设计校正 自动控制原理课程设计武汉科技大学自动化.
武汉科技大学自动控制原理课程设计课程名称：单位负反馈系统设计校正班级：自动化2010级1006班学号：20100*****姓名：王立指导教师：熊凌2013年1月2日目录1课程设计内容以及要求 (1)1.1设计内容 ............................................................................................................................. 1 1.2 内容 .................................................................................................................................... 1 1.3设计要求 ............................................................................................................................. 2 2系统的分析 (2)2-1原系统的分析 .................................................................................................................... 2 2-2 超前校正系统 ................................................................................................................... 4 2-3 滞后校正系统分析 ........................................................................................................... 6 3 系统滞后超前分析 .. (9)3-1系统滞后超前校正 ............................................................................................................ 9 3﹣2校正系统的实现方式 .................................................................................................... 11 实验小结.. (13)1课程设计内容以及要求1.1设计内容已知单位负反馈系统的开环传递函数为：1()(1)(1)10100k G s Ks 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。
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。
自动控制原理课程设计
一、 设计目的：1、 了解控制系统设计的一般方法、步骤。
2、 掌握对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析的方法。
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、 设计内容与要求：设计内容：1、阅读有关资料。
2、对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析。
3、绘制根轨迹图、Bode 图、Nyquist 图。
4、设计校正系统，满足工作要求。
设计条件：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≥。
设计要求：1、 能用MATLAB 解复杂的自动控制理论题目。
2、能用MATLAB 设计控制系统以满足具体的性能指标。
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。
三、 设计方法，步骤，时间分配1、自学MATLAB 软件的基本知识。
包括MATLAB 的基本操作命令、控制系统工具箱的用法等，并上机实验。
Matlab 主窗口包括命令窗口（Command Window ），工作间窗口(Workspace)，当前目录窗口(Current Directory)，历史命令窗口(Command History)等。
在主窗口左下角的start 按钮，可以进行设置，演示，打开工具箱等操作。
2、基于MATLAB 用频率法对系统进行串联校正设计，使其满足给定的频域性能指标。
要求程序执行的结果中有校正装置传递函数和校正后系统开环传递函数，校正装置的参数T ，a 等的值。
静态速度误差系数15-≥s k v ,K v =0lim >-S )125.0()1(0+⨯+⨯S S S k S ,因此，50≥k 串联超前校正函数：G C (S)=TS aTS ++11在Command Window 中编写下列程序：0()(1)(0.251)K G S S S S =++ k0=5;n1=1;d1=conv(conv([1 0],[1 1]),[0.25 1]) ;sope=tf(k0*n1,d1);结果如下：Transfer function:5-----------------------0.25 s^3 + 1.25 s^2 + s第一次校正后系统的开环传递函数：Transfer function:17.5 s + 5---------------------------------------0.0011 s^4 + 0.2555 s^3 + 1.254 s^2 + s程序如下：nc1=[3.5 1]dc1=[0.0044 1]n2=conv(n1,nc1);d2=conv(d1,dc1);scope=tf(n2,d2)bode(n2,d2);hold on[gm,pm,wg,wp]=margin(n2,d2);第二次校正后系统的开环传递函数：2.135 s^2 + 18.11 s + 5-------------------------------------------------------6.27e-005 s^5 + 0.01566 s^4 + 0.327 s^3 + 1.311 s^2 + s程序如下：nc2=[0.122 1]dc2=[0.057 1]n3=conv(n2,nc2);d3=conv(d2,dc2);scope=tf(n3,d3)bode(n3,d3);[gm,pm,wg,wp]=margin(n3,d3)Bode 图：校正前后的Bode 图如图所示：经验证：校正前的系统的相角裕量γ= 7.3342e-006°，幅值穿越频率Wc=2.0000rad/s 。
《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。
武科大自控课程设计
武科大自控课程设计一、教学目标本课程的教学目标旨在帮助学生掌握自动控制基本理论、方法和应用，培养学生的科学思维和创新能力。
通过本课程的学习，学生应达到以下具体目标：1.理解自动控制的基本概念、原理和数学模型。
2.熟悉经典控制理论和现代控制理论的基本方法。
3.掌握自动控制系统的设计和分析方法。
4.能够运用MATLAB等工具进行控制系统分析和设计。
5.具备阅读和分析自动控制相关英文文献的能力。
6.能独立完成自动控制实验，具备实际问题解决能力。
情感态度价值观目标：1.培养学生的团队合作精神和自主学习能力。
2.增强学生对自动控制领域的兴趣，激发创新意识。
3.培养学生具备工程伦理和社会责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括自动控制基本理论、方法和应用。
教学大纲如下：1.自动控制概述：自动控制的基本概念、原理和数学模型。
2.经典控制理论：包括线性系统理论、非线性系统理论、稳定性分析、频率响应分析、根轨迹法等。
3.现代控制理论：包括状态空间法、最优控制、鲁棒控制、自适应控制等。
4.自动控制系统设计：包括模拟和数字控制系统设计，以及基于MATLAB的控制系统分析与设计。
5.自动控制应用：涉及工业自动化、机器人控制、生物医学工程等领域的应用案例。
三、教学方法为提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式：1.讲授法：用于阐述基本概念、理论和方法。
2.讨论法：鼓励学生参与课堂讨论，培养思考和表达能力。
3.案例分析法：分析实际应用案例，加深对自动控制理论的理解。
4.实验法：通过实验操作，掌握自动控制系统的设计和分析方法。
四、教学资源为支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：《自动控制原理》（第五版），吴恩达著。
2.参考书：《现代控制系统》，理查德·小奈森著。
3.多媒体资料：包括教学PPT、视频讲座、在线课程等。
4.实验设备：自动控制实验装置，包括传感器、执行器、控制器等。
武科大-2013《自动控制原理课程设计》任务书 2013.12)
二○一三～二○一四学年第一学期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：学号：姓名：指导教师：二○一三年十二月《自动控制原理课程设计》任务书一、 基本情况课程代码：0403035 课程类别：必修课 课程学分：1学分 课程学时：1周 课程对象：自动化二、时间安排三、 题目、任务及要求已知：某负反馈系统的开环传递函数 ()()()⎪⎭⎫ ⎝⎛++=1101s s s Ks H s G ，利用时域分析法，根轨迹法和频率分析法分析系统，并用频域法设计控制器。
一、根轨迹法1）.绘制系统根轨迹图。
2）利用根轨迹图，求系统临界稳定时的K 值。
3）应用主导极点的概念，计算ξ=1/2时，系统的超调量和调节时间。
二、时域分析法1）.利用劳斯判据，判断K 的稳定域。
2）计算当K=5时，将此三阶系统近似为二阶系统，并计算系统的暂态特性指标，超调量，调节时间。
3）当输入为单位斜坡信号时，计算系统的稳态误差。
三、频域分析法1）当K=5时，绘制系统开环幅相特性，应用奈氏判据判定系统的稳定性。
2）当K=5时，绘制系统对数频率特性曲线，并计算相应裕量和增益裕量，并根据相位裕量和增益裕量判定系统稳定性。
四、频域法设计要求系统在单位斜坡输入下稳态误差小于0.02，且相位裕量()︒≥45cωγ，请利用串联校正方法，设计控制器()sG C,并写出控制器的实现方式。
四、设计报告及书写内容要求课程设计任务完成后，每位同学必须独立书写一份课程设计报告，注意：不得抄袭他人的报告（或给他人抄袭），一旦发现，成绩为零分。
1)分析过程完整，计算正确，利用MATLAB进行结果验证；2)设计要求，说明串联校正的设计思路（滞后校正，超前校正或滞后-超前校正）；3)详细设计（包括的图形有：串联校正结构图，校正前系统的Bode图，校正装置的Bode图，校正后系统的Bode图）；4)MATLAB编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）；5)校正实现的电路图及仿真实验结果（校正前后系统的阶跃响应图－MATLAB或SMULINK辅助设计）；6)校正前后的系统性能指标的计算；7)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）。
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。
武汉科技大学自动控制原理
二○一二～二○一三学年第一学期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：学号：姓名：指导教师：吕建林二○一二年十二月一.设计目的通过本次课程设计，学习并掌握超前校正网络设计的方法，培养自己分析问题，解决问题的能力。
此外，使用Matlab 软件进行系统仿真，从而进一步掌握Matlab 的使用方法及其编程方法，学会把理论知识运用到实际问题上，培养自己综合运用知识的能力。
二.设计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 Ks G k用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。
任务：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0''45)(>c ωγ。
（3）系统校正后，幅值穿越频率50'>c ω。
三.设计步骤1）根据要求的稳态品质指标，求系统的开环增益值由系统在单位斜坡信号t t r =)(的作用下，系统的稳态误差005.0≤ss e得， 取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(要求利用MATLAB 软件编程进行辅助设计) 待校正系统的开环传递函数为：其Bode 图为：Bode图程序代码如下：num=[200];den=[0.1 1 0];sys=tf(num,den);w=logspace(-1,3,1000);bode(sys,w);margin(sys)由图得校正前系统的幅值穿越频率：故可算出待校正系统的相位裕量为：相位裕量偏小的原因是因为校正前系统的对数幅频特性中频区的斜率是 ，系统的动态特性会有严重的振荡，需要校正装置进行校正。
40/dB dec（3）画出串联校正结构图如下：选择串联校正类型并分析比较：a).若选择串联滞后校正装置，可使幅值穿越频率减小，而校正前该系统幅值穿越频率本来就小于预期值，加该装置后，误差会越来越大，不符合要求，故排除改选择。
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。
自动控制原理课程设计
《自动控制理论》课程设计任务书一、课程设计(综合实验)的目的与要求本课程为《自动控制理论A》的课程设计，是课堂的深化。
设置《自动控制理论A》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。
作为自动化专业的学生很有必要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。
二、主要内容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》课程设计方案
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MATLA成为学生的基本技能，熟悉MATLA 这一解决具体工程问题的标准软件，能熟练地应用MATLAB^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寸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MATLA软件分析复杂和实际的控制系统。
2.能用MATLA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勺CONTROL SYSTEM具箱和SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。
二、设计内容2.1 控制系统的数学建模控制系统的分析是以控制系统的数学模型为基础的。
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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武汉科技大学自动控制原理课程设计二○一四～二○一五学年第一学期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学时学分：1周1学分班级：自动化12级01班学号：姓名：指导教师：柴利2014年12月一．课程设计目的：综合运用本课程的理论知识进行控制系统分析及设计，利用MATLAB 作为编程工具进行计算机实现，复习与巩固课堂所学的理论知识，提高了对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步了解控制系统的分析设计理论与过程。
二．设计任务与要求：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 s Ks G k用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。
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≤sse；（2）系统校正后，相位裕量0''45)(>c ωγ。
（3）系统校正后，幅值穿越频率50'>cω。
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线传递函数（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）。
2设计要求：1) 分析设计要求，说明串联校正的设计思路（滞后校正，超前校正或滞后-超前校正）； 2) 详细设计（包括的图形有：串联校正结构图，校正前系统的Bode 图，校正装置的Bode 图，校正后系统的Bode 图）；3) M ATLAB 编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）；4) 校正实现的电路图及实验结果（校正前后系统的阶跃响应图－MATLAB 或SIMULINK 辅助设计）；5) 校正前后的系统性能指标的计算。
三．串联校正设计方法：1校正前系统分析： 开环传递函数()()11.0+=s s K s G ，;005.0≤ess()()005.01111.0s 11.02lim ≤=+++=→ks k s s s ss ss e ；故k 取最小值时，k=200。
则系统的开环传递函数()()11.0200+=s s s G ；校正前结构图：Simulink 仿真图：在MATLAB 中编写如下程序： figure(1)%校正前的阶跃响应曲线 num0=[200];den0=[0.1,1,0];G0=tf([num0],[den0]); %校正前的传递函数G1=feedback(G0,1)% 校正前的单位闭环传递函数t=0:0.01:1.4;step(G1,t); gridxlabel('t');ylabel('c(t)');title('单位阶跃响应');校正前阶跃响应曲线为：计算未校正前系统的性能指标：未校正系统的bode图：在MATLAB中编写如下程序：figure(2)margin(G0);grid[gm0,pm0,wg0,wp0]=margin(G0)%未校正前相角裕度pm0，剪切频率wp0angle=labelyudu-pm0+range%校正后系统剪切频率处的超前相角angle_rad=angle*pi/180a_sys=(1-sin(angle_rad))/(1+sin(angle_rad ))%网络的系数Au=10*log10(1/a_sys)%校正网络的增益Wc=71.62 %校正后系统剪切频率W1=Wc*sqrt(a_sys)%矫正网络的两个交接频率W2=Wc/sqrt(a_sys)num1=[1/W1,1];den1=[1/W2,1]; Gc=tf(num1,den1)校正前bode 图srad w c /2.44截止频止8.121=︒=：，由图知，相角裕度：γ。
2 画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型：由于校正前相位裕度为08.12=γ，其中幅值裕度满足要求，而相位裕度都不满足要为不影响低频特性和改善动态响应性能，采用串联超前校正。
校正结构图如下：)(s R )(s W c )(s G )s H （)(s C 一采用串联超前校正，用微分电路实现校正，其校正电路如图所示：3校正装置：根据系统相位裕度︒≥45γ的要求，微分校正电路相角超前量应为： 00002.47158.1245=+=－ϕ 故 1533.0_sin 1in 1==+-=sys a s ϕϕα在校正后系统剪切频率m cw w ='处，校正网络的增益应为在校正后系统剪切频率mcw w ='处，校正网络的增益应为()dB Au 146.81lg 10==α 前面计算cw '的原理，可以计算出未校正系统增益为-8.18dB 处的频率即为校正后系统的剪切频率cw '，即()40/lg /1lg 10='ccww α； mccw s rad ww ==='/62.7114α校正网络的两个交接频率分别为srad W w w s rad W w w m m /0.1832//04.28121======αα，系统的校正装置开环传递函数为：()1005466.0103567.010.183104.28++=++=s s sss G c校正装置结构图如下：利用MATLAB 绘画校正装置的bode 图在MATLAB 中编写如下程序：figure(3)%校正的bode 图 margin(Gc); grid[gmc,pmc,wgc,wpc]=margin(Gc);校正装置bode 图4校正后系统分析：经超前校正后，系统开环传递函数为：()()()()()100544.011.010358.0200171.18311.0192.27200+++=⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛+=s s s s s s s s s G校正后结构图：在MATLAB中编写如下程序：figure(4); %校正后单位阶跃响应G=G0*Gc;G2=feedback(G,1);t=0:0.001:0.2; step(G2,t);gridxlabel('t');ylabel('c(t)');title('校正后单位阶跃响应');校正后阶跃响应曲线为：利用MATLAB 绘画系统校正后的bode图在MATLAB中编写如下程序：figure(5);margin(G);grid[gm,pm,wg,wp]=margin(G);校正后系统的bode图：由上图可知，相角裕度0045='γ；55≥3.幅值穿越频率s8.='；各项指标均/70>w/radsrad50满足设计要求。
1)校正前后的单位阶跃响应对比图。
在MATLAB中编写如下程序：figure(6)%校正前后单位阶跃响应对比图t=0:0.001:1.4;y1=step(G1,t);y2=step(G2,t);plot(t,y1,'--',t,y2);grid;xlabel('t');yla bel('c(t)');title('校正前后单位阶跃响应对比图');text(0.08,1.644,'校正前');text(0.06,1.116,'校正后');校正前后阶跃响应对比曲线：%1818.109.004.025.00%54.96965.1986.77020.00354.0==========s m s p r s m s p r t c s t s t s t t c s t s t s t ，超调量最大值，，调节时间，峰值时间上升时间标：出校正后的系统性能指现在我们可以从图中看，超调量最大值，，调节时间，峰值时间上升时间正前的系统性能指标：前面我们已经计算出校四．离散控制系统的数字校正：1校正前系统分析：自动控制系统在稳态下的控制精度的度量。
控制系统的输出响应在过渡过程结束后的变化形态称为稳态。
稳态误差为期望的稳态输出量与实际的稳态输出量之差。
控制系统的稳态误差越小说明控制精度越高。
因此稳态误差常作为衡量控制系统性能好坏的一项指标。
控制系统设计的课题之一，就是要在兼顾其他性能指标的情况下，使稳态误差尽可能小或者小于某个容许的限制值。
稳态误差的分类稳态误差按照产生的原因分为原理性误差和实际性误差两类：①原理性误差为了跟踪输出量的期望值和由于外扰动作用的存在，控制系统在原理上必然存在的一类稳态误差。
当原理性稳态误差为零时，控制系统称为无静差系统，否则称为有静差系统。
原理性稳态误差能否消除，取决于系统的组成中是否包含积分环节（见控制系统的典型环节）。
②实际性误差系统的组成部件中的不完善因素（如摩擦、间隙、不灵敏区等）所造成的稳态误差。
这种误差是不可能完全消除的，只能通过选用高精度的部件，提高系统的增益值等途径减小。
稳态误差的计算方法：在连续系统中，稳态误差的计算可以通过两种方法计算：一是建立在拉氏变换中值定理基础上的计算方法，可以求出系统的终值误差；另一种是从系统误差传递函数出发的动态误差系数法，可以求出系统动态误差的稳态分量。
在离散系统中，根据连续系统稳态误差的两种计算方法,在一定的条件下可以推广到离散系统。
又由于离散系统没有唯一的典型结构形式，离散系统的稳态误差需要针对不同形式的离散系统来求取。
设单位反馈误差采样系统如图所示：系统脉冲传递函数为)(11)()(z G z R z E +==φ若离散系统是稳定的，则可用z 变换的终值定理求出采样瞬时的终值误差)](1[)()1(lim )()1(lim )(lim )(1111*z G z R z z E z t e e z z t +-=-==∞-→-→∞→线性定常离散系统的稳态误差，不但与系统本身的结构和参数有关，而且与输入序列的形式及幅值有关。
除此之外，离散系统的稳态误差与采样系统的周期的选取也有关。
上式只是计算单位反馈误差采样离散系统的基本公式，当开环脉冲传递函数G(z)比较复杂时，计算e(∞)仍然有一定的计算量，因此希望把线性定常连续系统中系统型别及静态误差系数的概念推广到线性定常离散系统，以简化稳态误差的计算过程。
理论计算：s T k ss Kv T Ess k z G z v z G z R z z E z t e e ss e z z z z k z s s k s k s k s s k s s k s z Tzz R t t c z z z t T5.02T 21s,T ,200,005.0E ,/)()1(lim K I ,)](1[)()1(lim )()1(lim )(lim )(E )1()(G z )1011(11.01.01.01.0)11.0(1.01.0)11.0(G )1()(,)(r s s 111*102≤≤≥≤=≤==-=+-=-==∞=---=+-=+-=+=+=-==→→→∞→-得根据香农定理则有由对于斜坡输入则有，型系统，则结合课本有对于根据稳态误差变换为：开环传递函数的）（开环传递函数所以输入信号为单位斜坡人ωω 2校正尝试：以下抽取采样时间先确定大致范围然后利用二分法进行T1=0.5s ，T2=0.05s 时，经过仿真系统不稳定，故不再详细阐述。