自控原理课程设计报告剖析
自动控制原理课程设计报告
《自动控制原理》课程设计报告姓名：***__________ 学号： **********______ 班级： 13电气 1班______ 专业：电气工程及其自动化学院：电气与信息工程学院江苏科技大学（张家港）2015年9月目录一、设计目的 (3)二、设计任务 (3)三、具体要求 (4)四、设计原理概述 (4)4.1校正方式的选择 (4)4.2集中串联校正简述 (5)4.2.1串联超前校正 (5)4.2.2串联滞后校正 (5)4.2.3串联滞后-超前校正 (5)4.2.4串联校正装置的一般性设计步骤 (5)五、设计方案及分析 (6)5.1高阶系统的频域分析 (6)5.1.1 原系统的频率响应特性及阶跃响应 (7)5.1.2使用Simulink观察系统性能 (9)5.1.3 搭建模拟实际电路 (10)5.1.4 对原系统的性能分析 (12)5.2校正方案确定与校正结果分析 (13)5.2.1 采用串联超前网络进行系统校正 (13)5.2.3 采用串联滞后—超前网络系统进行校正 (18)5.2.4 使用EWB搭建校正后模拟实际电路 (23)六、总结 (26)一、设计目的1.通过课程设计熟悉频域法分析系统的方法原理2.通过课程设计掌握滞后—超前校正作用与原理3.通过在实际电路中校正设计的运用，理解系统校正在实际中的意义二、设计任务 控制系统为单位负反馈系统，开环传递函数为)1025.0)(11.0()(++=s s s K s G ，设计滞后-超前串联校正装置，使系统满足下列性能指标：1、开环增益100K ≥2、超调量30%p σ<3、调整时间0.5s t s<三、具体要求1、要求分别用手工设计方法和计算机编程设计方法设计校正装置，可以是多个；2、其次根据设计结果，在计算机上进行仿真；3、并利用线性组件（运算放大器、电阻、电容等）构成各种环节，在模拟装置上进行实验调试，达到规定的性能指标。
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。
昆明学院自动控制原理课程设计报告
自动控制原理课程设计报告课程名称：自动控制原理设计题目：自动控制原理MATLAB仿真院系：自动控制与机械工程学院班级：2013级电气工程及其自动化3班姓名：烤火卡学号：指导教师：李云娟自动控制原理课程设计报告一．实验目的和意义：1.了解matlab 软件的基本特点和功能，熟悉其界面，菜单和工具条；掌握线性系统模型的计算机表示方法，变换以及模型间的相互转换。
了解控制系统工具箱的组成，特点及应用；掌握求线性定常连续系统输出响应的方法，运用连续系统时域响应函数（impulse,step,lsim）,得到系统的时域响应曲线。
2.掌握使用MATLAB软件作出系统根轨迹；利用根轨迹图对控制系统进行分析；掌握使用MATLAB软件作出开环系统的波特图，奈奎斯图；观察控制系统的开环频率特性，对控制系统的开环频率特性进行分析。
3.掌握MATLAB软件中simulink工具箱的使用；熟悉simulink中的功能模块，学会使用simulink对系统进行建模；掌握simulink的方真方法。
二．实验原理（1）MATLAB语言的特点及其主要功能：MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分它将数值分析，矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连 matlab开发工作界面接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图中处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
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实验报告
目录0 绪论 (1)1系统分析和模型建立 (1)1.1 背景知识 (1)1.2 模型建立 (1)1.3性能指标分析 (2)1.3.1 典型的闭环频率特性 (2)1.3.2 二阶系统闭环幅频特性与时域指标的关系 (2)1.3.3 高阶闭环系统与二阶系统的关系 (3)2系统校正 (3)2.1 基于根轨迹法系统校正 (3)2.2 基于频率法的系统校正 (8)2.2.1 电流环校正分析 (8)2.2.2 速度环校正分析 (9)2.2.3 位置环校正分析 (11)2.2.4 前馈控制 (15)3系统仿真检验 (16)3.1 基于根轨迹法校正的系统仿真检验 (16)3.2 基于频率法校正的系统仿真检验 (18)3.3 饱和环节对输出的影响 (24)4电路实现 (27)4.1 比例放大环节电路实现 (27)4.2 串联超前校正装置的实现 (27)4.3 前馈校正装置的实现 (29)5总结 (31)5.1 设计总结 (31)5.2 心得体会 (31)0绪论直流电动机以其良好的控制特性得到了广泛的应用。
本次设计正是以直流电机为模型，基于控制系统常用的性能指标，提出合理的设计方案。
本次设计是对前边所学课程的综合应用，也是与工程实践相结合的一个良好范本。
本次设计，旨在加深对自动控制原理和元件等知识的深入理解，也为后继课程的学习奠定基础。
1系统分析和模型建立1.1背景知识标准直流电机控制系统的基本方框图如图1-1所示。
图1- 11.2模型建立根据题给条件，对参数进行求取。
其中转动惯量又由力矩系数，知反电势系数。
，，求得，。
则电机的模型如图1-2所示。
1图1- 21.3性能指标分析1.3.1典型的闭环频率特性对于典型的单位反馈闭环系统，闭环幅频特性具有以下特点：(1)若开环传递函数含有串联积分环节，则闭环幅频特性在处。
否则(2)在低频段，闭环幅频特性变化缓慢，比较平滑。
(3)随着增大，闭环幅频特性会出现谐振峰，谐振峰对应的角频率成为谐振频率。
《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报告
一、自动控制的相关概念1含义所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。
2控制系统类型（1）开环控制系统只有输入量的前向控制作用，输出量并不反馈回来影响输入量的控制作用，因而，我们将它称为开环控制系统（Open-Loop Control System）。
开环控制系统可用下图表示。
开环系统的优点——结构简单，系统稳定性好，调试方便，成本低。
因此，在输入量和输出量之间的关系固定，且内部参数或外部负载等扰动因素不大，或这些扰动因素可以预测并进行补偿的前提下，应尽量采用开环控制系统。
开环控制的缺点——当控制过程中受到来自系统外部的各种扰动因素，如负载变化、电源电压波动等，以及来自系统内部的扰动因素，如元件参数变化等，都将会直接影响到输出量，而控制系统不能自动进行补偿。
因此，开环系统对元器件的精度要求较高。
（2）闭环控制系统闭环控制系统（Close-Loop Control System）又称反馈控制系统（Feedback Control System），是在闭环控制系统中，把输出量检测出来，经过物理量的转换，再反馈到输入端去与给定值（参考输入）进行比较（相减），并利用比较后的偏差信号，以一定的控制规律产生控制作用，抑制内部或外部扰动对输出量的影响，逐步减小以至消除这一偏差，从而实现要求的控制性能。
闭环控制的优点——抑制扰动能力强，与开环控制相比，对参数变化不敏感，并能获得满意的动态特性和控制精度。
闭环控制的缺点——但是引入反馈增加了系统的复杂性，如果闭环系统参数的选取不适当，系统可能会产生振荡，甚至系统失稳而无法正常工作，这是自动控制理论和系统设计必须解决的重要问题。
3自动控制系统的组成·被控对象（或过程）——又称控制对象或受控对象，指需要对它的某个特定的量进行控制的设备或过程。
《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。
自动控制原理实验报告(实验一,二,三)分析
自动控制原理实验报告实验名称：线性系统的时域分析线性系统的频域分析线性系统的校正与状态反馈班级：学号：姓名：指导老师：2013 年12 月15日典型环节的模拟研究一. 实验目的1．了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式2．观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响二．实验内容及步骤观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。
改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验报告运行LABACT 程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。
具体用法参见用户手册中的示波器部分1)．观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。
图3-1-1 典型比例环节模拟电路传递函数：01(S)(S)(S)R R K KU U G i O === ； 单位阶跃响应： K )t (U = 实验步骤：注：‘S ST ’用短路套短接！（1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT ），作为系统的信号输入（Ui ）；该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。
① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中矩形波’（矩形波指示灯亮）。
② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度＞1秒（D1单元左显示）。
③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 4V （D1单元‘右显示）。
（2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。
（a ）安置短路套 （b ）测孔联线（3）运行、观察、记录：打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V 阶跃），观测A5B 输出端（Uo ）的实际响应曲线。
自动控制原理课程设计报告
1、 设计内容开环传递函数：()(0.011)(1)KG s s s s =++,对传递函数进行分析，包括时域、频域、根轨迹分析。
要求校正后系统的性能指标为： 45γ>°，05.0<ss e2、 设计要求分析函数，说明校正的设计思路（超前校正，滞后校正或滞后－超前校正；），详细设计（包括的图形有:校正前系统的Bode 图，校正后系统的Bode 图；)，用MATLAB 编程代码及运行结果（包括图形、运算结果；）,校正前后系统的单位阶跃响应图。
3、 校正前系统分析3.1时域指标的计算与MATLAB 分析3.1.1由05.0<ss e 得出，系统型别v=1，K=20。
3.1.2将开环传递函数求出闭环传递函数：系统为为单位负反馈系统，得出：自然振荡频率 ωn =4.47 rad/s ，阻尼角β=4.17º，阻尼比 ξ=0.11，衰减系数 б=0.49，振荡频率 ωd =4.423.1.3时域性能指标：由公式得 超调量 σ%=49%，峰值时间 t p=π/ωd =0.70S调节时间t s=9.81S（Δ=0.02）上升时间t r=π-β/ ωd=0.25S3.1.4MATLAB分析：输入为单位阶跃响应， MATLAB程序参看附录；MATLAB图如下：图3-1 单位阶跃响应及其动态性能指标3.1.5动态性能指标：超调量：σ%=75% ，调节时间：t s=9.34S （Δ=0.02）上升时间：t r=0.251S (取由稳态值的10%到90%)，峰值时间：t p=0.703s3.1.6MATLAB分析得出：通常由上升时间或峰值时间来评价系统的响应速度；用超调量来评价系统的阻尼程度；而调节时间是同时反映响应速度和阻尼程度的综合性能指标。
系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡曲线，最后趋于稳定。
2图3-1 单位阶跃响应及其动态性能指标图3-2 稳态值的10%到90%3.2根轨迹稳定分析3.2.1根轨迹分析：由开环传递函数得出有三个极点，分别为：s=-100,-1,0 极点数N=3，零点数M=0S=-100为非主导极点（舍去），s=-1和s=0为主导极点，无零点。
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。
自动控制原理课程设计报告书
磁盘驱动读取系统概述：磁盘驱动读取装置的目标是要将磁头准确定位，以便正确读取磁盘磁道上的信息，由于磁盘旋转速度在1800转/分和7200转/分之间，磁头在磁盘上方不到10nm的地方运动，所以位置精度指标要求非常高。
此系统轨道的位置是通过读取预先录制在上的信息（格式化完成）进行检测的，因此反馈通道的传递函数取为：H(s)=1。
此外我们近似磁头与手臂之间的簧片是完全刚性的，所以影响磁头定位的主要扰动因素是外界的冲击、震动和系统内部参数发生改变等因素，我们要改进控制系统，以减小扰动因素的影响。
在这次设计中我们将用到比例控制，超前校正控制，滞后—超前校正控制等方法。
一、利用实验数据建立对象数学模型（考虑读写头与悬臂刚性连接）实验原理图：相关数据：飞升曲线标幺曲线根据程序：t=t(15:30);y1=y(15:30);y2=y1/0.092008;y3=1-y2;y4=log(y3);plot(t,y4)gridp=polyfit(t,y4,1)并得到：p =-829.6900 1.5860所以：K=-829.69,b=1.586 得到斜率坐标曲线如下图：斜率坐标图计算如下：所以对象传递函数:G(s)=0.92008/(1.156×10-6S3+2.16×10-3S2+S)二、采用比例控制，系统的性能指标要求：超调量%<5%，调整时间t s <200ms ，单位扰动的最大响应小于5‰1、控制系统方块图：R(S) C(S2、根据根轨迹程序：a=[0.92008];b=[1.156e-006 0.00216 1 0]; sys=tf(a,b); rlocus(sys); gridrlocfind(sys)>> Select a point in the graphics window selected_point =-7.4426e+002 -8.3668e+000ians =26.5803得到如图根轨迹：Ka 0.92008/(0.00121S+1)1/(0.000958S+1)1/s 1根轨迹图在保证系统稳定的前提下，折中选出比例增益，系统稳定要求闭环系统的极点位于S平面的右半面，通过根轨迹图可知当%=4.88%时，系统Ka=2473、系统的稳定裕度编程：ka=247;sys1=tf([0.92008*ka],[ 0.00121 1])sys2=tf([1],[0.000958 1 0])sys3=series(sys1,sys2);bode(sys3)gridmargin(sys3)[h r wg wc]=margin(sys3)运行结果：Transfer function:227.3-------------0.00121 s + 1Transfer function:1----------------0.000958 s^2 + sh =8.2297 （幅值欲量h）r =63.7349 （相角欲量r）wg =928.8050 （交接频率w g）wc =215.3773 （截止频率w c）BODE图4、单位阶跃给定作用下的响应曲线编程：ka=247;t=0:0.0001:10;sys1=tf([0.92008*ka],[ 0.00121 1])sys2=tf([1],[0.000958 1 0])sys3=series(sys1,sys2);sys4=feedback(sys3,[1])[y,t]=step(sys4,t);plot(t,y)grid得到曲线如图：5、单位扰动作用下的响应曲线编程：ka=247;t=0:0.001:2;sys1=tf( 1,[0.000958 1 0])sys2=tf(0.92008*ka,[0.00121 1])sys3=feedback(sys1,sys2)[y,t]=step(sys3,t);plot(t,y)grid得到曲线如图：5、小结通过多次改变Ka的可得到以下表中的多组数据：Ka 225 235 247 255 265超调量 3.14% 3.95% 4.88% 5.57% 6.4%调节时间（s）0.014 0.013 0.012 0.012 0.0130.0049 0.0048 0.0046 0.0045 0.0044对单位阶跃扰动的响应的最大值由此折中选择Ka=247为合适的。
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。
自动控制原理课程设计报告
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：自动化0943学生姓名：XXX学号：XX指导教师：XX分院院长：XXX教研室主任：XX电气工程学院目录第一章 课程设计内容与要求分析1.1设计内容针对二阶系统)1()(+=s s Ks 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11)(++-=Ts Ts K s W cc α，其中132R R R K c +=，1)(132432>++=αR R R R R ，C R T 4=，“-”号表示反向输入端。
若Kc=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）。
1.2 设计要求11.0)(≤∞e ，开环截止频率 2 3） 4）设校正装置网络元件参数R4、5R=100K ，C=1F 、10F 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c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。
1.3 Matlab软件1.3.1基本功能MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。
自控原理课程设计报告--三阶系统校正
课程实习报告课程名称：自动控制原理及专业软件应用课程实习题目名称：三阶系统校正年级专业及班级：姓名：学号：指导教师：评定成绩：教师评语：指导老师签名：年月日目录摘要 (3)一、课程实习任务和要求 (4)二、未校正系统的分析 (5)（一）未校正系统零极点图 (5)（二）未校正系统根轨迹分析 (5)（三）未校正系统时域分析 (8)（四）未校正系统频域分析 (9)三、校正系统的设计 (11)（一）理论分析 (11)（二）理论计算 (13)四、校正后系统性能分析 (15)（一）频域分析 (15)（二）时域分析 (16)五、电路设计 (18)（一）典型环节电路图 (18)（二）校正后系统电路设计 (27)小结 (28)摘要所谓校正，就是在系统不可变部分的基础上，加入适当的校正元部件，使系统满足给定的性能指标。
主要有两大类校正方法：分析法与综合法。
分析法把校正装置归结为易于实现的超前校正、滞后校正、超前—滞后校正等几种类型，它们的结构是已知的，而参数可调。
通过校正方法确定这些校正装置的参数。
综合法又称为期望特性法。
它的基本思路是按照设计任务所要求的性能指标，构造期望的数学模型，然后选择校正装置的数学模型，使系统校正后的数学模型等于期望的数学模型。
本次课程设计，要求我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。
在课程实习中，先对待校正装置进行时域分析和频域分析，在算出原装置的参数，与系统要求对比之后决定使用串联滞后校正。
计算出串联滞后校正参数，将参数带入待校正的系统。
校正后的系统经过校验满足了系统要求。
再Simulink对系统进行了仿真，之后画出了校正系统的电路图。
关键字：串联校正串联滞后时域分析频域分析一、课程实习任务和要求（一）初始条件：设一系统的开环传递函数为：1)1)(0.5s s(s k(s)G 0++=，试设计串联校正网络)(s G c 。
性能指标要求：（1）系统稳态速度误差系数v K =5s-1; （2）相角裕度γ≥400。
《自动控制原理》课程设计报告
《自动控制原理》课程设计（理工类)课程名称：自动控制原理专业班级： 08自动化（1）班学生学号： 0804110601 学生姓名：丁丽华所属院部：机电工程学院指导教师：陈丽换2009 —-2010 学年第二学期金陵科技学院教务处制金 陵 科 技 学 院《自动控制原理》课程设计任务书课程序号 32 课程编号04184500实践序号 10 设计名称 自动控制原理课程设计 适用年级、专业 08自动化 时间 1 周一、 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：1、已知单位负反馈系统被控制对象的传递函数为K G(S)S(S 1)(S 2)=++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。
设计题目: 0K G(S)S(S 1)(S 2)=++，试用频率法设计串联滞后——超前校正装置，使系统的相角裕量045γ≥，静态速度误差系数1v K 10s -=,截止频率不低于1.5rad s设计步骤：1、静态速度误差系数1v K 10s -=，即当S —>0时，K G(S)S(S 1)(S 2)=++=10,解得K 0=20s -1。
即被控对象的开环传递函数:G （S)=)2)(1(20++S S S 。
2、滞后校正器的传递函数为：G C1(S)=TSbTS++11根据题目要求，取校正后系统的截止频率W C =1.5rad/s ，先试取b=0。
自动控制课程设计报告
一、自动控制的应用领域分析自动化控制系统的研究，几乎涵盖所有应用科学知识与技术的结合，领域范围及牵涉的科学知识与应用工具相当广泛，作为交叉学科，自动控制与其他很多学科有关联，尤其是数学和信息学，在制造，医药，交通，机器人，以及经济学，社会学中的应用也都非常广泛。
自动化控制的应用领域一般可分为以下几类：上述七大类自动化控制的范畴及其相关产品与设备，占社会经济产值相当比重，对国家社会经济影响很大，非常值得深思研究与开展应用随着自动化技术的开展与应用。
二、现代控制理论的开展及根本内容经典控制理论虽然具有很大的实用价值，但也有着明显的局限性。
其局限性表现在下面二个方面：第一，经典控制理论建立在传递函数和频率特性的根底上，而传递函数和频率特性均属于系统的外部描述〔只描述输入量和输出量之间的关系〕，不能充分反映系统内部的状态；第二，无论是根轨迹法还是频率法，本质上是频域法〔或称复域法〕，都要通过积分变换〔包括拉普拉斯变换、傅立叶变换、Z变换〕，因此原那么上只适宜于解决“单输入――单输出” 线性定常系统的问题，对“多输入――多输出”系统不宜用经典控制理论解决，特别是对非线性、时变系统更是无能为力。
现代控制理论正是为了克服经典控制理论的局限性而在20世纪50、60年代逐步开展起来的。
现代控制理论本质上是一种“时域法”。
它引入了“状态”的概念，用“状态变量”〔系统内部变量〕及“状态方程”描述系统，因而更能反映出系统的内在本质与特性。
从数学的观点看，现代控制理论中的状态变量法，简单地说就是将描述系统运动的高阶微分方程，改写成一阶联立微分方程组的形式，或者将系统的运动直接用一阶微分方程组表示。
这个一阶微分方程组就叫做状态方程。
采用状态方程后，最主要的优点是系统的运动方程采用向量、矩阵形式表示，因此形式简单、概念清晰、运算方便，尤其是对于多变量、时变系统更是明显。
特别是在Kalman提出的可控性和可观测性概念和极大值理论的根底上，现代控制理论被引向更为深入的研究。
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扬州大学水利与能源动力工程学院课程实习报告课程名称：自动控制原理及专业软件应用课程实习题目名称：三阶系统校正年级专业及班级：姓名：学号：指导教师：评定成绩：教师评语：指导老师签名：年月日目录摘要 (3)一、课程实习任务和要求 (4)二、未校正系统的分析 (5)（一）未校正系统零极点图 (5)（二）未校正系统根轨迹分析 (5)（三）未校正系统时域分析 (8)（四）未校正系统频域分析 (9)三、校正系统的设计 (11)（一）理论分析 (11)（二）理论计算 (13)四、校正后系统性能分析 (15)（一）频域分析 (15)（二）时域分析 (16)五、电路设计 (18)（一）典型环节电路图 (18)（二）校正后系统电路设计 (27)小结 (28)摘要所谓校正，就是在系统不可变部分的基础上，加入适当的校正元部件，使系统满足给定的性能指标。
主要有两大类校正方法：分析法与综合法。
分析法把校正装置归结为易于实现的超前校正、滞后校正、超前—滞后校正等几种类型，它们的结构是已知的，而参数可调。
通过校正方法确定这些校正装置的参数。
综合法又称为期望特性法。
它的基本思路是按照设计任务所要求的性能指标，构造期望的数学模型，然后选择校正装置的数学模型，使系统校正后的数学模型等于期望的数学模型。
本次课程设计，要求我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。
在课程实习中，先对待校正装置进行时域分析和频域分析，在算出原装置的参数，与系统要求对比之后决定使用串联滞后校正。
计算出串联滞后校正参数，将参数带入待校正的系统。
校正后的系统经过校验满足了系统要求。
再Simulink对系统进行了仿真，之后画出了校正系统的电路图。
关键字：串联校正串联滞后时域分析频域分析一、课程实习任务和要求（一）初始条件：设一系统的开环传递函数为：1)1)(0.5s s(s k(s)G 0++=，试设计串联校正网络)(s G c 。
性能指标要求：（1）系统稳态速度误差系数vK =5s-1;（2）相角裕度γ≥400。
（二）课程实习要求： 1．未校正系统的分析：（1）利用MATLAB 绘制未校正系统的开环和闭环零极点图（2）绘制根轨迹，分析未校正系统随着根轨迹增益变化的性能（如：稳定性、快速 性等）。
（3）绘制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。
（4）绘制系统开环传函的bode 图，利用频域分析方法分析系统的频域性能指标（如：相角裕度和幅值裕度等）。
2.绘制频域分析方法，根据题目要求选择校正方案，要求有理论分析和计算，并与 Matlab 仿真结果进行比较。
3.选定合适的校正方案（如：串联滞后/串联超前/串联滞后-超前等），理论分析并计算校正环节的参数，并确定何种装置实现。
4.绘制已校正系统的bode 图，与未校正系统的bode 图比较，判断校正装置是否符合性能指标要求，分析出现误差的原因。
5.绘制系统的阶跃响应曲线，分析校正装置的效果。
6.设计模拟电路。
二、未校正系统的分析（一）未校正系统零极点图1、MATLAB 绘图：（1）指令：>> n=[1];>> d=conv(conv([1 0],[1 1]),[0.5 1]); >> sys=tf(n,d); >> pzmap(sys)（2）零极点图：-2-1.8-1.6-1.4-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.2Pole-Zero MapReal AxisI m a g i n a r y A x i s图2.1 未校正系统的零极点图由图2.1分析可知，系统没有零点，开环极点为：p1=0, p2= -1,p3= -2（二）未校正系统根轨迹分析1、MATLAB 绘图：（1）指令：>> n=[5];>> d=conv(conv([1 0],[1 1]),[0.5 1]);>> sys=tf(n,d); >> rlocus(sys)（2）根轨迹图：-4-3-2-101234Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i s图2.2 未校正系统的根轨迹图2.分析:(1) 实轴上的根轨迹：[﹣∞,-2]和[-1,0] (2) 渐近线：ϕa=60°, 180°或- 60° （3）交点：σa=-1 (4) 分离点：d=-0.438(5) 随着系统根轨迹增益变化的系统动态性能分析： a.稳定性：由系统开环传递函数克制闭环系统的特征方程为：D （s ）=s(s+1)(s+2)+k*= s 3+3 s 2+2s+k*=0 令s=jw ,将其代入上式得：（jw ）3+3 (jw)2+2(jw)+k*=0即2w- w 3=0 K*-3 w 2=0Time (sec)A m p l i t u d eTime (sec)A m p l i t u d eTime (sec)A m p l i t u d eTime (sec)A m p l i t u d eA m p l i t u d eA m p l i t u d e由于w ≠0,故可解得：w=0.707K*=6 则当根轨迹增益K*<6时，闭环系统稳定:K*=1 时的单位阶跃曲线 K*=3时的单位阶跃曲线K*=4时的单位阶跃曲线 K*=5时的单位阶跃曲线K*=6 时的单位阶跃曲线 K*=7时的单位阶跃曲线由上分析 可知，随着根轨迹K*变大，系统稳定性下降。
b.快速性：显然在保证系统稳定的前提下，随着根轨迹增益的变大，系统响应速度也增大。
（三）未校正系统时域分析1.确定开环增益K ：已知一单位反馈系统的开环传递函数是：)5.01)(1()(s s s Ks G ++=要求系统的静态速度误差系数15-=s K v ，相角裕度 40≥γ。
可知系统的稳态速度误差系数：5)5.01)(1(lim)()(lim 00==++=⋅=→→K s s s sKs H s G s s s vk故当根轨迹增益K*=10时，此系统的开环传递函数是：)5.01)(1(5)(s s s s G ++=2.MATLAB 绘图（1）指令：>> n=[5];>> d=conv(conv([1 0],[1 1]),[0.5 1]); >> sys=tf(n,d);>> sysc=feedback(sys,1) >> step(sysc) >> grid(2)单位阶跃响应曲线：051015-8-6-4-202468Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e图2.3 未校正系统的阶跃响应图由图2.3可知系统为发散正弦振荡（四）未校正系统频域分析1.MATLAB 绘图（1）指令： >> n=[5];>> d=conv(conv([1 0],[1 1]),[0.5 1]); >> sys=tf(n,d); >> margin(sys)（2）开环传函的bode 图：-150-100-50050100M a g n i t u d e (d B )10-210-110101102-270-225-180-135-90P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = -4.44 dB (at 1.41 rad/sec) , Pm = -13 deg (at 1.8 rad/sec)Frequency (rad/sec)图2.4 未校正系统的bode 图由图2.4可知系统幅值裕度为h=-4.44dB;相角裕度为 =-13°<40°三、校正系统的设计（一）理论分析1.基本思路在频域法中，因为绘制伯德图的先决条件是知道开环放大系数，因此，频域法校正是使系统满足稳态要求，然后用滞后校正是系统性能回到所要求的动态性能。
可以说，滞后校正在保持暂态性能不变的基础上，提高开环增益；也可以等价地说滞后校正可以补偿因开环增益提高而发生的暂态性能的变化。
由未校正系统的伯德图可知系统的相位裕度和幅值裕度都不满足题目的要求，因幅值裕度为h=-4.44dB ，相角裕度为γ=-13°，故应采用滞后校正。
2.滞后校正原理滞后校正就是在前向通道中串联传递函数为)(s G c 的校正装置来校正控制系统，)(s G c 的表达式如下所示。
1,11)(<++=a Ts aTss G c其中，参数a 、T 可调。
7.15 迟后校正的零极点图图3.1 无源滞后网络（a ）及其特性（b ）3．滞后校正的零、极点分布如图所示图3.2 滞后校正的零、极点图从图3.2可知，零点总是位于极点左边（1<a ），改变a 与T 的值，零、极点可以在s 平面负实轴上的任意位置，从而产生不同的校正效果。
3．一般步骤：① 按稳态性能指标要求的开环放大系数绘制未校正系统的伯德图。
如果校正系统需要补偿的相角较大，或者在截止频率附近相角变化大，具有这样特性的系统不适宜采用超前校正，一般可以考虑用滞后校正。
② 在未校正系统的伯德图上找出相角为)180(εγ---的频率作为校正后系统的截止频率ω'c ，其中，γ为要求的相角裕度，ε为补偿滞后校正在ω'c 上产生的相位滞后，一般取10~500。
也就是说，如果把截止频率降低到ω'c ，系统才具有要求的相位裕度，可以用滞后校正的高频衰减特性降低ωc 到ω'c ，即步骤③。
ε的选取：ε是为了补偿滞后校正的相位滞后的，一般限制滞后校正的滞后相角小于100，所以，可以取小于100的值。
ε取得太小，则要求滞后校正的两个转折频率远离ω'c ，校正装置的实现较困难；若ε取得太大，则ω'c 减小，一方面会使附加的增益a 1增大，另一方面会使频带变窄，影响快速性，所以，ε应取一个尽量小，但又能补偿滞后校正在ω'c 处的滞后相角的值。
一般，若ω'c 较大，ε可取小一些，这是因为ω'c 大，滞后校正的转折频率aT 1可以配置的远一些，因而在ω'c 处产生的滞后相角小；反之，若ω'c 小，则ε取大一些，因为若ω'c 小，aT 1应远离ω'c ，从而aT 1很小，T 1更小。
③ 在未校正系统的伯德图上量取)('0ωc L （或由)(lg 200ωc j G 求取）的分贝值，并令ac j G 10lg 20)(lg 20=ω，由此确定参数)1(<a a 。