自动控制理论课程设计
自动控制课程设计pid
自动控制 课程设计pid一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握PID控制原理，理解比例（P）、积分（I）、微分（D）各自的作用及相互关系。
2. 使学生了解自动控制系统中PID参数调整对系统性能的影响。
3. 引导学生运用数学工具描述控制系统的动态特性。
技能目标：1. 培养学生运用PID算法解决实际控制问题的能力。
2. 让学生掌握使用仿真软件进行PID控制器设计和参数优化的方法。
3. 培养学生通过实验分析控制效果，进而调整PID参数的能力。
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。
2. 培养学生的团队合作意识，提高沟通与协作能力。
3. 引导学生关注自动化技术在生活中的应用，认识到科技发展对社会进步的重要性。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程将目标分解为以下具体学习成果：1. 学生能够阐述PID控制原理，并解释P、I、D参数对系统性能的影响。
2. 学生能够运用仿真软件设计PID控制器，并完成参数优化。
3. 学生能够通过实验，观察和分析控制效果，根据实际情况调整PID参数。
4. 学生在课程学习中展现出积极的学习态度和良好的团队合作精神。
二、教学内容1. 理论部分：a. 控制系统基本概念及性能指标介绍（对应教材第2章）b. PID控制原理及其数学描述（对应教材第3章）c. PID参数调整对系统性能的影响分析（对应教材第4章）2. 实践部分：a. 使用仿真软件（如MATLAB/Simulink）进行PID控制器设计与仿真（对应教材第5章）b. 实际控制实验，观察和分析PID参数调整对系统性能的影响（对应教材第6章）3. 教学进度安排：a. 第1周：控制系统基本概念及性能指标学习b. 第2周：PID控制原理及其数学描述学习c. 第3周：PID参数调整对系统性能的影响分析d. 第4周：仿真软件操作培训及PID控制器设计e. 第5周：实际控制实验操作及结果分析教学内容遵循科学性和系统性原则，结合教材章节，确保学生能够逐步掌握自动控制及PID控制相关知识。
自动控制原理课程设计题目(1)要点
自动控制原理课程设计题目(1)要点
1. 题目背景：介绍自动控制的概念、作用和现实应用。
2. 设计目标：明确设计的目标和要求，如稳定性、响应速度、精度等。
3. 系统模型：建立系统的数学模型，包括传感器、执行器、控制器等部分，并确定各参数。
4. 控制策略：选择合适的控制策略，如比例积分控制、模糊控制，设计控制算法，确定控制器参数。
5. 系统仿真：利用仿真软件对系统进行仿真，检验系统的控制效果和稳定性，优化控制器参数。
6. 硬件实现：根据仿真结果，选择合适的硬件设备进行实现，进行测试和调试，验证系统的稳定性和控制效果。
7. 结果分析：对实验结果进行数据分析和讨论，总结控制策略的优点和不足，提出改进措施。
8. 实验报告：撰写实验报告，包括设计思路、仿真结果、实验步骤、实验数据和分析、结论等部分。
自动控制理论课程设计
西安石油大学课程设计学院电子工程学院专业自动化班级自0905题目频域法校正学生李浩学号200905080913指导老师霍爱清二零一一年十二月《自动控制理论Ⅰ》课程设计任务书题目频域法设计学生姓名李浩学号200905080913 专业班级自0905设计内容与要求设计内容：对于一结构如图所示的系统，给定固有部分的传递函数G g(s)和性能指标要求，试设计串联校正装置K(s)。
设)101.0)(11.0(100)(2++=ssssGg1. 若要求开环比例系数K≥100，相角裕量γ≥30º，ωc≥45 rad/s2. 若要求开环比例系数K≥100，相角裕量γ≥40º，ωc=5 rad/s3. 若要求开环比例系数K≥100，相角裕量γ≥40º，ωc≥20 rad/s ，分别设计校正装置，并比较它们的作用效果。
设计要求:⑴编程绘制原系统的Bode图，并计算出原系统的幅值裕量及相角裕量；⑵选择校正方式，进行校正装置的设计，得出相应的校正装置的参数；⑶编程绘制校正后系统的Bode图，并计算出校正后系统的幅值裕量及相角裕量；⑷整理设计结果，提交设计报告。
起止时间20 11 年12 月19 日至20 11 年12 月25 日指导教师签名年月日系（教研室）主任签名年月日学生签名年月日目录一课程设计题目............................................. 错误！未定义书签。
二设计思想及内容........................................ 错误！未定义书签。
1 设计思想 (4)2设计内容 (5)三设计步骤...................................................... 错误！未定义书签。
1）系统稳态性能指标计算 (5)2）做原系统的Bode图 (5)3）求校正装置的传递函数 (7)3.1）求超前校正的传递函数73.2）求滞后校正的传递函数83.3）求超前校正的传递函数104）检验校正后系统是否满足校正要求 (11)绘制系统校正后Bode图及读性能指标。
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——位置随动系统
自动控制原理课程设计——位置随动系统
在工业自动化领域，位置随动系统扮演着重要的角色。
它能够使驱动装置根据指令精确地移动到指定位置，并保持稳定。
位置随动系统的核心是自动控制系统，该系统通过反馈机制实时监测和调整驱动装置的位置。
在位置随动系统中，通常采用步进电机或伺服电机作为驱动装置。
这些电机能够根据控制系统的指令精确地转动一定的角度，从而实现位置的精确控制。
为了确保系统的稳定性，通常会采用闭环控制，即通过位置传感器实时监测电机的位置，并将位置信息反馈给控制系统。
在自动控制原理课程设计中，学生需要了解并掌握位置随动系统的基本原理、组成和实现方法。
学生需要自行设计并实现一个简单的位置随动系统，通过实验验证系统的性能和稳定性。
在设计过程中，学生需要考虑系统的硬件组成、控制算法的选择和实现、传感器选择和校准、系统调试和优化等方面的问题。
学生需要通过理论分析和实验验证相结合的方法，不断优化和完善系统设计。
通过这个课程设计，学生可以深入了解自动控制原理在实际应用中的重要性，提高自己的动手能力和解决问题的能力。
同时，这个课程设计也可以为学生未来的学习和工作打下坚实的基础。
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%。
自动控制理论课程设计——超前校正环节的设计
超前校正环节的设计一、课设的课题已知单位反馈系统开环传递函数如下：()()()10.110.3O kG s s s s =++试设计超前校正环节，使其校正后系统的静态速度误差系数6v K ≤，相角裕度为45度，并绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，开环Bode 图和闭环Nyquist 图。
二、课程设计目的1. 通过课程设计使学生更进一步掌握自动控制原理课程的有关知识，加深对内涵的理解，提高解决实际问题的能力。
2. 理解自动控制原理中的关于开环传递函数，闭环传递函数的概念以及二者之间的区别和联系。
3. 理解在自动控制系统中对不同的系统选用不同的校正方式，以保证得到最佳的系统。
4. 理解在校正过程中的静态速度误差系数，相角裕度，截止频率，超前(滞后)角频率，分度系数，时间常数等参数。
5. 学习MATLAB 在自动控制中的应用，会利用MA TLAB 提供的函数求出所需要得到的实验结果。
6. 从总体上把握对系统进行校正的思路，能够将理论操作联系实际、运用于实际。
三、课程设计思想我选择的题目是超前校正环节的设计，通过参考课本和课外书，我大体按以下思路进行设计。
首先通过编写程序显示校正前的开环Bode 图，单位阶跃响应曲线和闭环Nyquist 图。
在Bode 图上找出剪切频率，算出相角裕量。
然后根据设计要求求出使相角裕量等于45度的新的剪切频率和分度系数a 。
最后通过程序显示校正后的Bode 图，阶跃响应曲线和Nyquist 图，并验证其是否符合要求。
四、课程设计的步骤及结果 1、因为()()()10.110.3O k G s s s s =++是Ⅰ型系统，其静态速度误差系数Kv=K,因为题目要求校正后系统的静态速度误差系数6v K ≤，所以取K=6。
通过以下程序画出未校正系统的开环Bode 图，单位阶跃响应曲线和闭环Nyquist 图： k=6;n1=1;d1=conv(conv([1 0],[0.1 1]),[0.3 1]); [mag,phase,w]=bode(k*n1,d1); figure(1);margin(mag,phase,w); hold on;figure(2)s1=tf(k*n1,d1); sys=feedback(s1,1); step(sys); figure(3);sys1=s1/(1+s1) nyquist(sys1); grid on; 结果如下：M a g n i t u d e (d B )1010101010P h a s e (d e g )Bode DiagramFrequency (rad/sec)图1--校正前开环BODE 图由校正前Bode 图可以得出其剪切频率为 3.74，可以求出其相角裕量0γ=1800-900-arctan0.10c ω-arctan0.30c ω=21.20370。
自动控制课程设计简单
自动控制课程设计简单一、课程目标知识目标：1. 理解自动控制的基本概念，掌握自动控制系统的数学模型及特性。
2. 学会分析自动控制系统的性能，了解系统稳定性、快速性和准确性的评价标准。
3. 掌握典型自动控制系统的结构及其工作原理。
技能目标：1. 能够运用数学模型对自动控制系统进行描述，并绘制系统方框图。
2. 学会使用控制原理分析自动控制系统的性能，并提出相应的优化方案。
3. 能够运用所学知识，设计简单的自动控制实验，并完成实验报告。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动控制技术的兴趣，激发学生探索未知领域的热情。
2. 培养学生严谨的科学态度，强调实验数据的真实性，提高学生的实践能力。
3. 增强学生的团队协作意识，培养学生在合作中解决问题、分享成果的能力。
本课程针对高中年级学生，结合学科特点和教学要求，注重理论与实践相结合，旨在提高学生对自动控制技术的理解和应用能力。
通过本课程的学习，使学生能够掌握自动控制的基本原理，具备分析、设计和优化自动控制系统的能力，并培养他们积极探索、严谨求实、团结协作的精神风貌。
二、教学内容1. 自动控制基本概念：控制系统定义、分类及性能指标（对应教材第1章）。
- 控制系统的数学模型及特性- 控制系统的方框图表示2. 自动控制系统分析方法：稳定性、快速性、准确性分析（对应教材第2章）。
- 控制系统的传递函数- 控制系统的稳定性判断- 控制系统的性能分析3. 典型自动控制系统：比例、积分、微分控制（对应教材第3章）。
- PID控制原理及参数调整- 典型控制系统实例分析4. 自动控制实验设计：实验原理、实验步骤及实验报告撰写（对应教材第4章）。
- 实验方案设计- 实验数据采集与处理- 实验报告撰写要求教学内容安排与进度：第1周：自动控制基本概念及数学模型第2周：控制系统稳定性、快速性、准确性分析第3周：典型自动控制系统原理与实例第4周：自动控制实验设计及实践教学内容注重科学性和系统性，结合教材章节组织，确保学生能够循序渐进地掌握自动控制相关知识。
自动控制原理课程设计---单位负反馈系统设计校正
自动控制原理课程设计---单位负反馈系统设计校正
单位负反馈系统是自动控制原理课程设计中的重要内容，它是将输入信号与反馈信号进行比较、控制，从而达到调节系统性能的一种手段。
其目的是提高系统的稳定性和可靠性，缩小输入量的波动对输出量的影响，保持系统性能的稳定性和提高系统的控制性能，增强系统的鲁棒性。
系统的校正是保证其良好性能的前提，系统校正理论是所有反馈控制系统的基础之一，是实现系统自动控制的根本。
一、系统校正要点
1、调节器模式：调节器的类型是校正的核心，调节器的模式决定着反馈控制系统的性能。
常用的调节器有PI、PD、PID参数调节器，应根据实际情况灵活选择。
2、参数校正：选择调节器模式后，需要进行具体参数的校正，校正的过程一般有两种：经验法和数学模型法可以采用。
3、现场校正：现场校正过程主要是现场对参数进行实践调整，包括检查输入信号校正等，此类校正只能通过仪器进行，由于仪器的精度不同，校正效果也会有所不一样。
二、系统校正实施
1、系统检查：在校正实施前需要进行系统检查，检查项包括仪表精度以及反馈控制系统的结构与结构，检查后才能确定最佳的参数；
2、参数设置：在校正过程中，参数设置是提高反馈控制系统可用性的关键，特别是PID参数的调节，这要求改变参数时，要结合理论，灵活调整，以保证系统满足要求；
3、系统性能：在系统校正完成后，对系统性能进行检查，要求系统要满足设定的所有参数，结果必须与预期的结果保持一致，否则可以继续微调参数设置，以更好的满足需要。
总之，系统校正是自动控制原理中重要的一环，它既涉及到调整调节器参数，也涉及到系统调试等过程，必须根据实际情况，灵活选择，层层检查，从而实现反馈控制系统的良好性能。
自动控制理论课程设计(最终版)
专业电气工程及其自动化班级电力122学生XXX学号 XXXXXXXXXX 指导教师杨晓萍2014——2015 年 2 学期一、题目设计及要求题目037已知单位负反馈系统被控对象的传递函数为)2)(1()(0++=s s ks G ，试对系统进行串联校正设计。
使之满足：①相位裕量γ≥50°；②截止频率c ω保持不变；③稳态误差ss e =0.1.二、实验目的1、课程设计仿真环境MATLAB 软件为控制系统的设计与仿真提供了强有力的工具，使用该软件可提高控制系统的设计和分析水平。
因此本课程设计要求每一位学生掌握MATLAB 软件的使用方法，并将其用于自动控制系统地分析与设计中。
2、设计内容1）熟悉MATLAB 在经典控制系统分析中常用命令，进行控制系统地分析。
2）应用MATLAB 仿真软件进行控制系统辅助设计。
三、校正前分析由于题目没有说明稳态误差是在什么输入下产生的，这里设用单位阶跃输入进行计算。
单位阶跃输入时kk s s s s s s H s G ss sE s s s ss +=+++++=+==→→→22)2)(1()2)(1(lim 1)()(11lim )(lim e 00=0.1k=18此时开环传递函数为)2)(1(18)(0++=s s s G1.绘制闭环单位阶跃响应程序如下 num=18; den=[1,3,20];step(tf(num,den))%阶跃响应 运行结果超调量%σ=32.7、上升时间r T =0.307、调节时间s T =2.48、峰值时间p T =1.19， 0型系统的稳态误差ss e =)(lim 0s s sE →=18)2)(1()2)(1(lims +++++→s s s s =0.1Time (seconds)00.51 1.52 2.53 3.54 4.5程序如下 num=18; den=[1,3,2];rlocus(num,den)%求根轨迹 运行结果-2.5-2-1.5-1-0.500.5-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8Root LocusReal Axis (seconds -1)I m a g i n a r y A x i s (s e c o n d s -1)程序如下 num=18; den=[1,3,2];nyquist(tf(num,den)) 运行结果由奈氏图知道N=0，系统稳定Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i s-20246810-6-4-22464.绘制开环伯德图程序如下 num=[18]; den=[1,3,2]; G=tf(num,den); margin(G)[kg,pm,wg,wc]=margin(G) 运行结果kg=Inf pm=41.1085 wg=Infwc=3.9449即幅值裕量=kg=Inf>1，相位裕量为γ=41.1085°>0，原系统稳定。
自动控制理论课程设计
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。
二、设计正文1．控制系统的数学建模相关知识：研究一个自动控制系统，单是分析系统的作用原理及其大致的运动过程是不够的，必须同时进行定量的分析，才能作到深入地研究并将其有效地应用到实际工程上去。
这就需要把输出输入之间的数学表达式找到，然后把它们归类，这样就可以定量地研究和分析控制系统了。
1．有理函数模型线性系统的传递函数模型可一般地表示为： mn a s a sa sb s b sb sb s G nn n n m m m m≥++⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅++=--+- )(1111121 (1)将系统的分子和分母多项式的系数按降幂的方式以向量的形式输入给两个变量num 和den ，就可以轻易地将传递函数模型输入到MATLAB 环境中。
命令格式为：],,,,[121+⋅⋅⋅=m m b b b b num ; （2） ],,,,,1[121n n a a a a den -⋅⋅⋅=;（3）在MATLAB 控制系统工具箱中，定义了tf() 函数，它可由传递函数分子分母给出的变量构造出单个的传递函数对象。
自动控制原理课程设计
总结词
自动控制系统是一种无需人为干 预，能够根据输入信号和系统内 部参数自动调节输出信号，以实 现特定目标的系统。
详细描述
自动控制系统通过传感器检测输 入信号，经过控制器处理后，输 出控制信号驱动执行机构，以调 节被控对象的输出参数。
自动控制系统分类
总结词
根据不同的分类标准，可以将自动控制系统分为多种类型。
生对自动控制原理的理解和应用能力。
03
教学效果
通过本次课程设计，学生能够掌握自动控制系统的基本原理和设计方法，
具备一定的系统分析和设计能力，为后续的专业学习和实践打下坚实的
基础。
课程设计展望
加强实践环节
在未来的课程设计中，可以进一步增加实践环节的比重，通过更多的实验和项目实践，提 高学生的动手能力和解决实际问题的能力。
软件测试与调试
对软件进行测试和调试，确保软件功能正确、 稳定。
控制系统应用实例
温度控制系统
以温度为被控量，实现温 度的自动控制，应用于工 业、农业等领域。
液位控制系统
以液位为被控量，实现液 位的自动控制，应用于化 工、水处理等领域。
电机控制系统
以电机转速或位置为被控 量，实现电机的自动控制， 应用于工业自动化、电动 车等领域。
详细描述
根据控制方式，自动控制系统可以分为开环控制系统和闭环 控制系统；根据任务类型，可以分为调节系统、随动系统和 程序控制系统；根据控制对象的特性，可以分为线性控制系 统和非线性控制系统。
自动控制系统基本组成
总结词
自动控制系统通常由输入环节、控制环节、执行环节和被控对象组成。
详细描述
输入环节负责接收外部信号并将其传输给控制环节；控制环节通常由控制器组 成，用于处理输入信号并产生控制信号；执行环节接收控制信号并驱动执行机 构；被控对象是受控对象，其输出参数由执行机构调节。
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。
课程设计自动控制
课程设计自动控制一、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概念、原理和方法，能够分析简单的自动控制系统，并具备一定的自动控制系统设计和应用能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）理解自动控制的基本概念，包括自动控制系统、控制器、被控对象等；（2）掌握自动控制的基本原理，包括反馈控制、前馈控制、复合控制等；（3）熟悉自动控制的基本方法，包括经典控制方法、现代控制方法等；（4）了解自动控制系统的性能评价，包括稳定性、快速性、精确性等。
2.技能目标：（1）能够运用自动控制理论分析实际问题；（2）具备一定的自动控制系统设计和调试能力；（3）能够使用相关软件进行自动控制系统的设计和仿真。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的科学精神，提高学生分析问题和解决问题的能力；（2）培养学生团队协作意识和沟通能力；（3）使学生认识到自动控制技术在现代社会中的重要性，激发学生学习的兴趣和积极性。
二、教学内容根据课程目标，教学内容主要包括以下几个方面：1.自动控制基本概念：介绍自动控制系统、控制器、被控对象等基本概念；2.自动控制基本原理：讲解反馈控制、前馈控制、复合控制等基本原理；3.自动控制基本方法：阐述经典控制方法、现代控制方法等基本方法；4.自动控制系统性能评价：分析稳定性、快速性、精确性等性能指标；5.自动控制系统设计：介绍系统设计方法和步骤，包括控制器设计、系统调试等；6.自动控制系统应用：讲解自动控制系统在工程实际中的应用。
三、教学方法为了达到课程目标，我们将采用以下教学方法：1.讲授法：通过讲解基本概念、原理和方法，使学生掌握自动控制理论；2.讨论法：学生针对实际问题进行讨论，培养学生的分析问题和解决问题能力；3.案例分析法：分析典型自动控制系统的实例，使学生更好地理解自动控制原理；4.实验法：通过实验操作，使学生熟悉自动控制系统的实际应用，提高学生的动手能力。
四、教学资源为了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：选用权威、实用的教材，如《自动控制原理》等；2.参考书：提供相关领域的参考书籍，如《现代控制理论》等；3.多媒体资料：制作精美的PPT课件，为学生提供直观的学习资料；4.实验设备：准备自动控制实验装置，为学生提供实践操作的机会。
《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。
自动控制课程设计
自动控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解自动控制的基本原理和概念，掌握控制系统数学模型的建立方法。
2. 学生能掌握控制系统的时域分析法、频域分析法和状态空间分析法，并应用于解决实际问题。
3. 学生能了解不同类型控制器（如PID、模糊控制器等）的原理与特点，分析其适用场合。
技能目标：1. 学生具备运用数学软件（如MATLAB）进行控制系统建模、仿真和性能分析的能力。
2. 学生能设计简单的自动控制系统的模拟电路，并进行调试与优化。
3. 学生能运用所学知识分析和解决实际自动控制问题，具备一定的创新能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习自动控制课程，培养对工程技术的兴趣和热情，增强探究精神和动手能力。
2. 学生在团队合作中学会沟通、协作与分工，培养团队意识和集体荣誉感。
3. 学生认识到自动控制在国家经济建设和国防事业中的重要作用，增强社会责任感和使命感。
课程性质：本课程为专业技术课程，旨在培养学生掌握自动控制基本理论、方法和技能，提高解决实际问题的能力。
学生特点：学生具备一定的数学基础、物理基础和电路基础知识，对工程技术有一定兴趣。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强化实际操作和创新能力培养，提高学生解决实际问题的能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 自动控制基本原理：控制系统定义、开环与闭环控制系统、反馈与复合控制原理等。
2. 控制系统数学模型：传递函数、状态空间方程、线性系统特性等。
3. 控制系统分析方法：时域分析法（如稳定性、瞬态响应等）、频域分析法（如Bode图、Nyquist图等）、状态空间分析法。
4. 控制器设计：PID控制器、模糊控制器、自适应控制器等。
5. 控制系统仿真与实验：运用MATLAB软件进行控制系统建模、仿真和性能分析；设计模拟电路，进行调试与优化。
6. 控制系统实例分析：分析典型自动控制系统的原理、结构和性能，如温度控制系统、电机调速系统等。
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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。
二、设计正文1．控制系统的数学建模相关知识：研究一个自动控制系统，单是分析系统的作用原理及其大致的运动过程是不够的，必须同时进行定量的分析，才能作到深入地研究并将其有效地应用到实际工程上去。
这就需要把输出输入之间的数学表达式找到，然后把它们归类，这样就可以定量地研究和分析控制系统了。
1．有理函数模型线性系统的传递函数模型可一般地表示为： mn a s a sa sb s b sb sb s G nn n n m m m m≥++⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅++=--+- )(1111121 (1)将系统的分子和分母多项式的系数按降幂的方式以向量的形式输入给两个变量num 和den ，就可以轻易地将传递函数模型输入到MATLAB 环境中。
命令格式为：],,,,[121+⋅⋅⋅=m m b b b b num ; （2） ],,,,,1[121n n a a a a den -⋅⋅⋅=;（3）在MATLAB 控制系统工具箱中，定义了tf() 函数，它可由传递函数分子分母给出的变量构造出单个的传递函数对象。
从而使得系统模型的输入和处理更加方便。
该函数的调用格式为：G ＝tf(num ，den); （4） 2.零极点模型线性系统的传递函数还可以写成极点的形式：)())(()())(()(2121n m p s p s p s z s z s z s Ks G +⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅++= （5）将系统增益、零点和极点以向量的形式输入给三个变量KGain 、Z 和P ，就可以将系统的零极点模型输入到MATLAB 工作空间中，命令格式为：;K KGain = (6) ；；；；][21m z z z Z -⋅⋅⋅--= (7)；；；；][21n p p p P -⋅⋅⋅--=(8)在MATLAB 控制工具箱中，定义了zpk()函数，由它可通过以上三个MATLAB 变量构造出零极点对象，用于简单地表述零极点模型。
该函数的调用格式为： G=zpk(Z,P,KGain) (9) 3. 反馈系统结构图模型 设反馈系统结构图如图1所示。
图1 反馈系统结构图控制系统工具箱中提供了feedback()函数，用来求取反馈连接下总的系统模型，该函数调用格式如下：G=feedback(G1,G2,sign); （10） 其中变量sign 用来表示正反馈或负反馈结构，若sign=-1表示负反馈系统的模型，若省略sign 变量，则仍将表示负反馈结构。
G1和G2分别表示前向模型和反馈模型的LTI(线性时不变)对象。
4. 有理分式模型与零极点模型的转换有了传递函数的有理分式模型之后，求取零极点模型就不是一件困难的事情了。
在控制系统工具箱中，可以由zpk()函数立即将给定的LTI对象G转换成等效的零极点对象G1。
该函数的调用格式为：G1=zpk(G) (11) [例题10-6]生成一个§=0.5，wn=1的标准二阶系统，随机生成一个五阶稳定的系统，并实现两个模型的串联，并联和反馈连接。
解：生成一个§=0.5，wn=1的标准二阶系统，随机生成一个五阶稳定的系统，并实现两个模型的串联的程序如下：[num1,den1]=ord2(1,0.5);G1=tf(num1,den1);[num2,den2]=rmodel(5);G2=t f(num2,den2);Gs=series(G1,G2)运行结果如下：Transfer function:-1.336 s^4 - 0.09719 s^3 - 1.028 s^2 - 0.1628 s - 0.08916------------------------------------------------------------------- s^7 + 7.559 s^6 + 61.58 s^5 + 266.3 s^4 + 529.3 s^3 + 586.4 s^2 + 380.7 s + 111.1生成一个§=0.5，wn=1的标准二阶系统，随机生成一个五阶稳定的系统，并实现两个模型的并联的程序如下：[num1,den1]=ord2(1,0.5);G1=tf(num1,den1);[num2,den2]=rmodel(5);G2=t f(num2,den2);Gp=parallel(G1,G2)运行结果如下：Transfer function:s^5 + 6.309 s^4 + 96.76 s^3 + 330.1 s^2 + 2154 s + 1883------------------------------------------------------------------- s^7 + 7.309 s^6 + 105.7 s^5 + 436.6 s^4 + 2587 s^3 + 4371 s^2 + 4039 s + 1883生成一个§=0.5，wn=1的标准二阶系统，随机生成一个五阶稳定的系统，并实现两个模型的负反馈的程序如下：[num1,den1]=ord2(1,0.5);G1=tf(num1,den1);[num2,den2]=rmodel(5);G2=t f(num2,den2);Gf=feedback(G1,G2,-1)运行结果如下：Transfer function:s^5 + 7.902 s^4 + 20.31 s^3 + 21.67 s^2 + 9.436 s + 1.404 ------------------------------------------------------------------- s^7 + 8.902 s^6 + 29.21 s^5 + 49.88 s^4 + 51.41 s^3 + 32.51 s^2 + 9.918 s + 1.6072.控制系统的时域分析相关知识：时域分析法是一种直接准确的分析方法，易为人们所接受，它可以接受系统时域内的全部信息。
时域分析法包括稳定性分析、稳态性能分析、动态性能分析三大方面。
在MATLAB软件中稳定性能的分析可以直接求出特征根或用古尔维茨判据判定稳定性，而稳态误差的求取可根据静态误差系数，利用求极限的方法求取，还可以直接从响应曲线中读取。
对控制系统性能的分析，主要方法是从稳定性、稳态性能、动态性三个方面着手，即通常所说的“快”、“稳”、“准”。
时域分析法，就是根据输入、输出微分方程或传递函数数学模型，在时间域中分析控制系统的稳定性、稳态性能、动态性能。
稳定性的概念：设控制系统处于某一起始的平衡状态，在外作用的影响下，它离开了平衡状态，当外作用消失后，如果经过足够长的时间它能恢复到起始的平衡状态，则称这样的系统为稳定的系统，否则为不稳定的系统。
线性定常系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程式的所有根全部为负实数或具有负实部的共轭复数，也就是所有闭环特征根全部位于复平面的左平面。
如果至少有一个闭环特征根分布在右半平面上，则系统就是不稳定的；如果没有右半平面的根，但在虚轴上有根，则系统是临界稳定的。
代数稳定判据：（1）劳斯判据：若劳斯表中第一列所有元素都大于零，则系统是稳定的；如劳斯表第一列出现负元素，则系统不稳定。
（2）古尔维茨判据：将特征方程的系数按下列规则组成一个n阶行列式，叫古尔维茨行列式。
古尔维茨行列式构造的规则是：主对角线元素自左上向右下依次为an-1，an-2，...，a1，a2，a0。
在主对角线以下的各行中各项系数的下标逐次增加，而在主对角线以上的各行中各项系数的下标逐次减小，当系数的下标小于零或大于n时，行列式中的各项取零。
系统稳定的充分必要条件是古尔维茨行列式的各阶主子行列式均大于零，即Di>0（i=1，2，...，n）。
单位阶跃响应的求法：控制系统工具箱中给出了一个函数step()来直接求取线性系统的阶跃响应，如果已知传递函数为：dennum s G =)(则该函数可有以下几种调用格式：step(num,den) (12) step(num,den,t) (13) 或step(G) (14) step(G,t) (15)该函数将绘制出系统在单位阶跃输入条件下的动态响应图，同时给出稳态值。
对于式 13和15，t 为图像显示的时间长度，是用户指定的时间向量。
式12和14的显示时间由系统根据输出曲线的形状自行设定。
如果需要将输出结果返回到MATLAB 工作空间中，则采用以下调用格式： c=step(G) (16) 此时，屏上不会显示响应曲线，必须利用plot()命令去查看响应曲线。
[10-24]已知二阶系统的传递函数为：2nn 22ns 2s )s (ω+ξω+ω=Φ，求当ξ=0.3，ωn =1，2，3，4，5…，10时的阶跃响应和脉冲响应曲线。
求当ωn =2，ξ=0，0.5，0.7,1,2,3,10时的阶跃响应和脉冲响应曲线。
解：获得当ξ=0.3，ωn =1，2，3，4，5…，10时的阶跃响应和脉冲响应曲线编程如下：for ks=1:2:10 %定义ks 从1到10取值wn=ks;w2=wn*wn;num=w2;den=[1 2*0.3*ks w2];figure(1); step(num,den); hold on; figure(2); impulse(num,den); hold on end图2为系统的单位阶跃响应曲线，图3为系统的单位脉冲响应曲线Time (sec)A m p l i t u d e图2 单位阶跃响应曲线2468101214161820-3-2-101234567Impulse ResponseTime (sec)A m p l i t u d e图3 单位脉冲响应曲线获得当ωn =2，ξ=0，0.5，0.7,1,2,3,10时的阶跃响应和脉冲响应曲线编程如下：wn=2;w2=wn*wn; num=w2;ks=[0 0.5 0.7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10] for i=1:7 定义i 从1到7den=[1 2*wn*ks(i) w2]; figure(1); step(num,den); hold on; figure(2);impulse(num,den);hold on end运行结果为：ks = Columns 1 through 120 0.5000 0.7000 1.0000 2.0000 3.0000 4.0000 5.0000 6.0000 7.0000 8.0000 9.0000 Column 13 10.0000得到图4为系统的单位阶跃响应曲线，图5为系统的单位脉冲响应曲线05101520250.20.40.60.811.21.41.61.82Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e图4 单位阶跃响应曲线0510152025-2-1.5-1-0.50.511.52Impulse ResponseTime (sec)A m p l i t u d e图5 单位脉冲响应曲线3. 控制系统的频域分析相关知识：频域分析法使用控制系统的频率特性作为数学模型，并且不必求解系统的微分方程或动态方程，而是绘制出系统频率特性的图形，然后通过频域与时域之间的关系来分析系统的性能，因而比较方便。