自控课程设计报告
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。
自控课程设计——可调直流稳压电源课程设计报告
自控原理课程设计报告课题: 直流稳压电源的设计班别: 10电气2组员: （学号）020103一、设计目的熟悉自控原理的基本理论, 在实践的综合运用中加深理解, 掌握电路设计的基本方法、设计步骤, 培养综合设计与调试能力。
2.学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。
3、培养实践技能, 提高分析和解决实际问题的能力。
4、加强组员之间的协调合作的意识, 提高组员合作的能力。
二、设计任务及要求1.设计一个连续可调的直流稳压电源, 主要技术指标要求:①输入（AC）：U=220V, f=50HZ；②输出直流电压: U0=1.27→12.24v；③输出电流: I0<=1A；④纹波电压: Up-p<30mV；2.设计电路结构, 选择电路元件, 计算确定元件参数, 画出实用原理电路图。
3、自拟实验方法、步骤及数据表格, 提出测试所需仪器及元器件的规格、数量。
4、在实验室MultiSIM8-8330软件上画出电路图, 并仿真和调试, 并测试其主要性能参数。
三、实验设备及元器件1. 装有multisim电路仿真软件的PC2.三端可调的稳压器LM317一片3.电压表、焊电路板的工具4.滑动变阻器、二极管、变压器、电阻、电容、整流桥四、电路图设计方法（1）确定目标: 设计整个系统是由那些模块组成, 各个模块之间的信号传输, 并画出直流稳压电源方框图。
（2）系统分析：根据系统功能, 选择各模块所用电路形式。
（3）参数选择: 根据系统指标的要求, 确定各模块电路中元件的参数。
（4）总电路图: 连接各模块电路。
（5）将各模块电路连起来, 整机调试, 并测量该系统的各项指标。
五、总体设计思路1. 直流稳压电源设计思路（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz, 要获得低压直流输出, 首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
（2）降压后的交流电压, 通过整流电路变成单向直流电, 但其幅度变化大（即脉动大）。
自动控制课程设计报告 乔垒垒
自动控制理论课程设计设计题目温度控制系统姓名乔垒垒学号 1009101022 专业自动化班级 1002班指导教师李俊华设计时间 2012年12月18日第一章绪论 (1)1.1自动控制理论的背景 (1)1.2自动控制理论的发张 (1)第二章温度控制系统总体方案设计 (3)2.1温度控制系统简易图 (3)2.2温度控制系统的方块图 (3)第三章各环节的建立 (4)3.1 电压放大电路 (4)3.2 功率放大电路 (5)3.3 直流伺服电动机电路 (5)第四章温度控制系统分析 (6)4.1根轨迹系统分析 (6)第五章系统分析校正 (8)5.1系统的分析 (8)5.2温度系统的校正 (9)第六章总结 (11)6.1学习体会 (11)参考文献 (12)第一章绪论1.1自动控制理论的背景自动控制原理是人类征服自然地生产实践活动中孕育、产生、并随着社会生产和科学技术进步而不断发展完善起来的。
自动控制原理的作用日益突出，自动控制技术的运用大大提高劳动生产率和产品质量，同时也改变了劳动条件，在在改善人类的居住环境和提高生活质量方面发挥了非常重要的作用。
自二十世纪中叶以来，在工程和科学发展中，自动控制技术的应用起着极为重要的作用。
导弹能够准确地命中目标，人造卫星能按预定的轨道运行并返回地面，宇宙飞船能准确地在月球着陆，并重返地球，都是由于自动控制技术迅速发展的结果。
工业生产过程中诸如对压力、温度、湿度、流量、频率、物位、成分等方面的控制，都是自动控制技术的重要组成部分。
《自动控制原理》是自动控制技术的理论基础，是一门理论性较强的工程科学。
根据自动控制技术发展的不同阶段，自动控制理论一般可分为“经典控制理论”和“现代控制理论”两大部分。
经典控制理论的内容主要以传递函数为基础，研究单输入、单输出一类自动控制系统的分析和设计问题。
由于发展较早，现已成熟。
在工程上，相当成功地解决了大量实际问题，因此它是研究自动控制系统的重要理论基础。
《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
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_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。
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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。
自动控制原理课程设计报告
自动控制原理课程设计报告课题：课题十六专业：电气工程及其自动化班级：姓名学号：指导教师：设计日期：成绩：XX学院电气信息学院目录 1 设计目的 1 2 设计要求 2 3 实现过程 3 3.1设计题目 3 3.2 计算过程 3 3.2.1 计算根轨迹图 3 3.2.2 计算Bode图 5 3.2.3 设计系统的串联校正装置 6 3.2.4 给出校正装置的传递函数 7 3.2.5 画出校正前，校正后幅频特性图 7 3.2.6 画出校正前、后开环系统的奈奎斯特图 9 3.2.7 校正器对系统性能的影响 10 4 总结12 参考文献 13 自动控制原理课程设计任务书 1 设计目的 1）掌握控制系统设计与校正的步骤和方法。
（2）掌握对控制系统相角裕度、稳态误差、剪切频率、相角穿越频率以及增益裕度的求取方法。
（3）掌握利用Matlab对控制系统分析的技能。
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。
（4）提高控制系统设计和分析能力。
（5）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。
校正方案主要有串联校正、并联校正、反馈校正和前馈校正。
确定校正装置的结构和参数的方法主要有两类，分析法和综合法。
分析法是针对被校正系统的性能和给定的性能指标，首先选择合适的校正环节的结构，然后用校正方法确定校正环节的参数。
在用分析法进行串联校正时，校正环节的结构通常采用超前校正、滞后校正和滞后-超前校正这三种类型。
超前校正通常可以改善控制系统的快速性和超调量，但增加了带宽，而滞后校正可以改善超调量及相对稳定度，但往往会因带宽减小而使快速性下降。
滞后-超前校正兼用两者优点，并在结构设计时设法限制它们的缺点。
2 设计要求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。
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。
成都理工大学自控课程设计实验报告
自动控制课程设计(论文) 设计（论文）题目：设计串联超前—滞后校正装置学院名称核技术及其自动化工程学院专业名称电气工程及其自动化学生姓名学生学号任课教师杨小峰设计（论文）成绩目录1 校正前装置的特性 (1)1.1校正前系统电路图...............................................................1 1.2 设计校正超前滞后装置.........................................................1 2 校正装置前后的比较 (4)2.1 利用MATLAB 作出系统校正前与校正后的单位阶跃响应曲线 (4)2.2 绘制系统校正前与校正后的根轨迹图..........................................4 3系统前后幅值裕量、相位裕量的比较 (7)3.1 画Bode 图 (7)3.2 计算校正前系统的幅值裕量，相位裕量，幅值穿越频率 (7)3.3 计算校正后系统的幅值裕量，相位裕量，复制穿越频率…………………84 参考文献 (10)初始条件:1261060()(10)(60)G S S S S ⨯⨯=++试用频率法设计串联超前——滞后校正装置输入速度为时1rad/s ，稳态误差不大于1/126rad 。
(2)相角裕度不小于30ογ>，截止频率为20rad/s 。
（3）放大器的增益不变。
要求完成的主要任务:1、 用Matlab 画出开环系统的波特图和奈奎斯特图，并用奈奎斯特判据分析系统的稳定性。
2、 校正前后系统输出性能的比较。
3、 求出开环系统的截至频率、相角裕度和幅值裕度。
滞后-超前校正装置的设计1 校正前装置的特性1.1 校正前系统电路图设输入为单位阶跃函数，则电路图如图1：1261060()(10)(60)G S S S S ⨯⨯=++图11．2 设计串联校正超前——滞后装置因为系统的传递函数是典型环节的乘积形式，所以将传递函数化成表达式为G(s)=126/(s*(0.1s+1)*(0.0167s+1))用MATLAB 写出传递函数，指令代码如下所示：>> z=[];>> p=[0,-10,-60];>> k=126*10*60;>> s1=zpk(z,p,k);Zero/pole/gain:75600---------------s (s+10) (s+60)用MATLAB 画出校正前的系统的Bode 图>> bode(s1)>> grid on>> title('系统校正前的Bode 图')曲线如图2所示：图2由图可以查出未校正前的剪切频率c w ，c w =32.5;相角裕量 γ=180-90-arctan(c w /10)-arctan(c w /60)=-11.34表明未校正系统不稳定。
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成绩课程设计报告题目控制系统的设计与校正课程名称自动控制原理课程设计院部名称机电工程学院专业电气工程及其自动化班级 10电气(1) 学生姓名董天宠学号 1004103037 课程设计地点 C306 课程设计学时 1周指导教师陈丽换金陵科技学院教务处制目录一、设计目的 (3)二、设计任务与要求 (3)三、设计方案 (4)四、校正函数的设计 (4)4.1、校正前系统特性 (4)4.2、利用MATLAB语言计算出超前校正器的传递函数 (6)4.3校验系统校正后系统是否满足题目要求 (7)五、函数特征根的计算 (8)5.1校正前 (8)5.2校正后 (9)六、系统动态性能分析 (10)6.1 校正前单位阶跃响应 (10)6.2校正前单位脉冲响应 (11)6.3校正前单位斜坡信号 (14)七、校正后动态性能分析 (14)7.1 校正后单位阶跃响应 (15)7.2 校正后单位冲击响应 (15)7.3 校正后单位斜坡响应 (16)八、系统的根轨迹分析 (17)8.1、校正前根轨迹分析 (17)8.2、校正后根轨迹分析 (19)九、系统的奈奎斯特曲线分析 (21)9.1校正前奈奎斯特曲线分析 (21)9.2 校正后奈奎斯特曲线分析 (22)设计小结 (23)参考文献 (24)1.设计目的1）掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补偿（校正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能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。
2）学会使用MATLAB 语言及Simulink 动态仿真工具进行系统仿真与调试。
2.设计任务与要求已知单位负反馈系统的开环传递函数0K G(S)S(0.1S 1)(0.001S 1)=++，试用频率法设计串联超前校正装置，使系统的相位裕度045γ≥，静态速度误差系数1v K 1000s -=1）首先， 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。
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 ，α等的值。
2)利用MATLAB 函数求出校正前与校正后系统的特征根，并判断其系统是否稳定，为什么? 3)利用MATLAB 作出系统校正前与校正后的单位脉冲响应曲线，单位阶跃响应曲线，单位斜坡响应曲线，分析这三种曲线的关系？求出系统校正前与校正后的动态性能指标σ%、tr 、tp 、ts 以及稳态误差的值，并分析其有何变化？4)绘制系统校正前与校正后的根轨迹图，并求其分离点、汇合点及与虚轴交点的坐标和相应点的增益K *值，得出系统稳定时增益K *的变化范围。
绘制系统校正前与校正后的Nyquist 图，判断系统的稳定性，并说明理由？ 5)绘制系统校正前与校正后的Bode 图，计算系统的幅值裕量，相位裕量，幅值穿越频率和相位穿越频率。
判断系统的稳定性，并说明理由？ 3设计方案串联超前校正装置的传递函数为1()(0)1TsGc s Ts αα+=>+1根据对稳态误差的要求确定开环增益。
2按已确定的K ，绘制未校正系统的伯德图，并计算相角裕度0γ。
3确定需要补偿的相位超前角0~m ϕγγ=-+︒（510）。
4利用Matlab 语言计算出超前校正器的传递函数。
5校验校正后的系统是否满足题目要求。
4.校正函数的设计.1 校正前系统特性 原传递函数0K G(S)S(0.1S 1)(0.001S 1)=++具有一个积分环节，所以原系统为I 型系统，则其速度误差系数Kv K =,使系统的速度误差系数,即K=1000。
原传递函数0K G(S)S(0.1S 1)(0.001S 1)=++根据原系统的开环对数幅频特性的剪切频率c=100rad/s ，求出原系统的相角裕度约为0度，这说明原系统在K=1000/s 时处于临界稳定状态，不能满足45度的要求。
为满足45度的要求，串联校正装置提供的最大超前相角m 必须大于等于45度。
考虑到校正后系统的剪切频率c'会稍大于校正前的剪切频率c ，因此，校正时应给校正装置的最大超前相角m增加一个补偿角度。
取15度1sin 1sin m ma ϕϕ+=- m ω=1aT程序如下：>> k=1000;>> d1=conv(conv([1 0],[0.1 1]),[0.001 1]); >> scop=tf(k,d1);>> w=logspace(0,4,50); >> bode(scop,w);>> [Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(scop)结果为：Gm =1.0100 Pm = 0.0584 Wcg =100.0000 Wcp = 99.4863剪切频率ω=99.5rad/sec，相角裕度0γ=0.0584deg和幅值0C裕度Gm=0.0864dB4.2利用MATLAB语言计算出超前校正器的传递函数。
要计算出校正后系统的传递函数，就编写求超前校正器的传递函数的MATLAB程序，其中调用了求超前校正器传递函数的函数leadc()，leadc.m保存在matlab7.0\work\文件夹下，其中key=1时，为var=gama，是根据要求校正后的相角稳定裕度计算超前校正器；当key=2时，为var=wc，则是根据要求校正后的剪切频率计算校正器。
若已知系统的开环传递函数与要求校正后的相角稳定裕度或剪切频率，求系统串联超前校正器传递函数时，就可以调用此函数。
leadc.m 编制如下：function [Gc]=leadc(key,sope,vars)% MATLAB FUNCTION PROGRAM leadc.m%if key==1gama=vars(1);gama1=gama+5;[mag,phase,w]=bode(sope);[mu,pu]=bode(sope,w);gam=gama1*pi/180;alpha=(1-sin(gam))/(1+sin(gam));adb=20*log10(mu);am=10*log10(alpha);wc=spline(adb,w,am);T=1/(wc*sqrt(alpha));alphat=alpha*T;Gc=tf([T 1],[alphat 1]);elseif key==2wc=vars(1);num=sope.num{1};den=sope.den{1};na=polyval(num,j*wc);da=polyval(den,j*wc);g=na/da;g1=abs(g);h=20*log10(g1);a=10^(h/10);wm=wc;T=1/(wm*(a)^(1/2));alphat=a*T;Gc=tf([T 1],[alphat 1]);elseif key==3gama=vars(1);wc=vars(2);gama1=gama+15;num=sope.num{1};den=sope.den{1}; ngv=polyval(num,j*wc); dgv=polyval(den,j*wc); g=ngv/dgv; thetag=angle(g); thetag_d=thetag*180/pi; mg=abs(g);gama_rad=gama1*pi/180;z=(1+mg*cos(gama_rad-thetag))/(-wc*mg*sin(gama_rad-thetag)); p=(cos(gama_rad-thetag)+mg)/(wc*sin(gama_rad-thetag)); nc=[z,1];dc=[p,1]; Gc=tf(nc,dc); endmatlab 程序如下：>> k=1000;>> d1=conv(conv([1 0],[0.1 1]),[0.001 1]); >> sope=tf(k,d1);>> gama=60;[Gc]=leadc(1,sope,[gama])Transfer function: 0.02148 s + 1 -------------- 0.001056 s + 1所以传递函数如右边所示 4.3校验系统校正后系统是否满足题目要求：程序如下： k0=1000; n1=1;d1=conv(conv([1 0],[0.1 1]),[0.001 1]);s1=tf(k0,d1); s1=tf(k0*n1,d1); n2=[0.02148 1]; d2=[0.001056 1]; s2=tf(n2,d2);sys=s1*s2;figure(1); margin(sys)1001056.0102148.0G(S)++=s s剪切频率cω=167rad/sec ，相角裕度γ=45deg 和幅值裕度Gm =17.3dB五、函数特征根的计算 5.1 校正前 开环传递函数：K G(S)S(0.1S 1)(0.001S 1)=++程序如下：>> clear>> k=1000;num=1;>> den=conv(conv([1 0],[0.1 1]),[0.001 1]); >> s1=tf(k*num,den)结果为：Transfer function: 1000 --------------------------0.0001 s^3 + 0.101 s^2 + s故该系统闭环特征方程为：320.00010.10110000s s s +++= Matlab 程序如下：>> clear>> p=[0.0001 0.101 1 1000]; >> roots(p)ans =1.0e+003 *-1.0099 -0.0000 + 0.0995i -0.0000 - 0.0995i由于校正前系统单位负反馈的特征方程没有右半平面的根，故校正前的闭环系统稳定5.2 校正后开环传递函数：)1001056.0)(1001.0)(11.0(G(S)GC(S))102148.0(1000+++=+S S S S S>> num=[21.48 1000];>> den=[0.0000001056 0.0003145 0.1031 1 0]; >> s=tf(num,den); >> s1=feedback(s,1)21.48 s + 1000------------------------------------------------------------1.056e-007 s^4 + 0.0003145 s^3 + 0.1031 s^2 + 22.48 s + 1000矫正后闭环传递函数()1000+ s 22.48 + s^2 0.1031 + s^3 0.0003145 + s^4 007-1.056e 1000+ s 21.48=Φs程序如下:>> clear>> p=[0.0000001056 0.0003145 0.1031 22.48 1000]; >> roots(p)ans =1.0e+003 *-2.6382 -0.1416 + 0.2078i -0.1416 - 0.2078i -0.0567由于校正后系统单位负反馈的特征方程没有右半平面的根，故校正后的闭环系统稳定。