《自动控制原理》课程设计方案
自动控制原理(经典部分)课程教案
学习好资料欢迎下载山东科技大学《自动控制原理》（经典部分）课程教案授课时间：2007－2008学年第1学期适用专业、班级：自动化2005－1、2、3班**人：***编写时间：2007年7月)())()m n s z s p --221)(1)21)(1)i j s s T s T s ζττζ++++++ 极点形成系统的模态，授课学时：2学时章节名称第二章第三节控制系统的结构图与信号流图（1）备注教学目的和要求1、会绘制结构图。
2、会由结构图等效变换求传递函数。
重点难点重点：结构图的绘制；由结构图等效变换求传递函数。
难点：复杂结构图的等效变换。
教学方法教学手段1、教学方法：课堂讲授法为主；用精讲多练的方法突出重点，用分析举例的方法突破难点。
2、教学手段：以传统的口述、粉笔加黑板的手段为主。
教学进程设计（含教学内容、教学设计、时间分配等）一、引入（约3min）从“用数学图形描述系统的优点”引入新课。
二、教学进程设计（一）结构图的组成（约7min）1、信号线：表示信号的传递方向。
2、方框：表示输入和输出的运算关系，即C(S)=R(S)*G(S)。
3、比较点：表示两个以上信号进行代数运算。
4、引出点：一个信号引出两个或以上分支。
（二）结构图的绘制（约40min）绘制：列写微分方程组，并列写拉氏变换后的子方程；绘制各子方程的结构图，然后根据变量关系将各子结构图依次连接起来，得到系统的结构图。
例题讲解。
（二）结构图的简化（约46min）任何复杂的系统结构图，各方框之间的基本连接方式只有串联、并联和反馈连接三种。
方框结构图的简化是通过移动引出点、比较点、交换比较点，进行方框运算后，将串联、并联和反馈连接的方框合并，求出系统传递函数。
1、串联的简化：12()()()G s G s G s=2、并联的简化：12()()()G s G s G s=±3、反馈连接方框的简化：11()()1()()G ssG s H sΦ=4、比较点的移动：移动前后保持信号的等效性。
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。
自动控制原理电子教案
一、教案基本信息自动控制原理电子教案课时安排：45分钟教学目标：1. 理解自动控制的基本概念和原理。
2. 掌握自动控制系统的分类和特点。
3. 了解常用自动控制器的原理和应用。
教学方法：1. 讲授：讲解自动控制的基本概念、原理和特点。
2. 互动：提问和回答，让学生积极参与课堂讨论。
3. 案例分析：分析实际应用中的自动控制系统，加深学生对知识的理解。
教学工具：1. 投影仪：用于展示PPT和视频资料。
2. 计算机：用于播放教学视频和演示软件。
二、教学内容和步骤1. 自动控制的基本概念（5分钟）讲解自动控制系统的定义、作用和基本组成。
通过举例说明自动控制系统在实际中的应用，如温度控制、速度控制等。
2. 自动控制系统的分类和特点（10分钟）讲解自动控制系统的分类，包括线性系统和非线性系统、连续系统和离散系统、开环系统和闭环系统等。
介绍各种系统的特点和应用场景。
3. 常用自动控制器原理和应用（15分钟）介绍常用的自动控制器，如PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。
讲解其原理和结构，并通过实际案例分析其应用。
4. 课堂互动（5分钟）提问和回答环节，让学生积极参与课堂讨论，巩固所学知识。
可以设置一些选择题或简答题，检查学生对自动控制原理的理解。
三、教学评价1. 课堂表现：观察学生在课堂上的参与程度、提问和回答问题的积极性等。
2. 作业完成情况：检查学生作业的完成质量，包括答案的正确性、解题思路的清晰性等。
3. 课程测试：在课程结束后进行一次测试，检验学生对自动控制原理的掌握程度。
四、教学资源1.PPT：制作精美的PPT，用于展示教学内容和实例。
2. 视频资料：收集相关自动控制原理的教学视频，用于辅助讲解和演示。
3. 案例分析：挑选一些实际应用中的自动控制系统案例，用于分析和学习。
五、教学拓展1. 开展课后讨论：鼓励学生在课后组成学习小组，针对课堂所学内容进行讨论和交流。
2. 参观实验室：组织学生参观自动控制实验室，实地了解自动控制系统的原理和应用。
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。
自动控制原理教案
自动控制原理教案一、教材分析《自动控制原理》是自动化专业的一门基础课程，主要介绍自动控制原理的基本概念、基本原理和基本方法。
通过学习本课程，学生能够掌握自动控制系统的基本知识，了解自动控制原理在工程实践中的应用，并具备设计和分析自动控制系统的能力。
本教材主要包括以下内容：一、自动控制系统的基本概念和基本原理；二、控制系统的数学模型；三、时域分析方法；四、频域分析方法；五、稳定性分析与设计；六、校正与补偿。
二、教学目标1. 理论目标：（1）了解自动控制系统的基本概念和基本原理；（2）掌握控制系统的数学模型表示方法；（3）掌握时域分析方法和频域分析方法；（4）掌握自动控制系统的稳定性分析与设计方法；（5）了解校正与补偿的基本方法。
2. 实践目标：（1）培养学生分析和设计自动控制系统的能力；（2）培养学生运用自动控制原理解决实际问题的能力；（3）培养学生团队协作和沟通能力。
三、教学重点与难点1. 教学重点：（1）自动控制系统的基本概念和基本原理；（2）控制系统的数学模型表示方法；（3）时域分析方法和频域分析方法。
2. 教学难点：（1）自动控制系统的稳定性分析与设计方法；（2）校正与补偿的基本方法。
四、教学内容与教学方法1. 教学内容：第一章自动控制系统基本概念1.1 自动控制系统的定义和分类1.2 自动控制系统的基本组成1.3 自动控制系统的特点第二章自动控制系统数学模型2.1 自动控制系统的数学模型表示2.2 控制系统的状态方程表示2.3 控制系统的传递函数表示第三章时域分析方法3.1 系统的时域响应3.2 时域性能指标3.3 时域分析的基本方法第四章频域分析方法4.1 复频域的基本概念4.2 频域性能指标4.3 常用频域分析方法第五章稳定性分析与设计5.1 稳定性的基本概念5.2 稳定性的判据5.3 稳定性的设计方法第六章校正与补偿6.1 校正与补偿的基本概念6.2 控制系统的传感器6.3 控制系统的执行器6.4 控制系统的校正与补偿方法2. 教学方法：（1）理论教学：讲授自动控制原理的基本概念、基本原理和基本方法；（2）案例分析：通过实例分析和讨论，加深学生对自动控制原理的理解；（3）实验设计：设计实际的控制系统，通过实验验证和巩固所学的知识；（4）讨论与互动：鼓励学生积极参与课堂讨论和互动，提高学生的思维能力和团队合作能力。
自动控制原理课程设计1
⾃动控制原理课程设计1⼀、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的开环传递函数为G(s)=11S S 1S 126K ++ ???2、试⽤频率分析法设计串联滞后校正装置，使系统的相位裕度为402γ??=±，增益裕度不低于10dB ，静态速度误差系数v k =71s -，剪切频率不低于1/rad s 。
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、设计步骤：1、⾃学MATLAB 软件的基本知识。
包括MA TLAB 的基本操作命令、控制系统⼯具箱的⽤法等，并上机实验。
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。
求出校正装置的参数, β等的值。
校正装置传递函数和校正后系统开环传递函数。
（1）求满⾜稳态误差要求的系统开环增益0k 。
由已知的单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)=11S S 1S 126K ++ ???，可知该系统为I 型系统，在单位斜坡信号作⽤下，速度误差系数0v K K =，可求得107v K K s -==。
故有，G(s)=711S S 1S 126++70.0830.667S S S ++ （2）、⽤MATLAB 求出系统校正前的幅值裕度和相⾓裕度,并画出Bode 图：在MA TLAB 中输⼊： G=tf(7,[0.083 0.667 1 0]); [Gm,Pm,Wcp,Wcg]=margin(G); margin(G)该程序执⾏后得到如下性能指标： Gm =1.2 Pm =3.46 Wcp = 3.47 Wcg = 3.24 即模稳定裕度：h L = 1.2dB 穿越频率：=3.47g ω/rad s相稳定裕度：03.46γ= 剪切频率：c ω = 3.24/rad s（3）、根据题意选择滞后校正装置，使该系统满⾜给定的频域性能指标：设校正后的截⽌频率为'ω，402γ??=±，所以取γ42=0'=γγ?ω?=+（）42 '?ω（）取-60'=γγ?ω?=-（）48 0γ=180+(')c G jw ∠= 48所以0(')180c G jw γ∠=- 132=-(')c G jw ∠=-0''90arctanarctan 26c c w w -- 得'c w =1.19 rad/s（4）、滞后校正装置的传递函数为: 1+()1+bTSG s TS=（b<1）20lg (')0c b L w +=20lgb+20lg7/1.18=0 得b=0.24因为1bT =(1/5~1/10）*'c w =0.1*1.19=0.119 35.01T =所以滞后校正传递函数为()18.4s G s 135.01s +=+（）（）校正后开环传递函数为：327=(0.0830.667)135.01s S S S ++++（）（5）、⽤MA TLAB 求出系统校正后的幅值裕度和相⾓裕度,并画出Bode 图：在MA TLAB 中输⼊：G=tf(7*[8.4 1],conv([0.083,0.667,1,0],[35.01 1])) [Gm,Pm,Wcp,Wcg]=margin(G); margin(G)得到的结果是： Transfer function:58.8 s + 7 -------------------------------------2.906 s^4 + 23.43 s^3 + 35.68 s^2 + s Gm =4.4951 Pm =39.248 Wcp =3.3647 Wcg = 1.3589即模稳定裕度：h L = 13.1dB穿越频率：=3.36g ω/rad s相稳定裕度：039.2γ= 剪切频率：c ω = 1.36/rad s由以上数据可以看出，在串联了⼀个滞后校正装置后系统稳定,=39.2γ，满⾜402γ??=±，增益裕度不低于10dB 。
《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》课程教案
《自动控制原理》课程教案前言一、重要性1、自动控制原理是自动化专业主干课程，是最重要的专业基础课，该课程涉及到电路、电机拖动、电子技术等方面的知识，为学好专业课打下良好的基础。
2、自动控制原理课不仅是高校控制类专业必修课程，而且越来越多的非控制专业也列入必修课，也各高校研究生入学考试的课程。
3、自动化的核心是控制技术，控制技术的的基础是控制理论，没有先进的控制理论就没有先进的控制技术。
二、本课主要内容自动控制系统的基本概念、控制系统的数学模型建立、介绍线性系统的时域分析、根轨迹分析、频域分析三大分析设计方法，并介绍校正的相关概念与系统校正的设计方法。
三、如何学好该课程要学好这门课程主要把握几个环节：1、知识的连续性，一环扣一环，及时消化理解；2、要掌握好电路、电机拖动及模拟电子技术方面的知识；3、加强作业练习，作好课堂笔记；4、利用好答疑时间，发现问题及时解决；5、加强实践环节，上好实验课。
四、参考书1、卢京潮编著，自动控制原理，西北工业大学出版社，2004年9月2、蒋大明等编著，自动控制原理，清华大学出版社，2003年3月3、谢克明等编著，自动控制原理，电子工业出版社，2004年4月4、杨自厚编著，自动控制原理，冶金工业出版社，2002年5月卢京潮编著：主要特点：（1）内容较丰富；（2）有系统仿真分析；（3）第一章有相关新知识。
蒋大明等编著：主要特点：（1）系统实例较多，具有一定的实用性。
（2）主要参考第二章和第五章内容。
杨自厚编著主要特点：（1）系统设计方面讲述全面、系统。
（3）主要参考第三章、第五章和第六章内容。
五、学时分配（80学时）六、本课程自学内容1、动态误差系数（2学时）提纲：广义误差系数：动态位置误差系数、动态速度误差系数、动态加速度误差系数等。
要求：能求系统的动态误差。
所需知识：传递函数、稳态误差2、高阶系统（2学时）提纲：（1）高阶系统的单位阶跃响应。
（2）高阶系统的动态性能估算。
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。
自动控制原理教案
自动控制原理-教案一、课程简介1.1 课程背景自动控制原理是工程技术和科学研究中的重要基础，广泛应用于工业、农业、医疗、航空航天等领域。
本课程旨在介绍自动控制的基本理论、方法和应用，使学生掌握自动控制系统的基本原理和设计方法，具备分析和解决自动控制问题的能力。
1.2 教学目标（1）理解自动控制的基本概念、原理和分类；（2）掌握线性系统的数学模型建立和求解方法；（3）熟悉系统的稳定性、瞬态和稳态性能分析；（4）学会设计简单的线性控制器；（5）了解自动控制技术的应用和发展趋势。
二、教学内容2.1 自动控制的基本概念（1）自动控制系统的定义和分类；（2）自动控制系统的组成和基本环节；（3）自动控制系统的性能指标。
2.2 线性系统的数学模型（1）连续时间线性系统的数学模型；（2）离散时间线性系统的数学模型；（3）系统的状态空间表示。
2.3 系统的稳定性分析（1）连续时间线性系统的稳定性；（2）离散时间线性系统的稳定性；（3）系统稳定性的判定方法。
2.4 系统的瞬态和稳态性能分析（1）连续时间线性系统的瞬态响应；（2）离散时间线性系统的瞬态响应；（3）系统的稳态性能分析。
2.5 控制器的设计方法（1）PID控制器的设计；（2）状态反馈控制器的设计；（3）观测器的设计。
三、教学方法3.1 讲授法通过课堂讲授，系统地介绍自动控制原理的基本概念、理论和方法。
3.2 案例分析法通过分析实际案例，使学生更好地理解自动控制系统的原理和应用。
3.3 实验法安排实验课程，让学生亲自动手进行实验，培养实际操作能力和问题解决能力。
3.4 讨论法组织学生进行课堂讨论，促进学生思考和交流，提高分析和解决问题的能力。
四、教学评估4.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况、实验报告等，占总成绩的30%。
4.2 期中考试通过期中考试检验学生对自动控制原理的基本概念、理论和方法的掌握程度，占总成绩的30%。
4.3 期末考试通过期末考试全面评估学生对自动控制原理的掌握程度，占总成绩的40%。
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。
自控原理课程设计
自控原理课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解自控原理的基本概念，掌握自动控制系统的数学模型、传递函数及状态空间表示。
2. 学会分析控制系统的稳定性、快速性和准确性，并能够运用专业术语描述。
3. 掌握PID控制算法及其在控制系统中的应用，了解其在实际工程中的重要性。
技能目标：1. 能够运用所学的理论知识，对简单的自动控制系统进行数学建模。
2. 通过数学分析，判断控制系统的性能，提出合理的改进措施。
3. 利用模拟软件（如MATLAB）进行控制系统的仿真实验，验证PID控制参数对系统性能的影响。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自控原理学科的兴趣，激发他们探索未知、解决问题的热情。
2. 增强学生的团队协作意识，培养他们在小组讨论中相互学习、共同进步的能力。
3. 让学生认识到自控原理在实际工程中的应用价值，提高他们的社会责任感和使命感。
课程性质：本课程为高二年级电子与信息技术专业的学科课程，旨在帮助学生建立自控原理的基本理论框架，提高他们解决实际问题的能力。
学生特点：学生已经具备一定的物理和数学基础，对电子技术有一定了解，但自控原理相关知识尚属初学。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的动手能力和实际应用能力。
通过课程学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面达到上述目标，为后续专业课程打下坚实基础。
二、教学内容1. 自控原理基本概念：控制系统定义、开环与闭环控制系统、反馈与复合控制。
教材章节：第一章第一节2. 控制系统的数学模型：微分方程、差分方程、传递函数、状态空间表示。
教材章节：第一章第二节3. 控制系统的性能分析：稳定性、快速性、准确性，稳态误差分析。
教材章节：第二章4. PID控制算法：比例、积分、微分控制原理，PID控制器参数整定。
教材章节：第三章5. 控制系统仿真实验：利用MATLAB软件进行控制系统仿真，分析PID参数对系统性能的影响。
教材章节：第四章6. 实际工程案例分析：分析典型自控系统在实际工程中的应用，如温度控制、电机转速控制等。
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》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。
自动控制原理修订版课程设计
自动控制原理修订版课程设计一、设计目标本课程设计以自动控制原理为重点，旨在帮助学生深入了解自动控制原理的基本概念、理论和方法，提高学生的掌握自动控制原理的能力和应用能力，达到以下目标：1.理解自动控制原理的基本概念和基本理论；2.掌握自动控制的设计和实现方法；3.能够独立完成自动控制系统的设计和调试；4.培养学生的分析、解决问题和创新能力。
二、教学内容本课程设计主要包括以下教学内容：1.自动控制原理基础知识——包括自动控制系统的基本概念、控制对象的数学模型、PID控制器原理等；2.自动控制系统的设计——包括控制系统的架构设计、PID控制器参数调节、稳定性分析等；3.自动控制实验——包括自动控制器设计,系统建模、仿真、实验等。
三、教学过程本课程设计采用教师讲解、学生实验、讨论交流等方式进行教学。
具体教学过程如下：第一阶段：理论授课在本阶段，教师将依据教学大纲按照课件讲解自动控制原理的基础知识，包括自动控制系统的基本概念、控制对象的数学模型、PID控制器原理等。
学生将通过听课和课后作业巩固知识点。
第二阶段：实验操作在本阶段，学生将根据教师指导分组进行自动控制实验操作，包括系统建模、仿真、实验等。
实验内容涵盖自动控制器设计、PID控制器参数调节、稳定性分析等方面，旨在培养学生的实践能力和解决问题的能力。
第三阶段：实验报告在本阶段，学生将根据实验结果撰写实验报告，并提交给教师进行评阅。
实验报告内容可能包括实验目的、实验原理、实验过程、实验结果、实验分析和总结等方面。
第四阶段：讨论交流在本阶段，教师将组织学生进行讨论交流，回顾自动控制原理课程设计的关键问题和方法，提高学生的分析、解决问题和创新能力。
四、教材推荐本课程设计所需教材如下：1.《自动控制原理》（修订版）；2.《自动控制原理试验教程》。
五、评分标准本课程设计评分标准如下：1.实验报告评定标准——包括实验目的、实验原理、实验过程、实验结果、实验分析和总结等方面；2.实验操作评定标准——包括实验操作流程、实验数据处理、实验结果分析与解释等方面。
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计.1. 课程设计问题描述：设计一个基于PID控制器的温度控制系统，该系统可以对加热器进行控制，使得加热器在正常工作温度范围内，能够稳定工作，并且能够自动调节加热器的加热功率，以确保系统能够快速、准确、稳定地达到所需的目标温度。
2. 设计目标：- 设计一个功能完整的温度控制系统，该系统可以通过PID控制器实现自动调节加热器的电力输出，以确保系统能够稳定工作。
- 设计一个能够迅速、准确地响应输入变化的系统，该系统对于任何输入变化都能够快速进行反应，以确保系统能够在最短时间内恢复到目标状态。
- 设计一个可靠的系统，该系统能够稳定工作，并且能够应对过度负载等异常情况，防止系统发生过载或损坏。
3. 计划实施步骤：- 步骤一：确定系统的物理参数与数学模型，以确定系统的特性和性能。
- 步骤二：精确计算系统的PID参数，以确保系统能够稳定工作并具有良好的响应性能。
- 步骤三：开发系统的硬件，包括传感器、控制器和执行器等组件。
- 步骤四：开发系统的软件，包括PID算法的实现和系统控制逻辑的实现等。
- 步骤五：进行系统的测试与验证，并对系统进行性能分析与评估。
- 步骤六：进行系统的优化，以进一步提高系统的性能和稳定性，并满足实际使用的需求。
- 步骤七：对系统进行部署，并进行实际使用与维护。
4. 关键技术问题：- 确定PID控制器的参数，并进行优化和调整，以实现系统的稳定性和性能。
- 设计和开发系统的硬件和软件，包括传感器、控制器和执行器等组件，以实现系统的功能和要求。
- 进行基于问题求解的综合性实验，将课堂学习的理论知识运用到实际中。
- 进行系统性能分析和评估，并进行系统可靠性评估与优化，以保证系统具有良好的稳定性和性能。
- 进行实验数据采集和处理，并进行数据可视化与分析，以获得更为细致、准确的数据信息。
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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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。
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。
数学模型的定义：数学模型是描述系统动态特性及其变量之间关系的数学表达式或其他形式的表达。
描述系统变量的各阶导数之间关系的微分方程称为系统的动态模型。
在静态条件<描述系统变量的各阶导数为零）下，描述变量之间关系的代数方程称为静态模型。
数学模型的特点：①相似化和抽象化，尽管组成系统模型参数的物理含义各不相同，但它们数学模型的形式很可能是相同的，从数学观点来看，只要数学模型是相同的，那么它们就应该有相同的运动规律，而不论它们的具体参数含义是什么，具有相同数学模型的不同的具体系数称为相似系统。
②简化性和精确性，在建模的时候，要再简化和精确之间作折衷选择，其原则是简化后的数学方程的解的结果必须满足工程实际的要求并留有一定的余地。
数学模型的种类：数学模型有多种形式，究竟选用哪一种模型，一般要视采用的分析方法和系统的类型而定，比如：连续系统的单输入/单输出系统的时域分析法可采用微分方程，连续多输入多输出系统的时域分析法可以采用状态方程，离散系统可以采用差分方程等。
常用的数学模型有微分方程、传递函数、差分方程、状态方程、结构图、频率特性等。
在MATLAB中，常用的控制系统数学模型主要包括TF模型<多项式模型）、ZPK模型<零极点模型）和SS模型<状态空间模型）。
[例10-4] 已知系统的传递函数为：，在 MATLAB环境下获得其连续传递函数形式模型。
已知系统的脉冲传递函数为：，在 MATLAB环境下获得其采样时间为4秒的传递函数形式模型。
解：>> num=[1 2 3]。
%描述分子多项式系数，按照降幂排列，且最后一位是0次幂的系数，中间用空格隔开。
den=[1 4 6 9]。
%描述分母多项式系数，按降幂，最后一位是0次幂。
G1=tf(num,den> %定义G，tf<）表示建立多项式传递函数。
运行结果：Transfer function:s^2 + 2 s + 3---------------------s^3 + 4 s^2 + 6 s + 9再输入命令:zpk(G>%得到系统的零极点模型<zpk模型）：Zero/pole/gain:(s^2 + 2s + 3>--------------------(s+3> (s^2 + s + 3>2.2控制系统的时域分析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。
时域分析法是一种直接准确的分析方法，易为人么所接受，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<稳态误差）、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<与手算类似不再考虑），也可以输出中直接看出。
第三方面动态性能主要是根据系统的各种响应来分析的，所以要学习一下在MATLAB软件中如何获取各种响应的命令函数。
常用的响应命令函数如下图所示：1.古尔维茨判据设线性定常系统特征方程：<）将特征方程的系数按下列规则则系统稳定的必要充分条件是：特征方程的各项系数均大于0，且如下hurwitz行列式全部大于0：...古尔维茨判据为：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。
【例10-10】系统闭环特征方程分别如下，试确定特征根在s平面的位置，并判断系统闭环稳定性。
<1）s4+2s3+3s2+4s+5=0<2）s3+20s2+9s+100=0试用古尔维茨判据判别系统的稳定性。
<1）：解：运行程序：>>d1=2。
%一阶行列式的值>>a=[2 4。
1 3]。
%建立二阶矩阵a>>d2=det(a>。
%求矩阵a所对应的行列式的值>>b=[2 4 0。
1 3 5。
0 2 4]。
%建立三阶矩阵b>>d3=det(b>。
%求矩阵b所对应的行列式的值>>c=[2 4 0 0。
1 3 5 0。
0 2 4 0。
0 1 3 5]。
%建立四阶矩阵c>>d4=det(c>。
%求矩阵c所对应的行列式的值>>if((d1>0>&(d2>0>&(d3>0>&(d4>0>>%给出条件：如果d1，d2，d3，d4同时大于0，则出现如下结果：WARNDLG('The system is stable','Stability Analysis'>。
else %如果d1，d2，d3，d4不全大于0，则出现如下对话框：WARNDLG('The system is unstable','Stability Analysis'>。
end运行结果如下：<2）：解：运行程序如下：>> d=[1 20 9 100]。
%描述系统闭环特征方程的系数矩阵，系数中间用空格隔开。
>>r=roots(d> %求解特征方程的根。
运行结果：r =-19.8005-0.0997 + 2.2451i-0.0997 - 2.2451i由此可见：三个根都在s平面的左半部，则系统稳定，且其中一个位于实轴。
2.3控制系统的根轨迹分析在控制系统分析中，为了避开直接求解高阶多项式的根时遇到的困难，在实践中提出了一种图解求根法，即根轨迹法。
所谓根轨迹是指当系统的某一个(或几个>参数从－∞到＋∞时，闭环特征方程的根在复平面上描绘的一些曲线。
应用这些曲线，可以根据某个参数确定相应的特征根。
在根轨迹法中，一般取系统的开环放大倍数K作为可变参数，利用它来反映出开环系统零极点与闭环系统极点(特征根>之间的关系。
根轨迹可以分析系统参数和结构已定的系统的时域响应特性，以及参数变化对时域响应特性的影响，而且还可以根据对时域响应特性的要求确定可变参数及调整开环系统零极点的位置，并改变它们的个数，也就是说根轨迹法可用于解决线性系统的分析与综合问题。
10-26(1>: 负反馈系统开环传递函数如下试绘制k 由0→+∞变化时其闭环系统的根轨迹并求出单位阶跃响应为衰减,等幅震荡，增幅震荡，单调增幅时的K 值。
解：运行程序：num=conv([1 4],[1 8]>。
%[1 4],[1 8]分别是分子两个相乘多项式的系数。
多项式相乘，conv([多项式1],[多项式2]>，最多两个多项式。
den1=conv([1 12],[1 12]>。
%[1 12],[1 12]分别是分母相乘多项式的系数。
den2=conv([1 0],[1 0]>。
% 同上。
den=conv(den1,den2>。
%分母两个多项式相乘。
rlocus(num,den>%rlocus ：求系统根轨迹。
运行结果：零极点图Real AxisI m a g i n a r y A x i s-12-10-8-6-4-20Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i s因为根轨迹与虚轴交点是开环极点，对应的K=0。
所以当K>0时响应是衰减，当K=0时响应是等幅震荡，没有增幅振荡和单调增幅。
2.4 控制系统的频域分析频域分析法是应用频率特性研究控制系统的一种经典方法。
采用这种方法可直观地表达出系统的频率特性，分析方法比较简单，物理概念比较明确，对于诸如防止结构谐振，抑制噪声、改善系统稳定性和暂态性能等问题，都可以从系统的频率特性上明确的看出其物理实质和解决途径。
频率分析法主要包括三种方法：Bode 图(幅频/相频特性曲线>、Nyquist 曲线、Nichols 图。
10-28 已知一振荡环节的传递函数为，求当T=10， =0.1、0.2、0.3、…、1.2时的幅相频率特性曲线和对数幅频相频特性曲线。
解：运行程序：>> T=10。
a=T*T 。
num=1。
>> for ks=0.1:0.1:1.2 %ks<ξ）变化范围是一个等差数列，公差是0.1，首末项分别为0.1、1.2den=[a 2*T*ks 1]。
figure(1>。
nyquist(num,den>。
hold on %输出图表10—45奈奎斯特图<幅频相频特性曲线）.figure(2>。