昆明学院自动控制原理课程设计报告
昆明学院自动控制原理课程设计(DOC)
课程设计（大作业）报告课程名称：自动控制理论设计题目：自动控制系统建模、分析及校正院系：自动控制与机械工程学院班级：电气工程及其自动化2011级3班设计者：杨承明学号：201104170125指导教师：杨祖元，李云娟设计时间：2013.12.16——2013.12.20昆明学院课程设计（大作业）任务书1.用matlab 语言编制程序，实现以下系统：1）226418245)(23423++++++=s s s s s s s G 解：num=[5,24,18];>> den=[1,4,6,2,2];>> G=tf(num,den)Transfer function:5 s^2 + 24 s + 18-----------------------------s^4 + 4 s^3 + 6 s^2 + 2 s + 22）)523()1()66)(2(4)(23322+++++++=s s s s s s s s s G 解：num=4*conv(conv([1,2],[1,6,6]),[1,6,6]);den=conv(conv(conv(conv([1,0],[1,1]),[1,1]),[1,1]),[1,3,2,5]); >> tf(num,den)Transfer function:4 s^5 + 56 s^4 + 288 s^3 + 672 s^2 + 720 s + 288-----------------------------------------------------s^7 + 6 s^6 + 14 s^5 + 21 s^4 + 24 s^3 + 17 s^2 + 52.两环节G1、G2串联，求等效的整体传递函数G(s)32)(1+=s s G 127)(22++=s s s G 解：G1=tf(1,[1,3]);>> G2=tf(7,[1,2,1]);>> G=G1*G2Transfer function:7---------------------s^3 + 5 s^2 + 7 s + 33.两环节G1、G2并联，求等效的整体传递函数G(s) 32)(1+=s s G 127)(22++=s s s G 解：G1=tf(1,[1,3]);G2=tf(7,[1,2,1]);>> G=parallel(G1,G2)Transfer function:s^2 + 9 s + 22---------------------s^3 + 5 s^2 + 7 s + 34.已知系统结构如图，求闭环传递函数。
自动控制原理课程设计报告
指导教师评定成绩：审定成绩：自动控制原理课程设计报告设计题目：单位负反馈系统校正单位（二级学院）：学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：设计时间：年月XXXXXXX大学XXXX学院制目 录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)15.0()(0+=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及静态性能指标：（1）选取相应的频率域校正方法（2）在斜坡信号t t r 2)(=作用下，系统的稳态误差02.0≤ss e ； （3）系统校正后，相位裕量050)(>''c ωγ。
（4）当 c ωω'<时，系统开环对数频率特性，不应有斜率超过dB 40-／十低频的线段。
要求：（1）分析设计要求，说明校正的设计思路（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：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）MATLAB 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结果（校正前后系统的阶跃响应图）；2.设计报告正文2.1摘要利用超前网络或PD 控制器进行串联校正的基本原理，是利用超前网络和PD 控制器的相角超前特性。
只要正确的将超前网络的交接频率1/aT 和1/T 选在待校正系统截止频率的两旁，并适当选取a 和T ，就可以是已校正系统的截止频率和相角裕度满足性能指标的要求，从而改善闭环系统的动态性能。
闭环系统的稳态性能要求，可通过选择已校正系统的开环增益来保证。
关键词： 稳态误差ss e ,相位裕量γ',超前校正 2.2设计思路1）根据稳态误差ss e 要求，确定开环增益K 。
2）利用已确定的开环增益K ，计算待校正系统的相位裕度r 。
3）根据截止频率wc "的要求，计算超前网络参数a 和T 。
在本步骤中，关键是选择最大超前角频率等于要求的系统截止频率，即wm=wc "，以保证系统的响应速度，并充分利用网络的相角超前特性。
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。
自动控制原理课程设计报告
《自动控制原理》课程设计目录1、课程教学目的 (3)2、课程设计内容及基本要求 (3)2.1、课程设计内容 (3)2.2、设计基本要求 (3)3、所选设计题 (4)4、未校正系统分析 (4)4.1、绘画开闭环零极点图 (4)4.2、绘画根轨迹，并分析随根轨迹增益变化的性能 (6)4.3、作出单位阶跃响应，并分析性能指标 (7)4.4、绘出开环bode图，并分析频域性能指标 (9)5、选定合适的校正方案 (10)5.1、分析 (11)5.2、设计串联滞后校正网络的步骤 (11)5.3、参数计算 (11)6、判断校正装置 (11)7、绘画模拟电路 (12)7.1、模拟电路设计 (12)7.2、系统的阶跃响应曲线 (14)7.3、分析采用的校正装置的效果 (15)8、总结及设计心得 (15)9、参考文献 (15)一、课程教学目的1、培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力。
2、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。
3、学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试。
4、学会使用硬件仿真软件对系统进行模拟仿真。
5、锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力。
二、课程设计内容及基本要求1、课程设计内容（1）、给出有实际背景的数学模型，分别提出不同的设计题目及设计指标要求。
学生通过查阅相关资料，根据各自题目确定合理的控制方式及校正形式，完成设计。
（2）、学生首先要根据所学自动控制原理课程知识（时域分析法、频率法和根轨迹法）对系统进行性能分析。
根据设计题目要求进行人工设计校正装置，初步设计出校正装置传递函数形式及参数。
（3）、利用MATLAB语言及simulink动态仿真工具，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，使其满足技术要求，并绘制打印出仿真框图、频率特性图及动态响应图。
自动控制原理课程设计报告--典型三阶系统
课程设计报告课程编号j1630102课程名称自动控制原理课程设计学生姓名唐柱宽所在班级自动化1123联系电话135********实施地点钟海楼04004起止时间2014.12.08--2014.12.12指导教师徐今强职称副教授一、课程设计的意义通过课程设计，使得我们对课堂所学自动控制原理的基本理论知识加深理解和应用，熟练掌握利用计算机辅助分析的方法，进一步增强学生的分析问题和解决问题的能力。
同时学习和掌握典型高阶系统动态性能指标的测试方法；分析典型高阶系统参数对系统动态性能和稳定性的影响；掌握典型系统的电路模拟和数字仿真研究方法。
二、课程设计的内容已知典型三阶系统的结构方框图如图1所示：其开环传递函数为)1)(1()(21021S T S T S T K K S G ，本实验在此开环传递函数基础上做如下实验内容：1．典型三阶系统电路模拟研究；2．典型三阶系统数字仿真研究；3．分析比较电路模拟和数字仿真研究结果。
三、课程设计的要求:Step1．根据给出的三阶开环系统传递函数，设计一个由积分环节和惯性环节与组成的三阶闭环系统的模拟电路图；Step 2．在输入端加入阶跃信号，其幅值为3V 左右，输入、输出端分别接双踪示波器两个输入通道；Step3．单方向调节电位器（即改变开环增益），使系统的输出响应分别为稳定状态、临界稳定状态和不稳定状态，记录对应的电位器的电阻值，同时观察并记录输出波形，了解参数变化对系统稳定性的影响；Step4．调节电位器，使系统处于稳定状态，观察示波器读出系统稳定时的输出电压值，读出系统的超调量、调节时间和稳态误差并记录，测量时，输入电压值保持不变；Step5．保持电位器不动（增益不变），改变三环节时间常数T0，T1，T2，观察时间参数改变对系统动静态性能的影响，并记录对应的响应曲线；Step6．调用数字仿真软件Matlab 中的Simulink ，完成上述典型系统的动静态性能研究，并与模拟电路的研究结果相比较；Step 7．分析结果，完成课程设计报告图1 典型三阶系统结构方框图图1 典型三阶系统的结构方框图四、仿真结果A.电路模拟研究：1、设计的模拟电路及说明该系统开环传递函数为其中T0=10u*100k=1S；T1=1u*100k=0.1S；T2=1u*500k=0.5S；K1=100k/100k=1；K2=500/Rx；即其中，K=500/Rx，Rx的单位为。
《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
《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2021 ——2021 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G(S)?K0S(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: G(S)?K0，试用频率法设计串联滞后——超前校正装置，使系统S(S?1)(S?2)0的相角裕量??45，静态速度误差系数Kv?10s?1,截止频率不低于1.5rads设计步骤：1、静态速度误差系数Kv?10s?1，即当S—>0时，G(S)?即被控对象的开环传递函数：G(S)=K0=10，解得K0=20s-1。
S(S?1)(S?2)20。
S(S?1)(S?2)2、滞后校正器的传递函数为：GC1(S)=1?bTS1?TS根据题目要求，取校正后系统的截止频率WC=1.5rad/s,先试取b=0.105，编写求滞后校正器的传递函数的MATLAB的程序如下：wc=1.5;k0=20;n1=1; d1=conv(conv([1 0],[1 1]),[1 2]);b=0.105;T=1/(0.1*wc); B=b*T;Gc1=tf([B 1],[T 1])将程序输入MATLAB mand Window后，并按回车，mand Window出现如下代数式：6.667s?163.33s?1由式可知：b=0.105,T=63.33。
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》课程实验报告(范例)
《自动控制原理》课程实验报告姓名： 班级： 学号： 实验时间： 实验成绩： 一、 实验目的：1．熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。
2．通过响应曲线观测特征参量ζ和ωn 对二阶系统性能的影响。
3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。
二、 实验要求：1．根据实验步骤，写出调试好的MATLAB 语言程序，及对应的MATLAB 运算结果。
2．记录各种输出波形，根据实验结果分析参数变化对系统的影响。
3．总结判断闭环系统稳定的方法，说明增益K 对系统稳定性的影响。
三、 实验步骤：1．观察函数step( )函数和impulse( )的调用格式，假设系统的传递函数模型为146473)(2342++++++=s s s s s s s G ，可以用几种方法绘制出系统的阶跃响应曲线？试分别绘制。
2．对典型二阶系统2222)(nn ns s s G ωζωω++= 1）分别绘制出ωn =2(rad/s),ζ分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数ζ对系统的影响。
2）绘制出当ζ=0.25，ωn 分别取1,2,4,6时单位阶跃响应曲线，分析参数ωn 对系统的影响。
3．单位负反馈系统的开环模型为)256)(4)(2()(2++++=s s s s Ks G ，试判断系统的稳定性，并求出使得闭环系统稳定的K 值范围四、 实验结果与结论时域分析法直接在时间域中对系统进行分析，可以提供系统时间响应的全部信息，具有直观、准确的特点。
为了研究控制系统的时域特性，经常采用瞬态响应（如阶跃响应、脉冲响应和斜坡响应）。
本次实验从分析系统的性能指标出发，给出了在MATLAB 环境下获取系统时域响应和分析系统的动态性能和稳态性能的方法。
1．用MATLAB 求系统的瞬态响应时，将传递函数的分子、分母多项式的系数分别以s 的降幂排列写为两个数组num 、den 。
自动控制原理课程设计报告
自动控制原理课程设计报告自动控制是工程学的重要组成部分，它是一种数学模型，可以控制复杂的过程和系统，从而使其稳定运行，并获得最佳的性能。
自动控制的原理在许多工程领域中都有广泛的应用，如化工、航空航天、机械、电力等。
本文将介绍如何利用自动控制原理来设计一个系统，以优化系统性能。
首先要设计一个控制系统，可以实现对系统的自动控制。
控制系统的第一步是定义系统模型。
一般来说，系统模型有两种：非线性模型和线性模型，其中线性模型更为简单，也是设计自动控制系统的常用模型。
接下来，需要确定控制系统的类型。
一般来说，自动控制系统可以分为闭环控制系统和开环控制系统，其中闭环控制系统具有更高的精度和更好的稳定性，它通过检测控制量的反馈信号与设定值进行比较，以实现对系统的控制。
此外，还需要为控制系统设计一个优化的控制器，用于控制系统的运行状态。
一般来说，有两种主要的控制器：PID控制器和经验模型控制器。
PID控制器是最常用的控制器，它可以控制系统的振荡和滞后，并且可以根据不同情况自动调整参数。
另一种控制器是经验模型控制器，它主要用于复杂的非线性系统，可以有效的抑制噪声，并对系统的响应时间进行调节。
完成了以上步骤后，就可以搭建出一个自动控制系统，以达到优化系统性能的目的。
实际的设计过程要根据实际的应用场景进行相应的调整，实现最佳的系统性能。
例如，在机器人控制系统中，需要使用传感器和控制器来实现对机器人运动的控制，以达到最佳性能。
综上所述，自动控制原理在设计控制系统时十分重要，可以有效的解决复杂的控制问题，并有助于优化系统性能。
本文只是简要介绍了自动控制系统的基本原理，实际的设计和实现过程要根据具体的应用环境而定，还需要从不同的方面进行充分的研究。
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。
自动控制原理实习报告
《自动控制原理》课程设计[设计结果]任务一：双容水箱对象的建模、仿真、控制系统分析与设计 1．建立二阶水箱液位对象模型(1)用机理建模（白箱）方法建立系统模型并线性化非线性模型建立：控制作用为U 控制调节阀LV1001的开度，从而控制第1个水箱的液位H1和第2个水箱的液位H2，控制作用U 和调节阀管道上的流量之间的关系为Q1=K1*U1，建立该二阶水箱的状态空间表达式描述的数学模型11121223221(1(d dH K U Q K U dt A dH K U K U dt A y H =+-==模型线性化：对微分方程进行增量化，并在工作点处进行线性化 首先求解工作点的系统参数11223K 0K 0d U Q K U K U U +-=-=然后对微分方程中的各变量用相应的增量代替111112122321(U +1(d d d H K Q Q K U K U dt A d H K U K U dt A ∆=+∆+∆-∆= 其次将上述微分方程进行线性化111111221212223321(U +1(d d d H K Q Q K U K U K U dt A d H K U K U K U K U dt A ∆=+∆+∆-∆=最后得到线性化的微分方程1111212122321(1(d d H Q K U K U dt A d H K U K U dt A ∆=∆+∆-∆=-代入系统参数和工作点参数，忽略干扰Qd 的影响，进行拉式变换得最终传递函数为1116202.1)()(1+=∆∆s s u s H ，()12.128)1116(466.1)()(2++=∆∆s s s u s H(2)用试验建模（黑箱）方法辨识被控对象数学模型对已稳态系统输入10%正负阶跃信号，采集数据得（红色曲线对应输入变量U ，绿色与蓝色曲线分别对应输出变量H2与H1）其响应为下图：5001000150020002500300035000102030405060708090100图-1 系统数据采集曲线分别采用适当方法对一阶系统错误！未找到引用源。
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_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随着科技的不断发展和应用的广泛推广，自动控制技术在各个领域得到了广泛应用。
自动控制原理作为一门基础课程，对于培养学生的系统思维和解决问题的能力具有重要意义。
在本次课程设计中，我们选择了一个简单的水位控制系统作为研究对象，通过对该系统的建模和仿真，深入理解了自动控制原理的基本概念和方法。
1. 系统建模在课程设计中，我们首先对水位控制系统进行了建模。
该系统由水箱、水泵和水位传感器组成。
水泵的工作状态由控制器控制，而传感器负责测量水位。
我们将水箱的水位作为系统的输出，水泵的工作状态作为系统的输入。
通过对系统进行建模，我们可以得到系统的传递函数，进而进行后续的控制器设计。
2. 控制器设计在控制器设计中，我们选择了经典的PID控制器作为控制器的结构。
PID控制器由比例、积分和微分三个部分组成，通过调节这三个部分的系数，可以实现对系统的稳定控制。
在本次课程设计中，我们采用了试控法和校正法两种方法来确定PID控制器的参数。
3. 系统仿真为了验证控制器的性能，我们进行了系统的仿真。
通过在MATLAB/Simulink环境下搭建水位控制系统的仿真模型，我们可以观察系统的响应曲线，并评估控制器的性能。
在仿真中，我们对比了不同参数下的控制效果，以及不同输入信号下的系统响应。
通过仿真，我们可以直观地了解控制器的优劣，并对其进行进一步的调整和改进。
4. 实验验证为了进一步验证控制器的性能，我们进行了实验验证。
在实验中，我们搭建了一个小型的水位控制系统，并将所设计的PID控制器应用于其中。
通过实验，我们可以观察到实际系统的响应，并与仿真结果进行对比。
实验结果表明，所设计的PID控制器能够有效地控制水位，实现系统的稳定控制。
5. 总结与展望通过本次课程设计，我们深入学习了自动控制原理的基本概念和方法。
通过对水位控制系统的建模、控制器设计、系统仿真和实验验证，我们掌握了自动控制的基本原理和技术手段。
自动控制原理课程设计总结
自动控制原理课程设计总结一、引言自动控制技术是现代工业控制的核心技术之一，随着科技的发展和工业的进步，自动控制技术在各个领域得到了广泛应用。
作为自动化专业的学生，我们需要深入学习和掌握自动控制原理及其应用，因此，在本次课程设计中，我们选取了一个简单的水位控制系统进行设计和实现。
二、系统结构本次课程设计所涉及到的水位控制系统由以下五部分组成：水箱、水泵、电磁阀、传感器和控制器。
其中，水箱是存放水的容器，水泵负责将水从水箱中抽出并输送至需要使用的地方，电磁阀用于调节水流量，传感器负责检测当前的水位高度，并将检测结果反馈给控制器。
最后，控制器根据传感器反馈的数据来判断是否需要打开电磁阀以调节进出口流量。
三、系统原理1. 传感器原理在本次课程设计中所使用到的传感器为浮球式液位传感器。
当液位上升时，浮球会随之上升，并带动开关触点闭合，从而输出高电平信号；当液位下降时，浮球会随之下降，并带动开关触点断开，从而输出低电平信号。
因此，我们可以通过检测传感器的输出信号来判断当前的水位高度。
2. 控制器原理在本次课程设计中所使用到的控制器为单片机控制器。
当传感器检测到当前水位高度超过设定值时，控制器会发出打开电磁阀的指令；当传感器检测到当前水位高度低于设定值时，控制器会发出关闭电磁阀的指令。
具体实现过程是通过读取传感器反馈的数据，并与预设的水位高度进行比较来决定是否需要打开或关闭电磁阀。
3. 电磁阀原理在本次课程设计中所使用到的电磁阀为单向电磁阀。
当控制器发出打开指令时，电磁铁会受到激励并吸合活塞，从而使得液体流经单向阀门流入下游管道；当控制器发出关闭指令时，激励消失并复位弹簧将活塞推回原来位置，从而使得液体无法流经单向阀门。
四、系统设计1. 硬件设计硬件设计包括电路原理图设计和电路板布局设计。
在本次课程设计中，我们使用Altium Designer软件进行电路原理图的绘制和电路板布局的设计。
具体步骤如下：（1）根据系统结构，绘制电路原理图；（2）将绘制好的电路原理图导入到PCB编辑器中，并进行元器件布局、连线等操作；（3）完成电路板布局后，进行走线、添加焊盘等操作；（4）生成Gerber文件并进行打样和焊接。
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KUNMIIMC UWI VERSlT Y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^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MATLA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^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。
(2)控制系统仿真时常用的方法和指令1、控制系统仿真时常用的方法a数学仿真也称计算机仿真，就是在计算机上实现描写系统物理过程的数学模型，并在这个模型上对系统进行定量的研究和实验。
这种仿真方法常用于系统的方案设计和某些不适合做实物仿真的场合(包括某些故障模式)。
它的特点是重复性好、精度高、灵活性大、使用方便、成本较低、可以是实时的、也可以是非实时的。
数学仿真的逼真度和精度取决于仿真计算机的精度和数学模型的正确性与精确性。
学仿真可采用模拟计算机、数字计算机和数字-模拟混合计算机。
b、半物理仿真即采用部分物理模型和部分数学模型的仿真。
其中物理模型采用控制系统中的实物，系统本身的动态过程则采用数学模型。
半物理仿真统常由满足实时性要求的仿真计算机、运动模拟器(一般采用三轴机械台)、目标模拟器、控制台和部分实物组成。
c全物理仿真即全部采用物理模型的仿真，又称实物模拟。
全物理仿真技术复杂，一般只在必要时才采用。
、控制系统仿真时常用的指令1)、Bode 图①、绘制Bode图bode函数绘制控制系统幅频和相频图[调用格式]bode(sys) b o d e(sys,w) bode(sys1,sys2..sysn) bode(sys1,sys2..sysn,w) bode(sys1, ' plotstyle1 ' ,sys2, ' plotstyle2 ' ,..sysn, 'p lotstylen ',)[mpahga,se,w]=bode(sys)w—频率区间矢量，控制频率起止范围[mag,phase,w]—输出幅值矢量输出相角输出频率区间绘制系统幅频图[ 调用格式]bodemag(sys) bodemag(sys, w) bodemag(sys1,sys2..sysn)bodemag(sys1,sys2..sysn,w) bodemag(sys1, ' plotstyle1 ' ,sys2, ' plotstyle2 ' ,..sysn, ' plotstylen ',) ②、系统的增益裕度和相角裕度增益裕度定义：正好使系统频率响应穿过临界点的增益与实际系统增益的值。
相角裕度：为了使系统的频率响应通过临界点必须引入的纯相位滞后量。
[gm pm wcg wcp ]=margin(mag, phase,w) Gm—系统增益裕度pm —系统相角裕度wcg wcp---表示交叉频率2)、Nichols 图对数幅相特性图(Nichols 图)是描述系统频率特性的图示方法。
该图纵坐标表示频率特性的对数幅值，以分贝为单位；横坐标表示频率特性的相位角。
[调用格式] nichols(sys) nichols(sys, w) nichols(sys1,sys2..sysn) nichols(sys1,sys2..sysn,w ) nichols(sys1, ' plotstyle1 ' ,sys2, ' plotstyle2 ' ,..sysn,pha'se,pwlo]=tsntyiclehn ' ,)[mag, ols(sys) [mag,phase]=nichols(sys,w)3)、Nyquist 图系统频率特性的极坐标图——Nyquist 图[调用格式] nyquist(sys) nyquist(sys, w) nyquist(sys1,sys2..sysn) nyquist(sys1,sys2..sysn, nyquist(sys1, ' plotstyle1 ' ,sys2, ' plotstyle2 ',..sysn,pha'sep,wlo]t=snt y lqeunis ' ,)[mag, t(sys) [mag, phase]=nyquist(sys,w)4)、一般频率响应图[调用格式]h=freqs(num , den, w) [h ,w]=freqs(num, den)[h ,w]=freqs(num ,den, f) freqs(num ,den) Nun—传递函数分子矢量den—传递函数分母矢量W—频率区间矢量5)、频率响应的奇异值图[调用格式] sigma(sys) sigma(sys,w) sigma(sys,w, type) sigma(sys1,sys2..sysn)sigma(sys1,sys2..sysn,w) sigma(sys1,sys2..sysn,wt,ypesigma(sys1, 'plotstyle1 ',sys2, 'plotstyle2 ' ,..s[syvs,nw, ]=s'igpmloat(s t y sle)n sv',)=sigma(sys,w) Type—绘制奇异值图的类型Type=1控制系统的频率响应H的奇异值图Type=2控制系统的频率响应I+H的奇异Type=3控制系统的频率响应I+H-1的奇异值图Sv—频率的奇异值plotstyle 绘制奇异值曲线的特性6)、绘制根轨迹①、求系统的零点、极点、增益［调用格式］p=pole(sys)计算控制系统的极点Z=zero(sys) 计算控制系统的零点［z, gain］=zero(sys)计算控制系统的零点、增益。
②、绘制系统极点、零点图［调用格式］pzmap(sys) pzmap(sys1,sys2,,sysn)［p z］=pzmap(sys)③、绘制根轨迹图［调用格式］rlocus(sys) rlocus(sys,k) Rlocus(sys1,sys2,,)［r k］=rlocus(sys) r=rlocus(sys,k) k—表示增益r —系统的极点三.实训内容1.用matlab语言编制程序，实现以下系统:1) G(s)5s3 24s2 18 s4 4s3 6s22s 2#程序如下：nu m=[5,24,0,18]; den=[1,4,6,2,2];G=tf(nu m,de n)5 s A 3 + 24 s A 2 + 18s A 4 + 4 sA3 + 6 sA2 + 2 s + 24(s 2)(s 2 6s 6)2332s(s 1)3(s 33s 22s 5)#程序如下#：num=4*co nv([1,2],co nv([1,6,6],[1,6,6]));den=co nv([1,0],co nv([1,1],co nv([1,1],co nv([1,1],[1,3,2,5])))); G=tf(nu m,de n)Tran sfer function:4sA5 + 56 sA4 + 288 sA3 + 672 sA2 + 720 s + 288sA7 + 6 sA6 + 14 sA5 + 21 sA4 + 24 sA3 + 17 sA2 + 5 s2. 两环节G1、G2串联，求等效的整体传递函数 G(s)【实验原理】若假定两环节均为单输入单输出的系统 SA 和SB两个环节级联：sys = series(SA , SB)#程序如下#:G 仁 tf(2,[1,3]); G2=tf(7,[1,2,1]);G(s)G 2(s)7 s 22s 12) G(s)sys=series(G1,G2)s A 3 + 5 s A 2 + 7 s + 33. 两环节G1、G2并联，求等效的整体传递函数 G(s)【实验原理】：若假定两环节均为单输入单输出的系统SA 和SB A 环节前向，B 环节反馈:S=feedback(SA,SB) #程序如下#：G1= tf([3,100],[1,2,81]);G(s)2T~3G 2(s)7 s 22s 1【实验原理】：若假定两环节均为单输入单输出的系统sys=parallel(SA ， SB) #程序如下#:G 仁 tf(2,[1,3]); G2=tf(7,[1,2,1]); sys=parallel(G1,G2)SA 和SB 。
两个环节并联:Tran sfer function:sA3 + 5 sA2 + 7 s + 34. 已知系统结构如图，求闭环传递函数。
其中的两环 节G1、G2分别为G,s)3s 100 s 22s 81G 2(S )2 2s 5G2=tf(2,[2,5]); G=feedback(G1,G2) Tran sfer function: 6 s A 2 + 215 s + 5002 sA3 + 9 sA2 + 178 s + 605G=feedback(G1,G2,1) Tran sfer function: 6 sA2 + 215 s + 5002 sA3 + 9 sA2 + 166 s + 2055. 已知某闭环系统的传递函数为G(s)响应曲线，单位脉冲响应曲线。