自控课程设计报告

自控课程设计报告Revised on November 25, 2020

自动控制原理课程设计任务书

一、目的要求

1.目的

1.加深对自动控制原理中的一些基本概念的理解；

2.掌握被控广义对象数学模型试验测试和辨识的方法；

3.掌握闭环系统稳定性、稳态误差和动态响应质量的分析、计算和校正方

法；

4.经过对广义对象特性测试和闭环系统运行调试试验，提高实验动手能

力；

5.经过MATLAB、Simulink仿真计算，提高编程、仿真和计算能力。2.要求

1.认真对待课程设计，集中全部精力，抓紧两周时间，圆满完成课程设计任

务；

2.认真听老师讲授课程设计，并做好笔记，消化内容，掌握自动控制系统一

般的设计步骤和方法；

3.学会用MATLAB/Simulink仿真计算方法，设计自动控制系统；

4.认真做好测试和运行调试试验，仔细记录数据，分析实验结果；

5.按规定认真写好课程设计报告。

二、设计题目

直流电动机转速自动控制系统设计

三、质量指标要求

1.给定转速：2000转/分

2. 稳态误差：理论上0ss e =，实际系统稳态误差，为给定转速值的0005

3. 动态质量指标：

超调量： %5%σ≤

调节时间：0.5s t s <

四、 完成时间：2周 80学时

课程设计报告正文（提纲）

第一章 直流电动机转速自动控制系统的组成原理 广义对象组成

1.1.1 被控制对象直流电动机工作原理和被控制量

1.1.2 功率放大器电路及工作原理

1.1.3 测速装置组成及工作原理

广义对象数学模型的建立

1.2.1 广义对象时间响应特性的测试

1.2.1.1 测试实验原理图

1.2.1.2 测试过程与方法

1.2.1.3 测试结果曲线

1.2.2 数学模型辨识

1.2.2.1 辨识方法选择

1.2.2.2 辨识结果：开环传递函数

第二章 转速控制系统的理论分析与计算

未校正闭环控制系统的结构图

未校正系统的稳定性分析

系统稳态误差计算

系统动态质量指标计算

2.4.1 用闭环零、极点分布计算σ%，ts

2.4.2 用开环L(w)、γ(ωc)、ωc 表计算σ%，ts

计算结果说明（应加校正装置）

第三章转速控制系统校正

校正方式的比较与选择

用Bode图选择串联校正装置结构和参数

第四章用MATLAB/Simulink仿真设计转速控制系统

未加校正装置的转速控制系统的仿真分析计算

4.1.1用MATLAB程序

4.1.2用simulink仿真

加串联校正装置时转速控制系统设计

4.2.1 用simulink仿真图

确定所选校正装置的结构和参数

第五章转速控制系统的校正装置实现和系统运行调试

用模拟电路实现校正装置(如图所示)

数字校正装置

第六章结束语

课程设计的收获和体会

建议

第一章直流电动机转速自动控制系统的组成原理广义对象组成

1.1.1 被控制对象直流电动机工作原理和被控制量

被控对象：电动机

被控量：电动机的转速

直流电动机的原理基于电磁感应定律，

即：运动导体切割磁力线，在导体中产生切割电

势；或者说匝线链线圈的磁通发生变化，在线全

中产生感应电势。

N极下到导体中的电流流出纸面，用Θ表示

S极下到导体中的电流流出纸面，用⊗表示载流

导体在磁场中受到电磁力的作用。如果导体在磁场中的长度为L，其中流过的电流为i,导体所在的磁通密度为B，那么导体受到的磁力的值为F=BLI式中，F的单位为牛顿（N）；B的单位为韦伯/米2

（Wb/m2）;L的单位为米（m）；I的单位为安（A）；力F的方向用左手定则来确定。

1.1.2 功率放大器电路及工作原理

功率放大器的作用是通过对控制信号的功率放大以产生

足够的功率来驱动执行机构。

功率放大器的工作原理就是利用三极管的电流控制作用

或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信

号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即流

信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是

三极管的交流放大倍数。应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流（或电压）是原来的β倍的大信号，这种现象成了功率放大。而场效应管则是栅极变化一毫伏，原极电流变化一安，就成称跨导为1，功率放大器就是利用这些作用来实现小信号来控制大信号，从而使多级放大器实现了大功率输出，并非真的将功率放大了。

测速装置组成及工作原理

测速部件是由市场上购买的光栅盘，参见图，配合着槽型光耦产生脉冲，再通过主控芯片计脉冲数来实现测速的。光栅盘上有200个孔，对应车轮滚动一周，将有200个脉冲信号产生。车轮周长为0.167m ，即车轮每转动一周，小车将移动0.167m ，也将有200个脉冲产生，对应到每个脉冲车体移动距离为0.167m/200 = 0.000853m 。这样在固定的时间段内计脉冲的个数就可以达到测速的目的。采用定时的时间间隔为，实际车速1m/s 对应的脉冲数为117个。车速脉冲对应公式：光栅盘及光藕zT LN v 其中，v 为车速，L 为车轮的周长，z 为栅盘的齿数，Ts 为时间间隔，N 为计到的脉冲数

广义对象数学模型的建立