武汉科技大学自动控制原理专业课程设计样本
《自动控制原理》课设正文
2
2.1
根轨迹是开环系统莫一参数从零变化到无穷的时，闭环系统特征方程的根在S平面上变化的轨迹。根轨迹法是分析和设计线性定常控制系统的图解方法，使用十分简便。根轨迹与系统性能之间有着密切的联系。通过绘制根轨迹可以分析系统的各种性能。
；k=0，1，2，…，n-m-1
和
4．根轨迹在实轴上的分布。实轴上的莫一区域，若其右边的开环实数零、极点的个数之和为基数，则该区域必是根轨迹。
5．根轨迹的分离点与分离角。两条或者两条以上根轨迹分支在S平面上相遇又立即分开的点，称为根轨迹的分离点，分离点的坐标d是下列方程的解为
式中，z 为开环零点的数值；p 为开环极点的数值；分离角为（2k+1）π/l
绘制根轨迹的基本法则：
1．根轨迹的起点和终点。根轨迹起于开环极点，终于开环零点。
2．根轨迹的分支数、对称性和连续性。根轨迹的分支数与开环有限零点数m和有限极点数n种的大者相等，它们是连续的并且对称与实轴。
3．根轨迹的渐近线。当开环有限极点数n大于有限零点数m时，有n—m条根轨迹分支沿着与实轴交角为ψ 、交点为σ 的一组渐近线趋向无穷远处，且有
设 为系统的穿越频率
；k=0，±1，…
定义幅值裕度为： （dB）
根据定义，令
解得：ω =5
代入幅值裕度表达式中，
=-6.04 dB
3.2
当K=10时，系统的开环传递函数为：
=
（1）确定各交接平率及斜率变化值：
非最小相位系统惯性环节： ，斜率减少20
振荡环节： ，斜率减少40
最小交接频率
（2）绘制低频段渐近特性曲线：
结束语11
武汉科技大学自动控制原理专业课程设计样本
武汉科技大学自动控制原理专业课程设计二○一四～二○一五学年第一学期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学时学分：1周1学分班级：自动化12级01班学号：姓名：指导教师：柴利2014年12月一．课程设计目的：综合运用本课程的理论知识进行控制系统分析及设计，利用MATLAB 作为编程工具进行计算机实现，复习与巩固课堂所学的理论知识，提高了对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步了解控制系统的分析设计理论与过程。
二．设计任务与要求：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 s Ks G k用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。
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0''45)(>c ωγ。
（3）系统校正后，幅值穿越频率50'>c 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线传递函数（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）。
2设计要求：1) 分析设计要求，说明串联校正的设计思路（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：串联校正结构图，校正前系统的Bode 图，校正装置的Bode 图，校正后系统的Bode 图）；3) M ATLAB 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实验结果（校正前后系统的阶跃响应图－MATLAB 或SIMULINK 辅助设计）；5) 校正前后的系统性能指标的计算。
三．串联校正设计方法：1校正前系统分析：开环传递函数()()11.0+=s s K s G ，;005.0≤e ss ()()005.01111.0s 11.020lim ≤=+++=→k s k s s s s s ss e ；故k 取最小值时，k=200。
单位负反馈系统设计校正 自动控制原理课程设计武汉科技大学自动化.
武汉科技大学自动控制原理课程设计课程名称：单位负反馈系统设计校正班级：自动化2010级1006班学号：20100*****姓名：王立指导教师：熊凌2013年1月2日目录1课程设计内容以及要求 (1)1.1设计内容 ............................................................................................................................. 1 1.2 内容 .................................................................................................................................... 1 1.3设计要求 ............................................................................................................................. 2 2系统的分析 (2)2-1原系统的分析 .................................................................................................................... 2 2-2 超前校正系统 ................................................................................................................... 4 2-3 滞后校正系统分析 ........................................................................................................... 6 3 系统滞后超前分析 .. (9)3-1系统滞后超前校正 ............................................................................................................ 9 3﹣2校正系统的实现方式 .................................................................................................... 11 实验小结.. (13)1课程设计内容以及要求1.1设计内容已知单位负反馈系统的开环传递函数为：1()(1)(1)10100k G s Ks s s =++用用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。
自动控制原理课程设计
课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 一类位置随动系统的滞后校正初始条件：图示为一位置随动系统，放大器增益为Ka=15，电桥增益6K=,测速电机增益εk=，Ra=7Ω，La=10mH，J=0.005kg.m/s2，J L=0.03 kg.m/s2,f L=0.08,C e=1,Cm=3,f=0.1,K b 2t＝0.2,i=0.02要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、求出系统各部分传递函数，画出系统结构图、信号流图，并求出闭环传递函数；2、求出开环系统的截至频率、相角裕度和幅值裕度，并设计滞后校正装置，使得系统的相角裕度增加10度。
3、用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析，比较校正前后区别，并说明原因。
时间安排：1.15～16 明确设计任务，建立系统模型1.17～19 计算频域性能指标，设计校正装置1.23～24 仿真分析，撰写课程设计报告指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要随动系统是指系统的输出以一定的精度和速度跟踪输入的自动控制系统，并且输入量是随机的，不可预知的。
在很多情况下，随动系统特制被控量是机械位移的比还控制系统。
控制技术的发展，使随动系统得到了广泛的应用。
位置随动系统是反馈控制系统，是闭环控制，调速系统的给定量是恒值，希望输出量能稳定，因此系统的抗干扰能力往往显得十分重要。
而位置随动系统中的位置指令是经常变化的，要求输出量准确跟随给定量的变化，输出响应的快速性、灵活性和准确性成了位置随动系统的主要特征。
简言之，调速系统的动态指标以抗干扰性能为主，随动系统的动态指标以跟随性能为主。
在控制系统的分析和设计中，首先要建立系统的数学模型。
控制系统的数学模型是描述系统内部物理量（或变量）之间关系的数学表达式。
在自动控制理论中，数学模型有多种形式。
时域中常用的数学模型有微分方程、差分方程和状态方程；复数域中有传递函数、结构图；频域中有频率特性等。
自动控制原理课程设计模板
《自动控制原理》课程设计姓名：学号：班级：14电气1班专业：电气工程及其自动化学院：电气与信息工程学院注：姓名、学号、班级等都居中（此行删除）2016年6月目录一、设计目的 (2)二、设计任务 (2)三、具体要求 (2)四、设计原理概述 (2)五、设计方案及分析 (3)I手工设计 (3)II计算机编程设计 (7)1观察原系统性能指标 (7)2校正方案确定及校正结果分析 (11)（1）采用串联超前网络进行系统校正 (11)（2）采用串联滞后网络进行系统校正 (12)（3）采用串联滞后-超前网络校正 (15)六、结束语 (20)模拟PID闭环温度控制系统的设计与实现一、设计目的（1）掌握PID控制规律及控制器的实现；（2）了解模拟PID闭环控制系统的各部分构成；（3）掌握模拟PID调节器的设计和参数调整的方法；（4）掌握使用Simulink建立PID控制器及构建系统模型与仿真方法。
二、设计任务（1）使用实验箱搭建系统模拟实现电路，测量温度与电压的关系；（2）使用Simulink进行PID控制器设计和仿真，并给出仿真结果。
五、设计方案及分析 I 、手工设计1）由开环增益要求，得K ≥100，取K=100。
2）根据开环频域特征量（γ和ω）与时域指标（s t %和σ）之间的关系近似公式，%100)]1sin 1(4.016.0[%⨯-+=γσ（︒︒≤≤9035γ）、])1s i n1(5.2)1s i n 1(5.12[t 2-+-+=γγωπc s （︒︒≤≤9035γ）将题目中系统的时域指标转化为频域指标：①%30)1sin 1(4.016.0p <-+=γσ，解之得γ>47.79，取︒=8.47*γ；②5.0])1sin 1(5.2)1sin 1(5.12[t 2<-+-+=γγωπc s ，解之得c ω>17.787，经计算比较，多次计算比较的Matlab 程序如下：s=tf('s');G0=100/(s*(0.1*s+1)*(0.025*s+1)); %原系统开环传递函数 wc=25; expPm=47.8;Pm=(pi/2-atan(wc/10)-atan(wc/40))*180/pi; phim=expPm-Pm+6;a=(1+sin(phim*pi/180))/(1-sin(phim*pi/180)); wC=sqrt(a)*wc; wD=wc/sqrt(a); wE=0.1*wc; w0=1000/wc; wF=wD*wE/w0; Gc1=(s/wE+1)/(s/wF+1) Gc2=(s/wD+1)/(s/wC+1) G=Gc1*Gc2*G0计算比较后发现，25c =ω时可满足调节时间要求，所以取*c ω=25； 3）绘制未校正系统的开环对数幅频曲线如图1中红色线所示。
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。
武科大plc课程设计
武科大 plc课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解PLC（可编程逻辑控制器）的基本原理和结构组成，掌握其工作流程。
2. 学生能够掌握PLC编程的基础知识，包括逻辑运算、定时器、计数器等功能的使用。
3. 学生能够了解PLC在工业自动化控制中的应用场景和重要性。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，独立进行简单的PLC程序编写和调试。
2. 学生能够运用PLC解决实际工业控制问题，具备一定的工程实践能力。
3. 学生通过小组合作，培养团队协作和沟通能力，提高问题解决效率。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习PLC课程，培养对自动化技术的兴趣，提高学习积极性。
2. 学生能够认识到PLC技术在工业生产中的重要作用，增强社会责任感和使命感。
3. 学生在课程学习过程中，养成严谨、认真、负责的学习态度，培养良好的学习习惯。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，旨在培养学生的动手能力和实际应用能力。
学生特点：学生具备一定的电子、电气基础知识，对PLC技术有一定的好奇心，但实践经验不足。
教学要求：注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，培养学生的创新意识和实践能力。
在教学过程中，注重引导学生主动探索、合作学习，提高学生的综合素质。
通过课程学习，使学生能够将理论知识应用于实际工程问题，为将来的职业发展打下坚实基础。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. PLC基本原理：介绍PLC的发展历程、结构组成、工作原理及其在工业自动化中的地位与作用。
2. PLC硬件系统：讲解PLC的输入/输出模块、中央处理单元、通信接口等硬件组件的组成和功能。
3. PLC编程语言：学习PLC的编程基础知识，包括梯形图、指令表、功能块图等编程语言及其应用。
4. PLC编程软件：介绍PLC编程软件的使用方法，使学生能够熟练操作软件，进行程序编写和调试。
5. 逻辑运算与功能指令：学习逻辑运算指令、定时器、计数器等常用功能指令的使用方法。
武科大自控课程设计
武科大自控课程设计一、教学目标本课程的教学目标旨在帮助学生掌握自动控制基本理论、方法和应用，培养学生的科学思维和创新能力。
通过本课程的学习，学生应达到以下具体目标：1.理解自动控制的基本概念、原理和数学模型。
2.熟悉经典控制理论和现代控制理论的基本方法。
3.掌握自动控制系统的设计和分析方法。
4.能够运用MATLAB等工具进行控制系统分析和设计。
5.具备阅读和分析自动控制相关英文文献的能力。
6.能独立完成自动控制实验，具备实际问题解决能力。
情感态度价值观目标：1.培养学生的团队合作精神和自主学习能力。
2.增强学生对自动控制领域的兴趣，激发创新意识。
3.培养学生具备工程伦理和社会责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括自动控制基本理论、方法和应用。
教学大纲如下：1.自动控制概述：自动控制的基本概念、原理和数学模型。
2.经典控制理论：包括线性系统理论、非线性系统理论、稳定性分析、频率响应分析、根轨迹法等。
3.现代控制理论：包括状态空间法、最优控制、鲁棒控制、自适应控制等。
4.自动控制系统设计：包括模拟和数字控制系统设计，以及基于MATLAB的控制系统分析与设计。
5.自动控制应用：涉及工业自动化、机器人控制、生物医学工程等领域的应用案例。
三、教学方法为提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式：1.讲授法：用于阐述基本概念、理论和方法。
2.讨论法：鼓励学生参与课堂讨论，培养思考和表达能力。
3.案例分析法：分析实际应用案例，加深对自动控制理论的理解。
4.实验法：通过实验操作，掌握自动控制系统的设计和分析方法。
四、教学资源为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：《自动控制原理》（第五版），吴恩达著。
2.参考书：《现代控制系统》，理查德·小奈森著。
3.多媒体资料：包括教学PPT、视频讲座、在线课程等。
4.实验设备：自动控制实验装置，包括传感器、执行器、控制器等。
武汉科技大学自动控制原理课程设计【范本模板】
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：自动化学号：姓名：指导教师：陈琳二○一三年十二月一、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、稳态误差和剪切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2）在MATLAB 中编写如下程序： h1=tf([30],［1 0］)； h2=tf （［1],[0.1 1］）; h3=tf （［1],[0.2 1］)； h=h1＊h2*h3；[num,den]=tfdata （h)；［mag,phase ，w]=bode(num ，den ）; subplot(211)；semilogx(w ，20*log10(mag ）)；grid subplot(212）；semilogx （w ，phase ）;grid[gm ，pm,wcg ，wcp ］=margin （mag ，phase ，w)未校正前bode 图:由图知,相位裕度为 -17.2054°,截止频率为 9。
7680 rad/s 。
因为系统不稳定,不宜采用相位超前校正，故采用滞后校正。
（2）详细设计1）根据系统相位裕度大于45度的要求，串联校正后相角裕度应为：0002702545=+=+=εγγ又因为：()02200270)2.0arctan(1.0arctan 90180=---=c c ωωγ即:222002.013.0arctan =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-c c ωω则可解的：1217.1-=s c ω当117.1-==s c ωω时,令未校正系统的开环增益为βlg 20，从而求出串联滞后校正装置的系数β，由于未校正系统的增益在11-=s ω时为30lg 20，故有2017.1lg 0lg 2030lg 20-=--β解的: 64.25=β选定： 1239.01-===s c ωτω 则: )11015.01-==s βτω于是，滞后网络的传递函数为：()()()39.064.2539.0++=s s s G c校正后系统开环传递函数为：()()()()()174.6512.011.0156.230++++=s s s s s s G 2）对于频率为11.0-=s ω,幅值为3的正弦输入信号稳态误差的检验： 因为系统的稳态误差传递函数为： ()()()s R s E =Φs er 所以有: ()()()()s G s s G c 0er G 1111s +=+=Φ 其频率特性为：()()()()()()()()39.03039.064.2512.011.039.064.2512.011.0++++++++=Φωωωωωωωωωj j j j j j j j j s er把1s 1.0-=ω带入()()()()()()()()39.03039.064.2510.2j 11.0j 39.064.2510.2j 11.0j j er ++++++++=Φωωωωωωωωωωj j j j j 得: ()0219.0j er =Φω又因为输入信号的振幅为3,所以稳态误差的振幅为()j 1.03er Φ，所以稳态误差的振幅为0。
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。
武科大-2013《自动控制原理课程设计》任务书 2013.12)
二○一三～二○一四学年第一学期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：学号：姓名：指导教师：二○一三年十二月《自动控制原理课程设计》任务书一、 基本情况课程代码：0403035 课程类别：必修课 课程学分：1学分 课程学时：1周 课程对象：自动化二、时间安排三、 题目、任务及要求已知：某负反馈系统的开环传递函数 ()()()⎪⎭⎫ ⎝⎛++=1101s s s Ks H s G ，利用时域分析法，根轨迹法和频率分析法分析系统，并用频域法设计控制器。
一、根轨迹法1）.绘制系统根轨迹图。
2）利用根轨迹图，求系统临界稳定时的K 值。
3）应用主导极点的概念，计算ξ=1/2时，系统的超调量和调节时间。
二、时域分析法1）.利用劳斯判据，判断K 的稳定域。
2）计算当K=5时，将此三阶系统近似为二阶系统，并计算系统的暂态特性指标，超调量，调节时间。
3）当输入为单位斜坡信号时，计算系统的稳态误差。
三、频域分析法1）当K=5时，绘制系统开环幅相特性，应用奈氏判据判定系统的稳定性。
2）当K=5时，绘制系统对数频率特性曲线，并计算相应裕量和增益裕量，并根据相位裕量和增益裕量判定系统稳定性。
四、频域法设计要求系统在单位斜坡输入下稳态误差小于0.02，且相位裕量()︒≥45cωγ，请利用串联校正方法，设计控制器()sG C,并写出控制器的实现方式。
四、设计报告及书写内容要求课程设计任务完成后，每位同学必须独立书写一份课程设计报告，注意：不得抄袭他人的报告（或给他人抄袭），一旦发现，成绩为零分。
1)分析过程完整，计算正确，利用MATLAB进行结果验证；2)设计要求，说明串联校正的设计思路（滞后校正，超前校正或滞后-超前校正）；3)详细设计（包括的图形有：串联校正结构图，校正前系统的Bode图，校正装置的Bode图，校正后系统的Bode图）；4)MATLAB编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）；5)校正实现的电路图及仿真实验结果（校正前后系统的阶跃响应图－MATLAB或SMULINK辅助设计）；6)校正前后的系统性能指标的计算；7)总结（包括课程设计过程中的学习体会与收获、对本次课程设计的认识等内容）。
武汉科技大学自动控制原理
二○一二～二○一三学年第一学期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：学号：姓名：指导教师：吕建林二○一二年十二月一.设计目的通过本次课程设计，学习并掌握超前校正网络设计的方法，培养自己分析问题，解决问题的能力。
此外，使用Matlab 软件进行系统仿真，从而进一步掌握Matlab 的使用方法及其编程方法，学会把理论知识运用到实际问题上，培养自己综合运用知识的能力。
二.设计任务已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数)11.0()(+=s s Ks G k用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。
任务：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统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0''45)(>c ωγ。
（3）系统校正后，幅值穿越频率50'>c ω。
三.设计步骤1）根据要求的稳态品质指标，求系统的开环增益值由系统在单位斜坡信号t t r =)(的作用下，系统的稳态误差005.0≤ss e得， 取2）根据求得的值，画出校正前系统的Bode 图，并计算出幅值穿越频率、相位裕量(要求利用MATLAB 软件编程进行辅助设计) 待校正系统的开环传递函数为：其Bode 图为：Bode图程序代码如下：num=[200];den=[0.1 1 0];sys=tf(num,den);w=logspace(-1,3,1000);bode(sys,w);margin(sys)由图得校正前系统的幅值穿越频率：故可算出待校正系统的相位裕量为：相位裕量偏小的原因是因为校正前系统的对数幅频特性中频区的斜率是 ，系统的动态特性会有严重的振荡，需要校正装置进行校正。
40/dB dec（3）画出串联校正结构图如下：选择串联校正类型并分析比较：a).若选择串联滞后校正装置，可使幅值穿越频率减小，而校正前该系统幅值穿越频率本来就小于预期值，加该装置后，误差会越来越大，不符合要求，故排除改选择。
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武汉科技大学自动控制原理专业课程设计二○一四～二○一五学年第一学期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学时学分：1周1学分班级：自动化12级01班学号：姓名：指导教师：柴利2014年12月一．课程设计目的：综合运用本课程的理论知识进行控制系统分析及设计，利用MATLAB 作为编程工具进行计算机实现，复习与巩固课堂所学的理论知识，提高了对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步了解控制系统的分析设计理论与过程。
二．设计任务与要求：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 s Ks G k用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。
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0''45)(>c ωγ。
（3）系统校正后，幅值穿越频率50'>c 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线传递函数（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）。
2设计要求：1) 分析设计要求，说明串联校正的设计思路（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：串联校正结构图，校正前系统的Bode 图，校正装置的Bode 图，校正后系统的Bode 图）；3) M ATLAB 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实验结果（校正前后系统的阶跃响应图－MATLAB 或SIMULINK 辅助设计）；5) 校正前后的系统性能指标的计算。
三．串联校正设计方法：1校正前系统分析：开环传递函数()()11.0+=s s K s G ，;005.0≤e ss ()()005.01111.0s 11.020lim ≤=+++=→k s k s s s s s ss e ；故k 取最小值时，k=200。
则系统的开环传递函数()()11.0200+=s s s G ； 校正前结构图：Simulink 仿真图：在MATLAB 中编写如下程序：figure(1)%校正前的阶跃响应曲线num0=[200];den0=[,1,0];G0=tf([num0],[den0]); %校正前的传递函数G1=feedback(G0,1)% 校正前的单位闭环传递函数t=0::;step(G1,t); gridxlabel('t');ylabel('c(t)');title('单位阶跃响应');校正前阶跃响应曲线为：计算未校正前系统的性能指标：未校正系统的bode图：在MATLAB中编写如下程序：figure(2)margin(G0);grid[gm0,pm0,wg0,wp0]=margin(G0)%未校正前相角裕度pm0，剪切频率wp0angle=labelyudu-pm0+range%校正后系统剪切频率处的超前相角angle_rad=angle*pi/180a_sys=(1-sin(angle_rad))/(1+sin(angle_rad ))%网络的系数Au=10*log10(1/a_sys)%校正网络的增益Wc= %校正后系统剪切频率W1=Wc*sqrt(a_sys)%矫正网络的两个交接频率W2=Wc/sqrt(a_sys)num1=[1/W1,1];den1=[1/W2,1];Gc=tf(num1,den1)校正前bode 图s rad w c /2.44截止频止8.121=︒=：，由图知，相角裕度：γ。
2 画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型：由于校正前相位裕度为08.12=γ，其中幅值裕度满足要求，而相位裕度都不满足要为不影响低频特性和改善动态响应性能，采用串联超前校正。
校正结构图如下：)(s R )(s W c )(s G )s H （)(s C 一采用串联超前校正，用微分电路实现校正，其校正电路如图所示：r u cu 1R 2R C3校正装置：根据系统相位裕度︒≥45γ的要求，微分校正电路相角超前量应为： 00002.47158.1245=+=－ϕ故 1533.0_sin 1in 1==+-=sys a s ϕϕα 在校正后系统剪切频率m cw w ='处，校正网络的增益应为在校正后系统剪切频率mc w w ='处，校正网络的增益应为()dB Au 146.81lg 10==α前面计算c w '的原理，cw '，即()40/lg /1lg 10='cc w w α； m c c w s rad w w ==='/62.7114α校正网络的两个交接频率分别为s rad W w w s rad W w w m m /0.1832//04.28121======αα，系统的校正装置开环传递函数为： ()1005466.0103567.010.183104.28++=++=s s s s s G c校正装置结构图如下：利用MATLAB 绘画校正装置的bode图在MATLAB中编写如下程序：figure(3)%校正的bode图margin(Gc);grid[gmc,pmc,wgc,wpc]=margin(Gc);校正装置bode图4校正后系统分析：经超前校正后，系统开环传递函数为：()()()()()100544.011.010358.0200171.18311.0192.27200+++=⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛+=s s s s s s s s s G校正后结构图：在MATLAB中编写如下程序：figure(4); %校正后单位阶跃响应G=G0*Gc;G2=feedback(G,1);t=0::; step(G2,t);gridxlabel('t');ylabel('c(t)');title('校正后单位阶跃响应');校正后阶跃响应曲线为：利用MATLAB 绘画系统校正后的bode图在MATLAB中编写如下程序：figure(5);margin(G);grid[gm,pm,wg,wp]=margin(G);校正后系统的bode图：由上图可知，相角裕度0045='γ；55≥3.幅值穿越频率s8.='；各项指标均/70>w/radsrad50满足设计要求。
1)校正前后的单位阶跃响应对比图。
在MATLAB中编写如下程序：figure(6)%校正前后单位阶跃响应对比图t=0::;y1=step(G1,t); y2=step(G2,t);plot(t,y1,'--',t,y2);grid;xlabel('t');yla bel('c(t)');title('校正前后单位阶跃响应对比图');text(,,'校正前');text(,,'校正后');校正前后阶跃响应对比曲线：%1818.109.004.025.00%54.96965.1986.77020.00354.0==========s m s p r s m s p r t c s t s t s t t c s t s t s t ，超调量最大值，，调节时间，峰值时间上升时间标：出校正后的系统性能指现在我们可以从图中看，超调量最大值，，调节时间，峰值时间上升时间正前的系统性能指标：前面我们已经计算出校四．离散控制系统的数字校正：1校正前系统分析：自动控制系统在稳态下的控制精度的度量。
控制系统的输出响应在过渡过程结束后的变化形态称为稳态。
稳态误差为期望的稳态输出量与实际的稳态输出量之差。
控制系统的稳态误差越小说明控制精度越高。
因此稳态误差常作为衡量控制系统性能好坏的一项指标。
控制系统设计的课题之一，就是要在兼顾其他性能指标的情况下，使稳态误差尽可能小或者小于某个容许的限制值。
稳态误差的分类稳态误差按照产生的原因分为原理性误差和实际性误差两类：①原理性误差为了跟踪输出量的期望值和由于外扰动作用的存在，控制系统在原理上必然存在的一类稳态误差。
当原理性稳态误差为零时，控制系统称为无静差系统，否则称为有静差系统。
原理性稳态误差能否消除，取决于系统的组成中是否包含积分环节（见控制系统的典型环节）。
②实际性误差系统的组成部件中的不完善因素（如摩擦、间隙、不灵敏区等）所造成的稳态误差。
这种误差是不可能完全消除的，只能通过选用高精度的部件，提高系统的增益值等途径减小。
稳态误差的计算方法：在连续系统中，稳态误差的计算可以通过两种方法计算：一是建立在拉氏变换中值定理基础上的计算方法，可以求出系统的终值误差；另一种是从系统误差传递函数出发的动态误差系数法，可以求出系统动态误差的稳态分量。
在离散系统中，根据连续系统稳态误差的两种计算方法,在一定的条件下可以推广到离散系统。
又由于离散系统没有唯一的典型结构形式，离散系统的稳态误差需要针对不同形式的离散系统来求取。
设单位反馈误差采样系统如图所示：系统脉冲传递函数为)(11)()(z G z R z E +==φ若离散系统是稳定的，则可用z 变换的终值定理求出采样瞬时的终值误差)](1[)()1(lim )()1(lim )(lim )(1111*z G z R z z E z t e e z z t +-=-==∞-→-→∞→线性定常离散系统的稳态误差，不但与系统本身的结构和参数有关，而且与输入序列的形式及幅值有关。
除此之外，离散系统的稳态误差与采样系统的周期的选取也有关。
上式只是计算单位反馈误差采样离散系统的基本公式，当开环脉冲传递函数G(z)比较复杂时，计算e(∞)仍然有一定的计算量，因此希望把线性定常连续系统中系统型别及静态误差系数的概念推广到线性定常离散系统，以简化稳态误差的计算过程。
理论计算：s T k ss Kv T Ess k z G z v z G z R z z E z t e e ss e z z z z k z s s k s k s k s s k s s k s z Tzz R t t c z z z t T5.02T 21s,T ,200,005.0E ,/)()1(lim K I ,)](1[)()1(lim )()1(lim )(lim )(E )1()(G z )1011(11.01.01.01.0)11.0(1.01.0)11.0(G )1()(,)(r s s 111*102≤≤≥≤=≤==-=+-=-==∞=---=+-=+-=+=+=-==→→→∞→-得根据香农定理则有由对于斜坡输入则有，型系统，则结合课本有对于根据稳态误差变换为：开环传递函数的）（开环传递函数所以输入信号为单位斜坡人ωω 2校正尝试：以下抽取采样时间先确定大致范围然后利用二分法进行T1=，T2=，经过仿真系统不稳定，故不再详细阐述。