控制原理大作业

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哈工大自动控制原理大作业

自动控制原理大作业1.题目在通常情况下，自动导航小车（AGV ）是一种用来搬运物品的自动化设备。

大多数AGV 都需要有某种形式的导轨，但迄今为止，还没有完全解决导航系统的驾驶稳定性问题。

因此，自动导航小车在行驶过程中有时会出现轻微的“蛇行”现象，这表明导航系统还不稳定。

大多数的AGV 在说明书中都声明其最大行驶速度可以达到1m/s ，但实际速度通常只有0.5m/s ,只有在干扰较小的实验室中，才能达到最高速度。

随着速度的增加，要保证小车得稳定和平稳运行将变得越来越困难。

AGV 的导航系统框图如图9所示，其中12=40ms =21ms ττ，。

为使系统响应斜坡输入的稳态误差仅为1%，要求系统的稳态速度误差系数为100。

试设计合适的滞后校正网络，试系统的相位裕度达到50 ，并估计校正后系统的超调量及峰值时间。

()R s ()Y s2.分析与校正主要过程2.1确定开环放大倍数K100)1021.0)(104.0(lim )(lim =++==s s s sK s sG K v （s →0）解得K=100)1021.0)(104.0(100++=s s s G s 2.2分析未校正系统的频域特性根据Bode 图：穿越频率s rad c /2.49=ω相位裕度︒---=⨯-⨯--=99.18)2.49021.0(arctan )2.4904.0(arctan 9018011γ 未校正系统频率特性曲线由图可知实际穿越频率为s rad c /5.34=ω2.3根据相角裕度的要求选择校正后的穿越频率1c ω现在进行计算：︒︒︒--=+=---55550)021.0(arctan )04.0(arctan 901801111c c ωω则取s rad c /101=ω可满足要求2.4确定滞后校正网络的校正函数由于11201~101c ωω）（=因此取s rad c /110111==ωω）（，则由Bode 图可以列出 40)1lg(20)1lg(40)110lg(2022+=+ωω 解得s rad /1.02=ω于是1.0=β 则滞后网络传递函数为1101)(++=s s s G c ，10=T 2.5验证已校正系统的相位裕度已校正系统的开环传递函数为：)110)(1021.0)(104.0()1(100)()(++++=s s s s s s G s G c 相位裕度︒----=-⨯-⨯-+-=2.51)100(arctan )10021.0(arctan )1004.0(arctan )10(arctan 901801111γ校正后的相位裕度大于50°，满足设计要求。

自动控制原理作业

自动控制原理作业1、解：当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后,驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。

与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。

反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。

系统方框图如下图所示。

2、解：加热炉采用电加热方式运行,加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高,炉温就上升,c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。

炉子的实际温度用热电偶测量,输出电压f u .f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。

在正常情况下,炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。

此时,0=-=f r e u u u ，故01==a u u ,可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。

这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。

当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降（例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程:控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。

︒→T C ︒→↑→↑→↑→↑→↑→↓→↓T u u u u u c a e f θ1C ↑系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。

系统方框图为：3、解在本系统中，蒸汽机是被控对象，蒸汽机的转速ω是被控量,给定量是设定的蒸汽机希望转速。

离心调速器感受转速大小并转换成套筒的位移量，经杠杆传调节供汽阀门，控制蒸汽机的转速，从而构成闭环控制系统。

哈工大自动控制原理大作业定稿版

哈工大自动控制原理大作业HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称：自控控制原理大作业设计题目：控制系统的矫正院系：自动化测试与控制系班级：设计者：学号：指导教师：强盛设计时间： 2016.12.21哈尔滨工业大学题目88. 在德国柏林，磁悬浮列车已经开始试验运行，长度为 1600m的M-Bahn号实验线路系统代表了目前磁悬浮列车的发展水平。

自动化的磁悬浮列车可以在较短的时间内正常运行，而且具有较高的能量利用率。

车体悬浮控制系统的框图模型如图 8 所示，试设计一个合适的校正网络，使系统的相位裕度满足45°≤γ≤55°，并估算校正后系统的阶跃响应。

图 8 题 8 中磁悬浮列车悬浮控制系统一、人工设计利用半对数坐标纸手工绘制系统校正前后及校正装置的Bode图，并确定出校正装置的传递函数。

验算校正后系统是否满足性能指标要求。

1)未校正系统的开环频率特性函数应为：γ0(γγ)=1γ2(γ+10)2)未校正系统的幅频特性曲线图如下：由图中可以得出:γγ=√γ=0.316 rad/s对应的相位裕度为:γ(γγ)=180°−180°−arctan(γγ10)=−1.81°G c(s) 13)超前校正提供?(m)=50°4)γ−1γ+1=γγγ50°解得 a=7.55)−10γγγ=−8.75γγ,得到γγ=0.523 rad/s6)1γ=√γγγ=1.43 rad/s 1γγ=0.19 rad/s7)γγ(γ)=1+5.3γ1+0.7γ二、计算机辅助设计利用MATLAB语言对系统进行辅助设计、仿真和调试g = tf(1,[1 10 0 0]);gc = tf([5.3 1],[0.7 1]);ge = tf([5.3 1],conv([0.7 1],[1 10 0 0]));bode(g,gc,ge);gridlegend('uncompensated','compensator','compensated') [kg,r,wg,wc]=margin(ge)系统校正前后及校正装置的Bode图:性能指标：kg =18.3027 r =47.0334 wg =3.4822 wc =0.5273满足题目要求。

吉林大学2019-2020学年第一学期期末考试《自动控制原理》大作业参考答案

③反变换公式法：
e(nT)=-10×1+10×2n=10(2n-1)
(2)
①部分分式法：
②幂级数法：用长除法可得
e*(t)=-3δ(t)-58(t-T)-7δ(t-2T)-9δ(t-3T)+…
8设下图所示各系统均采用单速同步采样，其采样周期为T。试求各采样系统的输出C(z)表示式。（20分）
第8题图
吉林大学网络教育学院
2019-2020学年第一学期期末考试《自动控制原理》大作业
学生姓名专业
层次年级学号
学习中心成绩
年月日
作业完成要求：大作业要求学生手写，提供手写文档的清晰扫描图片，并将图片添加到word文档内，最终wod文档上传平台，不允许学生提交其他格式文件（如JPG，RAR等非word文档格式），如有雷同、抄袭成绩按不及格处理。
5已知线性离散系统的闭环脉冲传递函为，试判断该系统是否稳定。（10分）
系统是稳定的.
6设有零阶保持器的离散系统如下图所示，试求：
（1）当采样周期T为1s和0.5s时，系统的临界开环增益Kc；
（2）当r(t)=1(t)，K=1，T分别为2s，4s时，系统的输出响应c(kT)。（15分）
第6题图
c(s)=G(s)R(s)=2/(s^2+5s+6)*1/s=A/s+B/(s+2)+C/(s+3),解出A=1/3,B=-1,C=2/3;
反变换c(t)=1/3-e^(-2t)+2/3*e^(-3t)；
开环增益是1/3,所以单位阶跃下的稳态输出等于1/3.
7试用部分分式法、幂级数法和反变换公式法求函数的z反变换。（15分）
(1)①部分分式法：
e(nT)=-10+10×2n=10(2n-1)

自动控制原理大作业,DOC

自动控制原理大作业,D O C(总8页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除恒温箱自动控制系统的分析与实现（北京通大学机械与电子控制工程学院，北京 100044）摘要：本文的主要内容是对恒温箱自动控制系统结构图进行分析，画出结构框图，算出传递函数。

在对恒温箱自动控制系统仿真的基础上，在控制器选择，执行机构选型，对象的建模与时域和频域分析等方面进行全面、综合的分析，并对其进行频域校正，针对系统存在的问题找到合适的解决办法，构建校正网络电路，从而使得系统能够满足要求的性能指标。

关键词：增益系统传递函数频域分析频域校正Constant temperature box automatic control system analysis andImplementationZhang Xinjie,Jia Chengcheng,Xian Zhuo,Zhou Jing,Shi Zhen (School of Mechanical, Electronic and Control engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044，China)Abstract：The system is mainly to solve the problem of constant temperature box automatic control system structure diagram analysis, draw the structure diagram, calculate the transfer function. In the constant temperature box automatic control system based on the simulation, in the controller, actuator selection, object modeling and analysis of time domain and frequency domain and other aspects of a comprehensive, integrated analysis, and carries on the frequency domain correction system, aiming at the existing problems to find a suitable solution, constructing a calibration network circuit, thereby enabling the system to to meet the requirements of performance index.Key words: gain transfer function of the system frequency domain analysis frequency domain correction1 工作原理及性能要求恒温箱自动控制系统的工作原理图如图1所示。

自动控制原理大作业

自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。

自动控制是相对人工控制概念而言的。

自动控制原理：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，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。

相关简介：自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。

它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制。

二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。

应时而生：20世纪60年代初期，随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新的阶段——现代控制理论。

它主要研究具有高性能、高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。

目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论、信息论、仿生学、人工智能为基础的智能控制理论深入。

自动控制系统为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的整体，这就是自动控制系统。

在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度、压力或飞行轨迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的相关机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。

反馈控制系统在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。

下面是一个标准的反馈模型：开方：公式：X(n+1）=Xn+（A/Xn^2-Xn）1/3设A=5，开3次方5介于1^3至2^3之间（1的3次方=1，2的3次方=8）X_0可以取1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8，1.9，2.0都可以。

自动控制原理作业题(后附答案)

自动控制原理作业题(后附答案)-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII自动控制原理作业题第一章基本概念一、简答题1 简述自动控制的基本概念2 简述自动控制系统的基本组成3 简述控制系统的基本控制过程4 简述自动控制系统的基本分类5 试比较开环控制和闭环控制的特点6 简述自动控制系统的性能评价指标二、分析计算题1 液位自动控制系统如图所示。

试分析该系统工作原理，画出系统原理框图，指出被控对象、被控参量和控制量2 发动机电压调节系统如图所示，试分析其工作原理，画出系统原理框图，指出其特点。

3液面控制系统如图所示。

试分析该系统的工作原理，指出系统中的干扰量、被控制量及被控制对象，并画出系统的方框图。

4控制系统如图所示。

简述该系统的工作原理，说明该系统的给定值、被控制量和干扰量，并画出该系统的方块图。

图1-7发电机-电动机调速系统操纵电位计发电机伺服电机减速器负载Θr给定值Ur 前置放大器功放执行元件被控量Wm这是一个开环控制的例子+E-EUr操纵电位计R1R2R3R4放大器直流发电机伺服电机Wd Wm发电机-电动机调速系统减速器负载5火炮随动控制系统如图所示。

简述该系统的工作原理，并画出该系统的原理框图。

第二章线性控制系统的数学模型一、简答题1 简述建立控制系统数学模型的方法及其数学表示形式2 简述建立微分方程的步骤3 简述传递函数的基本概念及其特点4 给出组成控制系统典型基本环节二、分析计算题1 有源电网络如图所示，输入量为)(1t u ，输出量为)(2t u ，试确定该电网络的传递函数2 电枢控制式直流电动机原理图如图所示，输入量为)(1t e ，输出量为)(t o θ，试确定其微分方程。

图中，电动机电枢输入电压；电动机输出转角；电枢绕组的电阻；电枢绕组的电感；流过电枢绕组的电流；电动机感应电势；电动机转矩；电动机及负载这和到电动机轴上的转动惯量；电动机及负载这和到电动机轴上的粘性摩擦系数。

2024吉大网络教育自动控制原理大作业解答

2024吉大网络教育自动控制原理大作业解答自动控制原理是计算机专业的一门重要课程，它是研究控制系统动态特性和控制方法的学科，主要应用于工业自动化、航天航空、机械工程等领域。

网络教育是利用信息技术手段进行教学的一种模式，具有灵活性、便捷性和高效性等优点。

本次大作业要求运用自动控制原理的知识，结合网络教育的特点，设计实现一个网络教育平台的自动化控制系统，下面是本人的解答。

首先，我们需要明确网络教育平台的自动化控制系统的目标和需求。

网络教育平台的主要功能包括学生管理、课程管理、教师管理、教学资源管理等。

针对这些需求，我们可以利用自动控制原理的知识设计出相应的控制系统。

对于学生管理功能，我们可以设计一个学生信息管理模块，通过自动控制系统实现学生信息的录入、修改、查询和删除等操作。

在录入学生信息时，可以设计相应的输入界面，通过输入学生的姓名、学号、专业等信息，将学生信息自动添加到系统中；在修改和删除学生信息时，可以设计相应的界面，通过输入学生的学号或姓名等关键信息，实现对学生信息的修改和删除。

对于课程管理功能，我们可以设计一个课程信息管理模块，通过自动控制系统实现课程信息的录入、修改、查询和删除等操作。

在录入课程信息时，可以设计相应的输入界面，通过输入课程的名称、编号、学分等信息，将课程信息自动添加到系统中；在修改和删除课程信息时，可以设计相应的界面，通过输入课程的编号或名称等关键信息，实现对课程信息的修改和删除。

对于教师管理功能，我们可以设计一个教师信息管理模块，通过自动控制系统实现教师信息的录入、修改、查询和删除等操作。

在录入教师信息时，可以设计相应的输入界面，通过输入教师的姓名、工号、职称等信息，将教师信息自动添加到系统中；在修改和删除教师信息时，可以设计相应的界面，通过输入教师的工号或姓名等关键信息，实现对教师信息的修改和删除。

综上所述，通过自动控制原理的知识，我们可以设计和实现一个网络教育平台的自动化控制系统，从而提高网络教育的效率和管理水平。

飞行控制原理大作业

综合设计1：针对所给出的飞机纵向简化运动模型，设计纵向增稳控制系统，给出系统原理结构，并对增加控制系统前后的纵向品质特性进行对比分析，并通过仿真验证阶跃和脉冲操纵输入响应。

1纵向方程[∆V ∆α̇∆θq̇][−0.020244−0.8761−2.5373E −4−1.0189−0.32169−0.650200.90484007.9472E −11−2.4982010−1.3861][∆V ∆α∆θq ]+[0 1.22−4.132060−0.14325000][δe δT]2纵向模态分析 2.1 飞行品质要求根据品质规范GJB 185-86 有人驾驶飞机（固定翼）飞行品质的要求：根据飞行品质要求对短周期的指标进行限定，要求如表2.2：表2.1 长短周期模态参数范围表2.1 纵向特征值由特征值可以看到，不论是短周期还是长周期，都是具有负实部的特征根，因而短周期和长周期都是稳定收敛的，并且满足前述飞行品质要求。

2.3 稳定性分析根据所得到的4个具有负实部的特征值知，该系统为稳定的。

现根据系统根轨迹来判断其稳定性。

以速度—升降舵传递函数为例：上图为其开环传递函数根轨迹图。

由图可以看出，所有四个极点均位于纵轴的左侧区域，说明该系统确实稳定。

2.3系统原理结构图图示为方向舵变化脉冲输入、油门变化零输入时的仿真系统结构。

3仿真验证3.1升降舵阶跃响应曲线状态及输出量相对于升降舵通道的阶跃宽度为1s，幅值1∘的响应曲线如下。

从图中可以看出在阶跃信号作用下，各输出变量一开始均有一个阶跃值，随着时间的增加，各个输出量逐渐趋于稳定状态。

飞机纵向运动短周期和长周期均是稳定的。

3.2升降舵脉冲响应曲线状态及输出量相对于升降舵通道的脉冲宽度为1s，幅值1的响应曲线如下。

综合设计2：利用上述运动模型，设计自动导航控制系统，实现下列自动飞行过程：自高度3000m，速度600km/h开始，以不小于-10deg的航迹俯仰角俯冲增速，在500m高度拉起并完成1个筋斗，之后恢复3000m高度、600km/h速度的飞行状态，控制策略自行设计。

自动控制原理作业

⾃动控制原理作业⾃动控制原理作业1、下图是仓库⼤门⾃动控制系统原理⽰意图。

试说明系统⾃动控制⼤门开、闭的⼯作原理，并画出系统⽅框图。

2、下图为⼯业炉温⾃动控制系统的⼯作原理图。

分析系统的⼯作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统⽅框图。

3、⽤离⼼调速器的蒸汽机转速控制系统如图所⽰。

其⼯作原理是：当蒸汽机带动负载转动的同时，通过圆锥齿轮带动⼀对飞锤作⽔平旋转。

飞锤通过铰链可带动套筒上下滑动，套筒内装有平衡弹簧，套筒上下滑动时可拨动杠杆，杠杆另⼀端通过连杆调节供汽阀门的开度。

在蒸汽机正常运⾏时，飞锤旋转所产⽣的离⼼⼒与弹簧的反弹⼒相平衡，套筒保持某个⾼度，使阀门处于⼀个平衡位置。

如果由于负载增⼤使蒸汽机转速ω下降，则飞锤因离⼼⼒减⼩⽽使套筒向下滑动，并通过杠杆增⼤供汽阀门的开度，从⽽使蒸汽机的转速回升。

同理，如果由于负载减⼩使蒸汽机的转速ω增加，则飞锤因离⼼⼒增加⽽使套筒上滑，并通过杠杆减⼩供汽阀门的开度，迫使蒸汽机转速回落。

这样，离⼼调速器就能⾃动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速ω保持在某个期望值附近。

指出系统中的被控对象、被控量和给定量，画出系统的⽅框图。

4、电压调节系统如图所⽰：分析系统的⼯作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统⽅框图。

5、下图为函数记录仪函数记录仪是⼀种通⽤记录仪,它可以在直⾓坐标上⾃动描绘两个电量的函数关系。

同时,记录仪还带有⾛纸机构,⽤以描绘⼀个电量对时间的函数关系。

请说明其组成、⼯作原理。

并画出系统⽅框图。

6、下图为⽕炮⽅位⾓控制系统原理图，请说明其⼯作原理，并画出系统⽅框图。

7、试⽤梅逊公式法化简下⾯动态结构图，求如图所⽰系统的传递函数)()(s R s C 。

8、试⽤梅逊公式法求如图所⽰系统的传递函数)()(s R s C 。

9、⽅框图如图所⽰，⽤梅逊公式化简⽅框图求)()(s R s C 。

10、已知系统⽅程组如下：=-=-=--=)()()()()]()()([)()]()()()[()()()]()()[()()()(3435233612287111s X s G s C s G s G s C s X s X s X s G s X s G s X s C s G s G s G s R s G s X 试绘制系统结构图，并求闭环传递函数)() (s R s C 。

自动控制原理大作业完成版

一、设计任务书设计任务是考虑到飞机的姿态控制问题，姿态控制转换简化模型如图所示，当飞机以4倍音速在100000英尺高空飞行，姿态控制系统的参数分别为：4,0.1,0.1,0.111====a a aK ωεωτ设计一个校正网络(),s G c 使系统的阶跃响应超调量小于5%，调节时间小于5s （按2%准则）2、计算机辅助设计（1）simulink仿真框图Simulink仿真框图双击scope显示图像，观察阶跃相应是否达到指标放大图像观察超调量为s t s p 7.4%,3==σ满足要求（2）绘制bode 图校正前的bode图校正后的bode图（3）绘制阶跃相应曲线校正前的阶跃相应曲线校正后的阶跃相应曲线三、校正装置电路图前面为放大装置放大25倍，后面为超前补偿电路，它自身的K 为0.1，相乘之后为指标中的2.5，校正装置电路完成160)16(5.2++=s s G c 。

四、设计结论设计的补偿网络为160)16(5.2++=s s G c 。

经过仿真得出超调量为s t s p 7.4%,3==σ满足要求。

五、设计后的心得体会实际的控制系统和我们在书中看到的标准系统差别很大，参数的要求比书中要求相对要苛刻，在设计校正网络的过程中，遇到很多困难超前滞后用根轨迹法无法求出，只能用simulink 画出仿真框图，通过经过一定的计算大概确定某些参数，通过不断地尝试修改，才能最终得到满足指标要求的阶跃相应曲线，很多时候现实中的参数没有书中的参数给的那么简单，会遇到很多难以想象的复杂状况，所以我们学习控制原理关键是学习怎么处理，如何应用好软件来配合完成系统的设计，现代控制理论不能单纯的通过简单的计算得出结论的，需要我们熟练运用软件来辅助设计，这样我们才能设计好一个校正网络。

附录：绘制bode图程序：g1=tf(16*[1.1],[1,2,16,0]);margin(g1)g2=tf(400*[1,7,6],[1,62,136,960,0]); margin(g2)绘制阶跃相应程序g1=tf(16*[1.1],[1,2,16,0]);h=tf([1],[1]);gc1=feedback(g1,h);t=0:0.01:10;step(gc1,t);gridg2=tf(400*[1,7,6],[1,62,136,960,0]); h=tf([1],[1]);gc2=feedback(g2,h);t=0:0.01:10;step(gc2,t);grid。

自动控制原理大作业

引言直流电动机具有调速范围广，控制简单，转矩大等优点，已广泛应用于对调速要求较高的场合。

在1980年代以前，电动机控制是通过模拟电路实现的，控制信号为模拟量，使得控制系统结构复杂，控制精度不高。

电动机控制系统中逐渐采用了一些数字电路来实现数字化。

模拟混合控制，简化了系统结构。

由于微机控制系统的优越性，市场上有很大的需求。

控制系统的性能要求不是很高。

同时，由于CPU和外围功能卡的不断升级以及价格的不断下降，使用微机进行控制的成本大大降低。

因此，用微机构建计算机控制系统是可行的。

使用计算机控制后，整个电动机速度控制系统可以完全数字化。

结构简单，可靠性高，操作维护方便。

电动机在稳态运行中的速度精度可以达到很高的水平，静态和动态指标可以满足工业生产中高性能电气动传动的要求，因此，计算机控制的直流电动机系统已在工业中得到了广泛的应用。

过程和设备控制。

但是，数字PID参数的整定方法主要取决于工程经验，可以在控制系统的实验中直接进行调整和修改。

本文采用一个16位的微机作为控制器来实现直流电动机的数字PID闭环速度控制，该系统没有实现静态误差控制。

通过实验，给出了PID参数设置与系统动态特性之间的关系。

1.1选题背景和意义。

在当今的电气时代，电机在现代生产和生活中起着非常重要的作用。

无论是在农业生产，交通运输，国防，医疗卫生，商业和办公设备中，还是在家用电器的日常生活中，都有大量使用各种电机的方法。

电动机的控制可分为简单控制和复杂控制。

简单的控制仅是启动，制动，正向和反向控制以及顺序控制。

这种控制可以通过继电器，PLC和开关元件来实现。

复杂的控制仅控制电动机的角度，转矩，电压，电流和其他物理量，有时需要非常精确的控制。

过去，直流电动机的简单控制有许多应用。

但是，随着现代的发展，人们对自动化的要求越来越高，这使得直流电动机的PID控制逐渐成为实现电动机速度精确控制的主流。

1 PID控制和参数整定方法在工程实践中，最广泛使用的调节器控制律是比例，积分和微分控制，称为PID控制，也称为PID调节。

自动控制原理大作业

第1章绪论一、例题[例1]线性系统的建模仿真:①开环控制系统；②闭环控制系统。

解①开环控制系统运行后可得下图：54321-1-2-3-4-5②闭环控制系统运行后得下图：[例2]非线性系统的建模仿真:①开环控制系统；②闭环控制系统。

、解①开环控制系统运行后得下图：-5-4-3-2-112345②闭环控制系统运行后得下图：二、仿真下图为在Simulink工具里面的搭建的仿真模块，实现控制的稳定性。

图1.1 控制系统结构模型图对模型中的数据进行合理的设计，运行图形如下：图1.2 控制系统结构波形图分析：由图示结果看出较为稳定，超调量小，调节时间也很短。

在t=0.2s 时基本达到稳定。

第2章自动控制系统的数学模型一、例题[例12] 两个子系统为 13()4G s s =+ 2224()23s G s s s +=++ 将两个系统按并联方式连接，可输入： num1=3;den1=[1,4]; num2=[2,4];den2=[1,2,3];[num,den]=parallel(num1,den1,num2,den2) 则得num =0 5 18 25 den =1 6 11 12因此 2123251825()()()61112s s G s G s G s s s s ++=+=+++[例13] 两个子系统为22251()23s s G s s s ++=++ 5(2)()10s H s s +=+将两个系统按反馈方式连接，可输入 numg=[2 5 1];deng=[1 2 3]; numh=[5 10]; denh=[1 10];[num,den]=feedback(numg,deng,numh,denh) 则得num =2 25 51 10 den =11 57 78 40 因此闭环系统的传递函数为3232()2255110()()11577840c num s s s s G s den s s s s +++==+++二、仿真系统1为：，系统2 为求按串联、并联、正反馈、负反馈连接时的系统状态方程及系统1按单位负反馈连接时的状态方程。

自动控制原理大作业

一，滤波电路原理分析波的基本概念滤波是信号处理中的一个重要概念。

滤波分经典滤波和现代滤波。

经典滤波的概念，是根据富立叶分析和变换提出的一个工程概念。

根据高等数学理论，任何一个满足一定条件的信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。

换句话说，就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的，组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。

只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做经典滤波器或滤波电路。

实际上，任何一个电子系统都具有自己的频带宽度（对信号最高频率的限制），频率特性反映出了电子系统的这个基本特点。

而滤波器，则是根据电路参数对电路频带宽度的影响而设计出来的工程应用电路。

用模拟电子电路对模拟信号进行滤波，其基本原理就是利用电路的频率特性实现对信号中频率成分的选择。

根据频率滤波时，是把信号看成是由不同频率正弦波叠加而成的模拟信号，通过选择不同的频率成分来实现信号滤波。

当允许信号中较高频率的成分通过滤波器时，这种滤波器叫做高通滤波器。

当允许信号中较低频率的成分通过滤波器时，这种滤波器叫做低通滤波器。

当只允许信号中某个频率范围内的成分通过滤波器时，这种滤波器叫做带通滤波器。

理想滤波器的行为特性通常用幅度-频率特性图描述，也叫做滤波器电路的幅频特性。

理想滤波器的幅频特性如图所示。

图中，w1和w2叫做滤波器的截止频率。

滤波器频率响应特性的幅频特性图对于滤波器，增益幅度不为零的频率范围叫做通频带，简称通带，增益幅度为零的频率范围叫做阻带。

例如对于LP，从-w1当w1之间，叫做LP的通带，其他频率部分叫做阻带。

通带所表示的是能够通过滤波器而不会产生衰减的信号频率成分，阻带所表示的是被滤波器衰减掉的信号频率成分。

通带内信号所获得的增益，叫做通带增益，阻带中信号所得到的衰减，叫做阻带衰减。

在工程实际中，一般使用dB作为滤波器的幅度增益单位。

低通滤波器低通滤波器的基本电路特点是，只允许低于截止频率的信号通过。

自动控制原理课程设计大作业

基于数字PID控制的直流电机控制系统的设计Design of Control System of DC Motor Based onDigitai PID Control学生姓名：马子嘉完成日期： 2012.4.26摘要利用16位微机为控制器，实现直流电机数字PID速度控制，PID在工程实际中，应用最为广泛的调节器。

PID控制器问世至今已有近70年历史，它以结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的制药技术之一,PID控制的关键在于参数的选择，最合适的参数可以大幅提高系统的性能，具有更高的利用价值，PID参数整定有很多种方法，本文中使用了试凑法、扩充临界比例度法、不完全微分PID控制法、简单PID算法，并且比较了各种方法在PID参数整定时的效果，利用MATLAB/SIMULINK实现了PID参数整定及仿真，分析比较了Kp，Ti，Td，Ts等参数对PID控制规律的影响，给出了PID参数的整定与系统动态特性的关系。

关键词：直流电机；数字PID控制；MATLAB/SIMULINK；参数整定;仿真1Abstract16 microcomputer controller, digital PID speed DC motor control, PID in engineering practice, the most widely used regulator.PID controller has come out nearly 70 years old, and its simple structure, good stability, reliable, and easy to adjust and become one of the pharmaceutical industrial control technology, PID control, the key lies in the choice of parameters, the most appropriate parameters can significantly improve system performance, with higher use value, the PID parameter tuning there are many ways used in this trial and error method, the expansion of the critical proportion of incomplete derivative PID control method, a simple PID algorithm, and compared the various methods in the regular effect of the PID parameters, using MATLAB / SIMULINK PID parameter tuning and simulation, analysis and comparison of Kp, Ti and Td, Ts, and other parameters of the PID control law is given a PID parameter tuning the relationship of the system dynamics.Key words: DC motor; digital PID control; MATLAB / SIMULINK；parameter tuning;emulation2目录摘要 (1)A b s t r a c t (2)1绪言1.1选题背景及意义 (4)2PID理论分析2.1P I D控制及参数整定方法 (5)2.2P I D控制器参数的整定 (8)2.3论文研究的方向和预期结果 (11)3直流电机调速系统的理论分析3.1电机控制系统的设计 (12)3.2直流电机的动态数学模型 (13)3.3数字P I D控制算法的实现 (16)4采用数字PID控制的直流调速系统仿真4.1基于SIMULINK的直流调速系统仿真 (18)4.2采用不完全微分P I D控制算法的直流调速系统M A T L A B仿真 (28)5结果分析与结论5.1实验结果分析 (38)参考文献 (40)31 绪论直流电机具有调速范围宽，控制简单，扭矩大等优点，在对调速要求高的许多场合得到广泛应用．2O世纪80年代之前，电机控制都是由模拟电路来实现，控制信号都是模拟量，使得控制系统结构复杂，控制精度不高．随着集成电路技术的发展，电机控制系统中逐渐应用了一些数字电路，实现了数模混合控制，简化了系统结构。

控制理论大作业

一级倒立摆研究（160232 蒋琴）1. 背景介绍倒立摆装置被公认为自动理论中的典型实验设备，也是控制理论教学和科研中不可多得的典型物理模型。

通过倒立摆的研究，可以将控制理论所涉及的三个基础学科：力学、数学和电学有机结合起来，在倒立摆中进行综合应用。

在稳定控制问题上，倒立摆既具有普遍性又具有典型性。

其结构简单，价格低廉，便于模拟和数字实现多种不同的控制方法，倒立摆的控制方法有很多种，如 PID 、自适应、状态反馈、智能控制、模糊控制及神经元网络等多种理论和方法。

用现代控制理论中的状态反馈方法来实现倒立摆系统的控制，就是设法调整闭环系统的极点分布，以构成闭环稳定的倒立摆系统，实际上，用线性化模型进行极点配置求得的状态反馈阵，不一定能使倒立摆稳定竖起来，能使倒立摆竖立起来的状态反馈阵是实际调试出来的，这个调试出来的状态反馈阵肯定满足极点配置。

2. 倒立摆简介倒立摆可以分为直线倒立摆、平面倒立摆和环形倒立摆等。

3. 模型构建3.1 倒立摆系统运动示意图M 小车质量 m 摆杆质量 b 小车摩擦系数2-3 环形倒立摆3-1 倒立摆系统运动示意l 摆杆转动轴心到杆质心的长度I 摆杆惯量F 加在小车上的力x 小车位置Φ摆杆与垂直向上方向的夹角（逆时针为正）θ摆杆与垂直向下方向的夹角（考虑到摆杆初始位置为竖直向下，顺时针为正）3.2受力分析3-2 倒立摆受力分析图3.3模型构建1）理论分析应用 Newton 方法来建立系统的动力学方程过程如下。

分析小车水平方向所受的合力，可以得到以下方程：Mx'' F bx' N由摆杆水平方向所受的合力，可以得到如下方程：d22 N md2（x lsin ）mx'' mlcos '' mlsin （ '）2dt2合并得：(M m)x'' bx' ml[ '' cos ( ')2 sin ] F摆杆垂直方向：P mg m d2(l cos ) ml[ '' sin ( ')2 cos ] dt2I '' Pl sin Nl cos合并得到力矩平衡方程：Pl sin Nl cos I '' （3）当夹角很小时（小于 1rad ） ,可以做如下近似处理：cos cos 1 ，sin sin ，'' 0用 u 代替 F，可得：(M m)x'' bx' ml '' u(I ml2 ) '' mgl(4)mlx''设状态空间表达式为：1）X' AX Bu y CX Du在（ 4）式中对 x''和 ' '进行线性求解，可得：x' x'(I ml 2)b m 2gl 2 I ml 2x'' x' u pp '' '' mlb x' mgl(M m) ml u其中： p I(M m) Mml 2 )2）实际问题实际系统参数如下：M 小车质量 1.096kgm 摆杆质量 0.109kgb 小车摩擦系数 0.1N/m/sl 摆杆转动轴心到杆质心的长度 0.25mI 摆杆惯量 0.0034 kg m 2T 采样时间 0.005s 所以，状态空间表达式为： x' 0 1 0 0x0 x'' 0 0.0883 0.6300 0 x' 0.8832' 0 0 0 1u0 '' 0 0.2357 27.8570 0 ' 2.3566 整理后，得到状态空间表达式为： 0x' x'' ''' y 10 0 其中： 1 (I ml 2)b p 0 mlb p 00 1 0 22 m 2gl 2 p 0 mgl(M m) p x 0x' 0 ' 00up I(M m) Mml 2ml 2pmlp6）5）x1 0 0001 3.4 系统的能观性和能控性能观性矩阵：M [B AB A 2B A 3B]0 0.8832 0.0780 1.49150.8832 0.0780 1.4915 0.26290 2.3566 0.2082 65.66622.3566 0.2082 65.6662 6.1506 rank (M ) 4能控性矩阵：N C CA CA 2 CA 3 T1.0000 0 00 0 0 1.00000 0 1.0000 00 0 0 1.00000 - 0.0883 0.6300 00 - 0.2357 27.8570 00 0.0078 0.0556 0.63000 0.0208 0.1485 27.8570 rank ( N ) 4所以，系统是能控能观的，本身即为最小系统。

自动控制原理大作业报告

背景：卫星通讯具有通讯距离远、覆盖范围大、通讯方式灵活、质量高、容量大、组网迅速基本不受地理和自然环境限制等一系列优点。

近来，采用小口径天线的车载卫星天线得到越来越广泛的应用。

系统采用8052单片机，对步进电动机运转和锁定进行有效控制。

在我做的大作业中选取了其中自动控制的部分进行分析和校正。

系统的提出：天线方位角位置随动系统建摸系统的原理图如图所示。

系统的任务是使输出的天线方位角θ0(t)跟踪输入方位角θi(t)的变化，试建立该系统的数学模型。

系统的参数值如下：电源电压V=10v；功率放大器的增益和时间常数K1=1，T1=0.01s；伺服电动机的电枢回路电阻Rd =8Ω，转动惯量Ja=0.02Kg m2，粘性摩擦系数f a=0.01N m s/rad，反电势系数C e=0.5V s/rad，转矩系数C m=0.5N m/A；减速器各齿轮的齿数为Z1=25，Z2= Z3=250；负载端的转动惯量JL=1 Kg m2粘性摩擦系数fL=1N m s/rad。

预定目标：阶跃响应的稳态误差为0，斜坡响应的稳态误差小于5%，阶跃响应的超调量小于25%，调节时间小于0.5s解：采用组合系统建摸法，根据原理图可以将系统划分为六个环节：输入电位器，差分放大器，功率放大器，电动机，减速器和输出电位器。

首先建立各个环节的数学模型，然后将它们组合起来则可得系统的数学摸型。

1环节的数学模型(1) 输入电位器与输出电位器由于输入电位器与输出电位器的线路和电位器的结构均相同，故这两个环节的传递函数是一样的。

对电位器环节的输出电压与输入角位移的特性进行线性化处理则可视其为一比例环节。

由图可知；当动触头位于电位器中心时其输出电压为零；朝前或朝后转动5圈其输出电压变化均为10V。

于是可得它们的传递函数为(2) 差分放大器与功率放大器放大器通常工作在放大状态，可不考虑饱和的影响。

差分放大器的时间常数比起功率放大器以及系统的其他环节的时间常数要小得多，可以忽视不计。