自动控制原理课程设计报告-北京科技大学
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。
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电气工程学院目录目录第一章课程设计内容与要求分析 (1)1.1设计内容 (1)1.2 设计要求 (1)1.3 Matlab软件 (2)1.3.1基本功能 (2)1.3.2应用 (3)第二章控制系统程序设计 (4)2.1 校正装置计算方法 (4)2.2 课程设计要求计算 (4)第三章利用Matlab仿真软件进行辅助分析 (6)3.1校正系统的传递函数 (6)3.2用Matlab仿真 (6)3.3利用Matlab/Simulink求系统单位阶跃响应 (10)3.2.1原系统单位阶跃响应 (10)3.2.2校正后系统单位阶跃响应 (11)3.2.3校正前、后系统单位阶跃响应比较 (12)3.4硬件设计 (13)3.4.1在计算机上运行出硬件仿真波形图 (14)课程设计心得体会 (16)参考文献 (18)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1）引入该校正装置后，单位斜坡输入信号作用时稳态误差1.0)(≤∞e ，开环截止频率ωc’≥4.4弧度/秒，相位裕量γ’≥45°；2）根据性能指标要求，确定串联超前校正装置传递函数；3）利用对数坐标纸手工绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线；cR 234）设校正装置R1=100K，R2=R3=50K，根据计算结果确定有源超前校正网络元件参数R4、C值；5）绘制引入校正装置后系统电路图（设给定的电阻和电容：R=100K，C=1μF、10μF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。
《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
自控课程设计课程设计(论文)设计（论文）题目单位反馈系统中传递函数的研究学院名称Z Z Z Z学院专业名称Z Z Z Z Z学生姓名Z Z Z学生学号Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z任课教师Z Z Z Z Z设计（论文）成绩单位反馈系统中传递函数的研究一、设计题目设单位反馈系统被控对象的传递函数为)2)(1()(00++=s s s K s G （ksm7）1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。
2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=10。
（2）相角稳定裕度γ>45º , 幅值稳定裕度H>12。
（3）系统对阶跃响应的超调量Mp<25%,系统的调节时间Ts<15s 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。
4、给出校正装置的传递函数。
计算校正后系统的截止频率Wc 和穿频率Wx 。
5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。
6、在SIMULINK 中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。
7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。
二、设计方法1、未校正系统的根轨迹图分析根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。
1）、确定根轨迹起点和终点。
根轨迹起于开环极点，终于开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。
故起于0、-1、-2，终于无穷处。
2）、确定分支数。
根轨迹分支数与开环有限零点数m 和有限极点数n 中大者相等，连续并且对称于实轴；本题中分支数为3条。
3）、确定根轨迹渐近线。
渐近线与实轴夹角为φa，交点为：σa。
且：φa=(2k+1)πn−m k=0,1,2······n-m-1;σa=∈pi−∈zin−m;则：φa=π3、3π3、5π3；σa=0−1−23=−1。
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-北京科技大学
北京科技大学自动控制原理课程设计学院：班级：学号：指导教师：姓名：目录一．引言 (3)二．系统模型的建立 (3)三．系统控制的优化 (3)3.1 PID调节参数的优化 (3)3.2 积分分离PID的应用 (3)四，结语 (3)双轮自平衡智能车行走伺服控制算法摘要：全国第八届“飞思卡尔”智能汽车大赛已经结束。
光电组使用大赛提供的D车模，双轮站立前进，相对于以前的四轮车，双轮车的控制复杂度大大增加。
行走过程中会遇到各种干扰，经过多次的实验，已经找到了一套能够控制双轮车的方法。
双轮机器人已经广泛用于城市作战，排爆，反恐，消防以及空间消防等领域。
实验使用单片机控制双电机的转速,达到了预期的效果。
关键词:自平衡;智能;控制算法Motion Servo Control Algorithm forDual Wheel Intelligent CarAbstract: The 8th freescale cup national Intelligent Car competition of has been end.The led team must used D car which has only 2tires.It is more difficult to control prefer to control A car which has 4tires.There is much interference on the track. A two-wheeled robots have been widely used in urban warfare, eod, counter-terrorism, fire control and space fire control and other fields。
We has searched a good ways to control it.We used MCU to control the speed of motors and get our gates.Key Words: balance by self; intelligent; control algorithm一．引言双轮自平衡车是智能汽车中一个重要的组成部分。
自动控制原理课程设计报告(00002)
自动控制原理课程设计报告自控课程设计课程设计(论文) 设计（论文）题目单位反馈系统中传递函数的研究学院名称Z Z Z Z学院专业名称Z Z Z Z Z学生姓名Z Z Z学生学号Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z任课教师Z Z Z Z Z设计（论文）成绩3）、确定根轨迹渐近线。
渐近线与实轴夹角为，交点为：。
且：k=0,1,2······n-m-1; ; 则：；。
4）、确定根轨迹在实轴上的分布。
在（-1，0）、（）区域内，右边开环实数零极点个数之和为奇数，该区域必是根轨迹；在（-2.-1）区域内，右边开环实数零极点个数之和为偶数，该区域不是根轨迹。
5）、确定根轨迹分离点与分离角。
分离点坐标d是以下方程的解：求得：d=-0.42，同时分离角为：。
6）、根轨迹与虚轴交点。
由闭环方程得0得：应用劳斯判据：| 1 2| 3S | 01 |令s行首项为0，得。
根据行系数，列辅助方程：令s=j，得。
根轨迹与虚轴相交于处。
7）、matlab验证根轨迹。
在matlab中输入程序：>> G=tf([1],[1 3 2 0]);>> figure(1)>> pzmap(G);>> figure(2)>> rlocus(G);得到根轨迹图：由根轨迹图可以验证之前的计算为正确的。
8）、分析系统的稳定性当增益从0逐渐增大到6时，根轨迹都在左半平面内，此时系统对0~6的值都是稳定的；当增大到大于6时，根轨迹进入了右半平面，系统不稳定。
时，称为临界开环增益。
2、串联校正方法研究1）、确定开环增益。
则。
2）、未校正系统信息。
在matlab中画出伯德图，程序如下：G=tf([20],[1 3 2 0]);figure(1)margin(G);如图所示：由图可得：未校正系统截止频率：rad/s ，相角裕度，幅值裕度h=-10.5，系统不稳定。
北科自控课程设计
北科自控课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解自动控制的基本概念、原理及分类；2. 掌握自动控制系统的数学模型及其建立方法；3. 学会分析自动控制系统的性能指标及其影响因素；4. 了解典型自动控制系统的结构、原理及在实际应用中的优缺点。
技能目标：1. 能够运用数学模型描述自动控制系统的动态特性；2. 掌握利用传递函数、状态空间方法分析自动控制系统的稳定性和性能；3. 能够设计简单的自动控制系统，并对其进行仿真和实验验证；4. 培养运用所学知识解决实际工程问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动控制技术的兴趣，激发学生主动学习的热情；2. 增强学生的团队协作意识，培养沟通、交流、合作能力；3. 培养学生严谨的科学态度和良好的工程素养，注重实际操作与理论知识的结合；4. 引导学生关注我国自动控制技术的发展，树立民族自信心和自豪感。
本课程旨在帮助学生掌握自动控制的基础知识，培养实际操作和分析自动控制系统的能力，同时注重培养学生的团队合作精神和科学素养。
针对北科自控课程特点，结合学生年级和认知水平，本课程目标具体、可衡量，为教学设计和评估提供明确依据。
二、教学内容1. 自动控制基本概念：控制系统定义、开环与闭环控制、控制系统的分类；2. 控制系统数学模型：微分方程、传递函数、状态空间模型；3. 控制系统稳定性分析：稳定性定义、劳斯-赫尔维茨准则、奈奎斯特准则；4. 控制系统性能分析：稳态误差、动态性能指标、频率响应法；5. 控制系统设计：PID控制、状态反馈、观测器设计；6. 典型控制系统：液位控制系统、电机控制系统、温度控制系统；7. 自动控制系统仿真与实验：MATLAB/Simulink仿真、实验设备操作。
教学内容根据课程目标，结合教材章节，以系统性和科学性为原则进行组织。
教学大纲明确以下安排和进度：第一周：自动控制基本概念；第二周：控制系统数学模型；第三周：控制系统稳定性分析；第四周：控制系统性能分析；第五周：控制系统设计；第六周：典型控制系统；第七周：自动控制系统仿真与实验。
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书
磁盘驱动读取系统概述：磁盘驱动读取装置的目标是要将磁头准确定位，以便正确读取磁盘磁道上的信息，由于磁盘旋转速度在1800转/分和7200转/分之间，磁头在磁盘上方不到10nm的地方运动，所以位置精度指标要求非常高。
此系统轨道的位置是通过读取预先录制在上的信息（格式化完成）进行检测的，因此反馈通道的传递函数取为：H(s)=1。
此外我们近似磁头与手臂之间的簧片是完全刚性的，所以影响磁头定位的主要扰动因素是外界的冲击、震动和系统内部参数发生改变等因素，我们要改进控制系统，以减小扰动因素的影响。
在这次设计中我们将用到比例控制，超前校正控制，滞后—超前校正控制等方法。
一、利用实验数据建立对象数学模型（考虑读写头与悬臂刚性连接）实验原理图：相关数据：飞升曲线标幺曲线根据程序：t=t(15:30);y1=y(15:30);y2=y1/0.092008;y3=1-y2;y4=log(y3);plot(t,y4)gridp=polyfit(t,y4,1)并得到：p =-829.6900 1.5860所以：K=-829.69,b=1.586 得到斜率坐标曲线如下图：斜率坐标图计算如下：所以对象传递函数:G(s)=0.92008/(1.156×10-6S3+2.16×10-3S2+S)二、采用比例控制，系统的性能指标要求：超调量%<5%，调整时间t s <200ms ，单位扰动的最大响应小于5‰1、控制系统方块图：R(S) C(S2、根据根轨迹程序：a=[0.92008];b=[1.156e-006 0.00216 1 0]; sys=tf(a,b); rlocus(sys); gridrlocfind(sys)>> Select a point in the graphics window selected_point =-7.4426e+002 -8.3668e+000ians =26.5803得到如图根轨迹：Ka 0.92008/(0.00121S+1)1/(0.000958S+1)1/s 1根轨迹图在保证系统稳定的前提下，折中选出比例增益，系统稳定要求闭环系统的极点位于S平面的右半面，通过根轨迹图可知当%=4.88%时，系统Ka=2473、系统的稳定裕度编程：ka=247;sys1=tf([0.92008*ka],[ 0.00121 1])sys2=tf([1],[0.000958 1 0])sys3=series(sys1,sys2);bode(sys3)gridmargin(sys3)[h r wg wc]=margin(sys3)运行结果：Transfer function:227.3-------------0.00121 s + 1Transfer function:1----------------0.000958 s^2 + sh =8.2297 （幅值欲量h）r =63.7349 （相角欲量r）wg =928.8050 （交接频率w g）wc =215.3773 （截止频率w c）BODE图4、单位阶跃给定作用下的响应曲线编程：ka=247;t=0:0.0001:10;sys1=tf([0.92008*ka],[ 0.00121 1])sys2=tf([1],[0.000958 1 0])sys3=series(sys1,sys2);sys4=feedback(sys3,[1])[y,t]=step(sys4,t);plot(t,y)grid得到曲线如图：5、单位扰动作用下的响应曲线编程：ka=247;t=0:0.001:2;sys1=tf( 1,[0.000958 1 0])sys2=tf(0.92008*ka,[0.00121 1])sys3=feedback(sys1,sys2)[y,t]=step(sys3,t);plot(t,y)grid得到曲线如图：5、小结通过多次改变Ka的可得到以下表中的多组数据：Ka 225 235 247 255 265超调量 3.14% 3.95% 4.88% 5.57% 6.4%调节时间（s）0.014 0.013 0.012 0.012 0.0130.0049 0.0048 0.0046 0.0045 0.0044对单位阶跃扰动的响应的最大值由此折中选择Ka=247为合适的。
自动控制原理课程设计报告
《自动控制原理》课程设计报告课题名称Matlab软件应用学院自动控制与机械工程学院专业电气工程及其自动化专业班级2009级电气XX班姓名XXX学号XXXXXXXXX时间XXXX年XX月 XX日自动控制原理课程设计报告摘要MATLAB 作为自动控制原理课程学习的主要工具之一在国内外被广泛使用。
该文根据自动控制原理课程学生学习的特点, 探讨了构建基于MATLAB 的实时控制实验系统平台, 以及该平台在自动控制原理课程实验教学中的使用。
关键词自动控制原理实验MATLAB; SIMULINKAbstract:MATLAB is the most ly used tool in the course of control theory. The paper base on learning specialty about control theory, it has established environment for experiment system with real time controlling. The paper introduce to using about the environment.Key words: automation control theory experiment MATLAB SIMULINK目录一、实验目的 --------------------------------------------------------------------------------------------- 3二、实验原理 --------------------------------------------------------------------------------------------- 3<一>、MATLAB简介------------------------------------------------------------------------------ 3<二>、MATLAB桌面系统 ----------------------------------------------------------------------- 4<三>、MATLAB命令窗口 ----------------------------------------------------------------------- 4<四>、MATLAB基本操作命令 ----------------------------------------------------------------- 51、简单矩阵的输入 --------------------------------------------------------------------------- 52、复数矩阵输入 ------------------------------------------------------------------------------ 53、MATLAB语句和变量 -------------------------------------------------------------------- 54、语句以“％”开始和以分号“；”结束的特殊效用 ------------------------------- 65、获取工作空间信息 ------------------------------------------------------------------------ 66、常数与算术运算符 ------------------------------------------------------------------------ 67、选择输出格式 ------------------------------------------------------------------------------ 68、MATLAB图形窗口 ----------------------------------------------------------------------- 79、剪切板的使用 ------------------------------------------------------------------------------ 710、MATLAB编程指南---------------------------------------------------------------------- 7三、MATLAB 语言的特点及其主要功能 ---------------------------------------------------------- 8<一>、MATLAB语言的特点 -------------------------------------------------------------------- 8<二>、MATLAB语言的主要功能 -------------------------------------------------------------- 81) 数值计算功能------------------------------------------------------------------------------- 82) 符号计算功能------------------------------------------------------------------------------- 83) 数据分析功能------------------------------------------------------------------------------- 84) 动态仿真功能------------------------------------------------------------------------------- 95) 程序接口功能------------------------------------------------------------------------------- 96) 文字处理功能------------------------------------------------------------------------------- 9四、具体题目分析说明 -------------------------------------------------------------------------------- 10五、课程设计体会 -------------------------------------------------------------------------------------- 27六、参考文献 -------------------------------------------------------------------------------------------- 28一、实验目的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。
自动控制技术课程设计报告
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所在班级自动化1132联系电话实施地点钟海楼04007起止时间2015.6.15--2015.6.19指导教师职称副教授一、课程设计的意义1．学习和掌握典型高阶系统动静态性能指标的测试方法。
2．分析典型高阶系统参数对系统稳定性和动静态性能的影响。
3．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()(21021++=S 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)1)(1()(21021++=S T S T S T K K S G ，设计一个由积分环节S T 01和惯性环节111+S T K 与122+S T K 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；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Step5．保持电位器不动（增益不变），改变三环节时间常数T 0，T 1，T 2，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。
北科大自动化课程设计
北科大自动化课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握自动化基本概念，理解自动化系统的组成及其工作原理。
2. 使学生了解自动控制理论的基本知识，如传递函数、稳定性分析等。
3. 引导学生掌握一种自动化编程语言，如PLC编程，并能够运用到实际项目中。
技能目标：1. 培养学生运用自动控制理论分析问题和解决问题的能力。
2. 提高学生动手实践能力，能够独立完成简单的自动化系统设计与调试。
3. 培养学生团队协作能力，能够与他人共同完成复杂的自动化项目。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对自动化技术的兴趣，培养其探索精神和创新意识。
2. 培养学生具备良好的工程素养，关注自动化技术在工程领域的应用。
3. 引导学生认识到自动化技术对社会发展的积极作用，增强社会责任感。
本课程针对北科大自动化专业学生，结合学科特点，注重理论知识与实践操作的相结合。
在教学过程中，充分考虑学生的认知水平、学习兴趣和实际需求，设定明确的课程目标。
通过课程学习，使学生能够达到以上所述的知识、技能和情感态度价值观目标，为今后从事自动化领域的工作打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 自动化基本概念：介绍自动化的定义、分类及其在工业生产中的应用。
参考教材章节：第一章 自动化概述2. 自动化系统组成：分析自动化系统的基本构成，包括传感器、执行器、控制器等。
参考教材章节：第二章 自动化系统组成3. 自动控制理论：讲解传递函数、稳定性分析、闭环控制等基本理论。
参考教材章节：第三章 自动控制理论4. PLC编程与应用：学习PLC编程语言，掌握基本指令和程序设计方法，了解其在自动化系统中的应用。
参考教材章节：第四章 PLC编程与应用5. 自动化系统设计与实践：结合实际案例，讲解自动化系统的设计步骤、调试方法及注意事项。
参考教材章节：第五章 自动化系统设计与实践6. 自动化技术发展趋势：介绍当前自动化技术的发展趋势，如工业4.0、智能制造等。
自动控制原理课程设计报告-北京科技大学
北京科技大学自动控制原理课程设计学院：班级：学号：指导教师：姓名：目录一．引言 (3)二．系统模型的建立 (3)三．系统控制的优化 (7)3.1 PID调节参数的优化 (7)3.2 积分分离PID的应用 (10)四，结语 (12)双轮自平衡智能车行走伺服控制算法摘要：全国第八届“飞思卡尔”智能汽车大赛已经结束。
光电组使用大赛提供的D车模，双轮站立前进，相对于以前的四轮车，双轮车的控制复杂度大大增加。
行走过程中会遇到各种干扰，经过多次的实验，已经找到了一套能够控制双轮车的方法。
双轮机器人已经广泛用于城市作战，排爆，反恐，消防以及空间消防等领域。
实验使用单片机控制双电机的转速,达到了预期的效果。
关键词:自平衡;智能;控制算法Motion Servo Control Algorithm for Dual Wheel Intelligent CarAbstract: The 8th freescale cup national Intelligent Car competition of has been end.The led team must used D car which has only 2tires.It is more difficult to control prefer to control A car which has4tires.There is much interference on the track.A two-wheeled robots have been widely used in urban warfare, eod, counter-terrorism, fire control and space fire control and other fields。
We has searched a good ways to control it.We used MCU to control the speed of motors and get our gates.Key Words: balance by self; intelligent; control algorithm一．引言双轮自平衡车是智能汽车中一个重要的组成部分。
《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2009 —-2010 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K G(S)S(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: 0K G(S)S(S 1)(S 2)=++，试用频率法设计串联滞后——超前校正装置，使系统的相角裕量045γ≥，静态速度误差系数1v K 10s -=,截止频率不低于1.5rad s设计步骤：1、静态速度误差系数1v K 10s -=，即当S —>0时，K G(S)S(S 1)(S 2)=++=10,解得K 0=20s -1。
即被控对象的开环传递函数:G （S)=)2)(1(20++S S S 。
2、滞后校正器的传递函数为：G C1(S)=TSbTS++11根据题目要求，取校正后系统的截止频率W C =1.5rad/s ，先试取b=0。
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北京科技大学自动控制原理课程设计学院：班级：学号：指导教师：姓名：目录一．引言 (3)二．系统模型的建立 (3)三．系统控制的优化 (7)3.1 PID调节参数的优化 (7)3.2 积分分离PID的应用 (10)四，结语 (12)双轮自平衡智能车行走伺服控制算法摘要：全国第八届“飞思卡尔”智能汽车大赛已经结束。
光电组使用大赛提供的D车模，双轮站立前进，相对于以前的四轮车，双轮车的控制复杂度大大增加。
行走过程中会遇到各种干扰，经过多次的实验，已经找到了一套能够控制双轮车的方法。
双轮机器人已经广泛用于城市作战，排爆，反恐，消防以及空间消防等领域。
实验使用单片机控制双电机的转速,达到了预期的效果。
关键词:自平衡;智能;控制算法Motion Servo Control Algorithm for Dual Wheel Intelligent Car Abstract: The 8th freescale cup national Intelligent Car competition of has been end.The led team must used D car which has only 2tires.It is more difficult to control prefer to control A car which has4tires.There is much interference on the track.A two-wheeled robots have been widely used in urban warfare, eod, counter-terrorism, fire control and space fire control and other fields。
We has searched a good ways to control it.We used MCU to control the speed of motors and get our gates.Key Words: balance by self; intelligent; control algorithm一．引言双轮自平衡车是智能汽车中一个重要的组成部分。
由于其是两轮站立，在很多场合有比四轮车更灵活，更方便控制的特点。
基于双轮车的机器人已经用于在城市作战，排爆，反恐，消防，空间探测等领域。
双轮自平衡车的控制过程与倒立摆相似。
本次研究主要是对双轮车直立的研究。
由于车在前进过程中还可能遇到弯道和路障，所以本文还对整个系统的稳定性做了比较深入的研究。
在理论证明正确的前提下，再次进行仿真验证，仿真验证的结果与实验结果相符合。
二．系统模型的建立智能汽车竞赛使用的是D车模。
D 车模是双电机，双轮的车模。
单电机控制双轮时可以满足车身保持平衡和前进的要求，而之所以使用双电机是为了前进过程中转弯的需要。
本文只讨论跟直立和干扰有关的内容，鉴于此，本文余下内容默认是单电机控制的车模。
自平衡车在没有电机控制的情况下属于不稳定系统，在极小的干扰下，就会偏离平衡位置而失去平衡。
因此，控制系统必须使用反馈控制。
图1是站立在赛道上的双轮车模。
图1 站立在赛道上的自平衡双轮车自平衡双轮车在只研究直立的情况下与倒立摆相似，因此这里将借助倒立摆的研究方式研究双轮车的平衡控制。
控制车模平衡的主观经验。
一般的人通过简单练习就可以让一个直木棒在手指尖上保持直立。
这需要两个条件：一个是托着木棒的手可以移动；另一个是眼睛可以观察到木棒的倾斜角度和倾斜趋势（角速度）。
通过手掌移动抵消木棒的倾斜角和趋势，从而保持直立。
这两个条件缺一不可，实际上就是控制中的负反馈控制，见图2。
图2 在手上不倒的木棍世界上没有一个天才杂技演员可以蒙着双眼使得木棒在自己指尖上直立，因为没了双眼就没了负反馈的环节。
经过简单的分析可以得到图3所示的控制结构图。
图3 不倒的木棍的控制结构图同样，双轮直立车的控制也是通过负反馈来实现的，与上面保持木棍直立则比较简单。
因为车模有2个轮子着地，车体只会在轮子滚动的防线上发生倾斜。
控制轮子转动，抵消在一个维度上倾斜的趋势便可以保持车体的平衡了。
如图4，5, 6所示。
图4 车体平衡，车轮静止图5 车体后倾，车轮向后加速图6 车体前倾，车体向前加速将双轮车简化成高度为L，质量为m的简单倒立摆，它可以放置在左右移动的车轮上。
与空气中的单摆类似，车身偏离平衡位置后要想能迅速的回到平衡位置，车身应该受到与位移方向相反的的回复力。
在平衡点附近，角度θ很小，即有sinθ≈θ。
假设车身偏离平衡角度后，将受到电机产生的与角度成比例的力:f = mk1θ(1)由于重力原因，车身偏离平衡位置后受到的回复力为：F = mgθ– mk1θ (2)从上式中可以看出回复力要想与位移相反，必须有k1> g。
假设外力干扰引起车模产生角速度x(t)。
沿着垂直于车模底盘的方向进行受力分析，可以得到车模倾角与车轮加速度a(t)以及外力干扰加速度x(t)之间的的运动方程。
受力分析如图7所示。
图7 车模受力分析L d2θdt2=gθ(t)−a(t)+Lx(t)−k1θ(4)车模静止不向前运动时，a(t) = 0,即：L d2θdt2=gθ(t)+ Lx(t)−k1θ(t)(5)对应车模静止时，系统输入输出的传递函数为：H(s)=θ(s)X(s)=1s2+k1L− gL(6)此时系统具有2个极s p =±√−g+k1L。
一个极点位于s平面的右半平面，车模不稳定。
在此处假设L=0.1，k1 = 20用matlab仿真此系统：Matlab代码如下：%程序目的：在没有微分量的情况下仿%真系统的阶跃响应%author:程顺均%时间：2013.8.28sys = tf([1], [1 0 100]);t = 0:0.01:3;figure(1)step(sys,t);grid on仿真截图如图8所示：图8 比例控制系统的阶跃响应从图来看，与分析结果一样，系统的阶跃响应为等幅振荡，不稳定。
原因是在阶跃响应中没有阻尼，也就是说实际中的车不会倒向一边，而是在平衡位置附近来回震荡。
这显然不是我们需要得到的效果。
因此在系统中我们加入为微分量，也就是阻尼。
在实际中变现为阻碍车模转动的力，类似于摩擦阻力，大小方向与车身角速度有关。
即阻力F f=k2dθdt(7)经过拉式变换，得到带阻尼的系统的控制结构图，如图9所示：图9 加入比例微分反馈控制的系统系统传递函数为：H(s)=θ(s)X(s)=1s2+k2Ls+k1−gL(8)此时系统的极点为：s p=−k2±√k2 2−4L(k1−g)2L(9)根据自动控制原理稳定性分析知识知道，只有系统的2个极点都在s平面的左半平面时系统才是稳定的。
因此系统必须满足k1>g,k2>0。
假设k2 = 0.5，k1 = 20。
利用matlab仿真。
仿真代码如下：%程序目的：在比例微分控制的情况下仿%真系统的阶跃响应%author:程顺均%时间：2013.8.28sys = tf([1],[1,5,100]);t = 0:0.01:3;figure(1)step(sys,t);grid on;title('比例微分控制时的阶跃响应');阶跃响应曲线如下：图10 比例微分控制的阶跃响应曲线从响应的曲线来看比例—微分控制曲线能够比较收敛下来。
在宏观看来，就是车身能够很快到我们需要的角度，而不是一直在设定角度的前后震荡。
研究到此也智能算是解决了直立控制的问题。
在实际中往往有很多干扰因素，例如飞思卡尔竞赛中赛道上就设有比赛道高的路障。
如果稳定性较差的直立车在通过路障的时候，会直接倒下。
假设干扰信号为D(s)，D(s)与θ(s)的关系为：θ(s)=(Ls2−gLs+k2s+k1−g)D(s)(10)这里我们把路障一类的干扰看成是脉冲干扰，D(s) = 1。
仿真参数不变，对干扰进行一次仿真。
仿真代码如下：%程序目的：仅在干扰下的输出响应%author:程顺均%时间：2013.8.28Time (sec)AmplitudeTime (sec)Amplitudesys = tf([0.1 0 -10],[0.1 0.2 10]); t = 0:0.2:10; figure(1); impulse(sys,t); gird on;仿真截图如图11所示：图11 系统对脉冲干扰的响应 从仿真的图来看，脉冲干扰会让本来已经稳定的系统来回的震荡，在多次震荡后才回到比较稳定的状态。
因此比例-微分控制的方式能够满足我们的要求。
对于一个系统来讲，能够稳定下来并不是我们追求的最终目标。
接下来将详细研究系统的优化和稳定性。
三．系统控制的优化飞思卡尔智能汽车竞赛中评比成绩是以在赛道上跑一圈的时间为唯一依据的。
这要求车在保持稳定的前提下以最大的速度前进。
系统的响应时间，抗干扰能力都是需要反复调整的。
快的调整时间，小的超调量，高的稳定性都是我们期望的结果。
3.1 PID 调节参数的优化一般的系统我们都需要短的调节时间，小的超调量。
往往我们是不能两方面做到极限，但是通过PID 参数的调节，我们可以得到一个满意的调节过程。
为了研究每个参数的意义，先进行单参数的研究。
P 一般是作为比例项，决定了系统的部分响应速度。
在这里我们使用一个仿真代码完成这个仿真。
仿真代码见附件1：Kp 的研究通过改变系统的Kp ，可以得到一系列的仿真图。
这里选取4组做研究。
分别为100,400，1000，2000。
仿真图如图12,13,14,15所示。
图12 Kp = 100时的阶跃响应图13 Kp = 400时的阶跃响应Time (sec)A m p l i t u d e图14 Kp = 1000时的阶跃响应图15 Kp = 2000时的阶跃响应为了方便对比出他们的不同，这里将他们的响应特征列表出来，如表1所示。
表1 Kp对系统性能的影响从表的的数据和调整图像来看，Kp的值很小的时候，系统的第一次上升达不到我们需要的值，需要积分项才能弥补。
这不是我们需要的结果。
而当Kp值很大的时候，上升时间缩短，超调量也会增大。
因此Kp值得选择主要影响了系统的响应能力。
Ki的研究PID中的I是积分项，主要是消除稳态误差。
下面通过4组不同的参数的测试研究其作用。
Ki的值为100,400，1000,2000的时候的值仿真图如图15,16,17,18所示。
图16 Ki=100的稳态误差图17 Ki=400的稳态误差图18 Ki=1000的稳态误差图19 Ki=2000的稳态误差从图像可以看出来，其上升速度和超调量并无太大的差异。
他们的差异主要体现在稳态误差上了。