自动控制原理课程设计报告68662
自动控制原理课程设计报告(自控)
自动控制系统课程设计课题名称单位负反馈系统的校正设计学院（系）信息工程与自动化专业班级 08自动化姓名杨宝贵学号 *********指导老师乔永凤设计日期 2010.12.20目录一、设计目的------------------------- 3二、设计任务与要求--------------------- 32.1设计任务 ------------------------- 32.2设计要求 ------------------------- 3三、设计方法步骤及设计校正构图----------- 33.1校正前系统分析--------------------- 3 3.2校正方法 ------------------------- 6 3.3校正装置 ------------------------- 73.4校正后系统分析--------------------- 9四、课程设计小结与体会----------------- 12五、参考文献------------------------- 13一 、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、稳态误差和穿越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设计任务设单位负反馈系统的开环传递函数为：))101.0)(1(/()(++=s 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和静态 性能：1) 相角裕度045≥γ；2) 在单位斜坡输入下的稳态误差为0625.0≥ss e ； 3) 系统的穿越频率大于2rad/s 。
2.2设计要求1) 分析设计要求，说明校正的设计思路（超前校正，滞后校正或滞后－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) 用MA TLAB 编程代码及运行结果（包括图形、运算结果； 4) 校正前后系统的单位阶跃响应图。
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。
自控原理课程设计
定常系统的频率法超前校正1问题描述用频率法对系统进行校正，是利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，从而提高系统的稳定性，致使闭环系统的频带扩展，以达到改善系统暂态响应的目的。
但系统频带的加宽也会带来一定的噪声干扰，为了系统具有满意的动态性能，高频段要求幅值迅速衰减，以减少噪声影响。
2设计过程和步骤2.1题目 已知单位反馈控制系统的开环传递函数：)101.0)(11.0()(++=s s s Ks G设计超前设计超前校正装置，使校正后系统满足：%40,30,6011≤≥=--σωssK c v2.2计算校正传递函数（1）根据稳态误差的要求，确定系统的开环增益K60)101.0)(11.0()(lim 0=++==→s s s Ks sG K s v则可以解得60=K（3）由于开环增益60=K ,在MATLAB 中输入以下命令： num=[60];den=[0.001,0.11,1,0]; Gs=tf(num,den); bode （Gs ）；margin （Gs ）；由次可以得到原开环传递函数的伯德图，如图1所示，进而求出相位裕量3.101=γ图1 校正前系统伯德图(3)由给定的相位裕量值γ，计算超前校正装置应提供的相位超前量φ，即1m φφγγε==-+因为%40%σ≤，故由公式10.160.4(1)40sin σγ︒︒︒︒=+-=， 可得γ ≥38.68︒，所以得58.411=+-=Φ=Φεγγm ，式中的ε是用于补偿因超前校正装置的引入，使系统的剪切频率增大而增加的相角迟后量。
ε值通常是这样估计的：如果未校正系统的开环对数幅频特性在剪切频率处的斜率为40/db dec -，一般取10~5=ε；如果该频段的斜率为60/db dec -，则取20~15=ε但是上面所说的斜率未见尽显的频率所以剪切频率处的频率应处于40/db dec -到60/db dec -之间，因此 20~5=ε，此处取14=ε最合适。
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。
自动控制原理课程设计报告
课题：课题十六专业：电气工程及其自动化班级：六班姓名学号：罗一航（12153505）刘梁国（12155618）指导教师：贾渭娟设计日期：2014.12.22~2014.12.29 成绩：重庆大学城市科技学院电气信息学院目录1 设计目的 (2)2 设计要求 (2)3 实现过程 (3)3.1设计题目 (3)3.2 计算过程 (3)3.2.1 计算根轨迹图 (3)3.2.2 计算Bode图 (6)3.2.3 设计系统的串联校正装置 (8)3.2.4 给出校正装置的传递函数 (9)3.2.5 画出校正前，校正后幅频特性图 (9)3.2.6 画出校正前、后开环系统的奈奎斯特图 (10)3.2.7 校正器对系统性能的影响 (12)4 总结 (13)参考文献 (13)自动控制原理课程设计任务书1 设计目的1）掌握控制系统设计与校正的步骤和方法。
（2）掌握对控制系统相角裕度、稳态误差、剪切频率、相角穿越频率以及增益裕度的求取方法。
（3）掌握利用Matlab对控制系统分析的技能。
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。
（4）提高控制系统设计和分析能力。
（5）所谓校正就是在系统不可变部分的基础上，加入适当的校正元部件，使系统满足给定的性能指标。
校正方案主要有串联校正、并联校正、反馈校正和前馈校正。
确定校正装置的结构和参数的方法主要有两类，分析法和综合法。
分析法是针对被校正系统的性能和给定的性能指标，首先选择合适的校正环节的结构，然后用校正方法确定校正环节的参数。
在用分析法进行串联校正时，校正环节的结构通常采用超前校正、滞后校正和滞后-超前校正这三种类型。
超前校正通常可以改善控制系统的快速性和超调量，但增加了带宽，而滞后校正可以改善超调量及相对稳定度，但往往会因带宽减小而使快速性下降。
自动控制原理课程设计报告
1、 设计内容开环传递函数：()(0.011)(1)KG s s s s =++,对传递函数进行分析，包括时域、频域、根轨迹分析。
要求校正后系统的性能指标为： 45γ>°，05.0<ss e2、 设计要求分析函数，说明校正的设计思路（超前校正，滞后校正或滞后－超前校正；），详细设计（包括的图形有:校正前系统的Bode 图，校正后系统的Bode 图；)，用MATLAB 编程代码及运行结果（包括图形、运算结果；）,校正前后系统的单位阶跃响应图。
3、 校正前系统分析3.1时域指标的计算与MATLAB 分析3.1.1由05.0<ss e 得出，系统型别v=1，K=20。
3.1.2将开环传递函数求出闭环传递函数：系统为为单位负反馈系统，得出：自然振荡频率 ωn =4.47 rad/s ，阻尼角β=4.17º，阻尼比 ξ=0.11，衰减系数 б=0.49，振荡频率 ωd =4.423.1.3时域性能指标：由公式得 超调量 σ%=49%，峰值时间 t p=π/ωd =0.70S调节时间t s=9.81S（Δ=0.02）上升时间t r=π-β/ ωd=0.25S3.1.4MATLAB分析：输入为单位阶跃响应， MATLAB程序参看附录；MATLAB图如下：图3-1 单位阶跃响应及其动态性能指标3.1.5动态性能指标：超调量：σ%=75% ，调节时间：t s=9.34S （Δ=0.02）上升时间：t r=0.251S (取由稳态值的10%到90%)，峰值时间：t p=0.703s3.1.6MATLAB分析得出：通常由上升时间或峰值时间来评价系统的响应速度；用超调量来评价系统的阻尼程度；而调节时间是同时反映响应速度和阻尼程度的综合性能指标。
系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡曲线，最后趋于稳定。
2图3-1 单位阶跃响应及其动态性能指标图3-2 稳态值的10%到90%3.2根轨迹稳定分析3.2.1根轨迹分析：由开环传递函数得出有三个极点，分别为：s=-100,-1,0 极点数N=3，零点数M=0S=-100为非主导极点（舍去），s=-1和s=0为主导极点，无零点。
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_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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一、自动控制的相关概念1含义所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。
2控制系统类型（1）开环控制系统只有输入量的前向控制作用，输出量并不反馈回来影响输入量的控制作用，因而，我们将它称为开环控制系统（Open-Loop Control System）。
开环控制系统可用下图表示。
开环系统的优点——结构简单，系统稳定性好，调试方便，成本低。
因此，在输入量和输出量之间的关系固定，且内部参数或外部负载等扰动因素不大，或这些扰动因素可以预测并进行补偿的前提下，应尽量采用开环控制系统。
开环控制的缺点——当控制过程中受到来自系统外部的各种扰动因素，如负载变化、电源电压波动等，以及来自系统内部的扰动因素，如元件参数变化等，都将会直接影响到输出量，而控制系统不能自动进行补偿。
因此，开环系统对元器件的精度要求较高。
（2）闭环控制系统闭环控制系统（Close-Loop Control System）又称反馈控制系统（Feedback Control System），是在闭环控制系统中，把输出量检测出来，经过物理量的转换，再反馈到输入端去与给定值（参考输入）进行比较（相减），并利用比较后的偏差信号，以一定的控制规律产生控制作用，抑制内部或外部扰动对输出量的影响，逐步减小以至消除这一偏差，从而实现要求的控制性能。
闭环控制的优点——抑制扰动能力强，与开环控制相比，对参数变化不敏感，并能获得满意的动态特性和控制精度。
闭环控制的缺点——但是引入反馈增加了系统的复杂性，如果闭环系统参数的选取不适当，系统可能会产生振荡，甚至系统失稳而无法正常工作，这是自动控制理论和系统设计必须解决的重要问题。
3自动控制系统的组成·被控对象（或过程）——又称控制对象或受控对象，指需要对它的某个特定的量进行控制的设备或过程。
被控对象的输出变量是被控变量，常常记作或。
被控对象除了受到控制作用外，还受到外部扰动作用。
·给定元件——其作用是给出与期望的输出相对应的系统输入量，是一类产生系统控制指令的装置。
·测量反馈元件——如传感器和测量仪表，感受或测量被控变量的值并把它变换为与输入量同一物理量后，再反馈到输入端以作比较。
·比较元件——比较输入信号与反馈信号，以产生反映两者差值的偏差信号。
·放大元件——将微弱的信号作线性放大。
·校正元件——也叫补偿元件，它是按某种函数规律变换控制信号，以利于改善系统的动态品质或静态性能。
·执行元件——根据偏差信号的性质执行相应的控制作用，以便使被控制量按期望值变化。
如电动机、气动控制阀等。
二、课程设计的目的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。
三、课程设计内容及其要求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。
4．确定校正装置的电路形式及电路参数。
5．完成设计报告四、课程设计题目及未校正分析已知开环传递函数为：)1001.0)(11.0()(0++=s s s Ks G ,对系统的要求为。
1、画出未校正系统的Bode 图，分析系统是否稳定。
2、画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定。
3、设计一个调节器进行串联校正。
要求校正后的系统满足指标； （1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差≤0.001 （2）超调量Mp<30%，调节时间Ts<0,05秒 （3）幅值稳定裕度Gm>20，相角稳定裕度Pm>45º)1001.0)(11.0()(0++=s s s Ks G 统分析4.1根据系统开环传函可知，系统没有零点；开环极点为： P1=-1000,P2=-10,P3=0 稳态误差:K1=0.001得K=1000 V 为系统中理想积分环节和理想微分环节数的代数和，理想积分环数的符号取负，理想微分环节数的符号取正。
V=-1在对数幅频特性上能找到横坐标ω=1，纵坐标20lgK=20lg1000=60(dB),即图中a 点，过该点作斜率为-60dB/dec 的斜率。
转折频率分别为1000==WWW,错误!未找到引用源。
画出未校正系统1=,03,102的Bode图，分析系统是否稳定L(w)dB·s-1)4.2用MATLAB软件做出的系统校正前的博德图如图所示模拟程序如下：Z=[4871000];P=[0,-102.8,-372.6,-97.5,-7.46]；k=527.16;h=zpk(z,p,k);bode(h);grid运行结果如下图所示：图6-1 开环传函的零极点图图6-2 系统的根轨迹4.3作出系统的根轨迹（1）实轴上的根轨迹：[错误!未找到引用源。
], [错误!未找到引用源。
]；（2）渐近线：错误!未找到引用源。
；交点：错误!未找到引用源。
；（3）分离点：由错误!未找到引用源。
,解得d=-1.89；则系统根轨迹如图6-2。
4.4随着系统根轨迹增益变化的系统动态性能分析（1）稳定性由系统开环传函克制闭环系统特征方程为0)1001.0)(11.0(=+++K s s s令错误!未找到引用源。
,将其代入上式0)()(101.0)(0001.023=+++K j j j ωωω即{{0101.000001.0-23=-=ωωωK . 由于错误!未找到引用源。
，故可解得1010100==K ，ω则当K*<1010，闭环系统稳定K*=640时的单位阶跃响应曲线K*=720时的单位阶跃响应曲线K*=800时的单位阶跃响应曲线K*=1010时的单位阶跃响应曲线K*=1920时的单位阶跃响应曲线K*=2400时的单位阶跃响应曲线由上面的分析可知，随着根轨迹增益K*的变大，系统的稳定性下降。
（2）快速性K*值系统闭环传函上升时间峰值时间超调量调节时间K*=640 640-------------------------------------0.00013s+0.1012s+S+6401.0242 0.6357 48.5719 3.1294K*=720 720-------------------------------------0.00013s+0.1012s+S+ 7201.1108 0.5821 52.53663.4923K*=800 800-------------------------------------0.00013s+0.1012s+S + 8001.1912 0.5776 56.9823 3.8504K*=1010 1010-----------------------------------0.00013s+0.1012s+S + 10101.1270 0.5217 64.1043 4.4582由上面的系统单位阶跃响应动态性能分析可知，在保证系统稳定的前提下，随着根轨迹增益K*的变大，系统响应速度增大。
五、校正装置的设计(滞后校正)由题目要求（1）绘制出待校正系统的对数幅频特性曲线，如图6-3所示。
由图6-3得待校正系统的截止频率错误!未找到引用源。
= 4.91 rad/s > 1 rad/s，算出待校正系统的相角裕度为错误!未找到引用源。
<40错误!未找到引用源。
（2）由要求的错误!未找到引用源。
选择错误!未找到引用源。
选取错误!未找到引用源。
,而要求错误!未找到引用源。
；于是错误!未找到引用源。
由错误!未找到引用源。
，解得校正后系统的截止频率错误!未找到引用源。
=2.8840 rad/s（3）确定滞后网络参数b和T。
当错误!未找到引用源。
=2.8840 rad/s时，由图6-3可测得错误!未找到引用源。
, 再由20lgb=-错误!未找到引用源。
，解得b=0.4490。
令错误!未找到引用源。
,求得 T=7.7220s 。
于是串联滞后校正网络的对数幅频特性曲线错误!未找到引用源。
如图6-5所示，其传递函数为系统的开环传递函数为图6-3 待校正系统的开环bode图图6-5 校正后系统的开环bode图图6-6 待校正系统时间响应图6-7校正后系统时间响应（3）验算性能指标错误!未找到引用源。
= 42.7704错误!未找到引用源。
> 40错误!未找到引用源。
图6-5 系统校正前后开环对数幅频特性图（4）MATLAB验算性能指标幅频裕度h（dB）相角裕度错误!未找到引用源。
(错误!未找到引用源。
)穿越频率错误!未找到引用源。
(rad/s)截止频率错误!未找到引用源。
(rad/s)待校正 3.0000 25.3898 8.9443 4.9083校正后 6.3610 42.7704 8.7285 2.8923设计要求(5)程序名:abc.mg=tf(640,[1 24 80 0]) %未校正系统传递函数[h,r,wx,wc]=margin(g) %计算未校正系统稳定裕度性能指标figure(1),gridmargin(g); %未校正系统稳定裕度图w=2.8840 %相角裕度满足错误!未找到引用源。
时的截止频率lw=bode(g,w) %计算出在原来系统BODE上W=2.8840时，开环传递函数的幅值大小b=1/lw %根据20*lg(b)+20*lg(lw)=0;求出b；t=1/(b*0.1*w) %根据1/bt=0.1*W求出t；gc=tf([b*t 1],[t 1]) %由b t值可得到，无源滞后网络传递函数gcgo=gc*g %由无源滞后网络传递函数gc和开环传递函数g可得校正后开环传递函数go[h1,r1,wx1,wc1]=margin(go) %计算校正后系统的相角裕度，幅值裕度，截止频率，穿越频率figure(2),gridmargin(go) %校正系统稳定裕度图figure(3),gridbode(g,'r--',go,'b') %校正系统与未校正系统的bode图figure(4),gridsys1=feedback(g,1) %未校正系统的单位负反馈闭环传函step(sys1) %未校正系统的闭环传函阶跃响应figure(5),gridsys2=feedback(go,1) %校正系统的单位负反馈闭环传函step(sys2) %校正系统的闭环传函阶跃响应simulink动态仿真图：结构图由受控对象、校正模块、求和器Sum以及信号单元step fun和显示单元scope组成。