控制系统仿真与设计课程设计报告
控制系统MATLAB仿真与应用课程设计
控制系统MATLAB仿真与应用课程设计1. 选题背景现代工业领域，控制系统是自动化生产过程中不可或缺的一部分。
因此，控制系统课程在自动化工程专业中被广泛开设。
其中，MATLAB作为自动化领域常用的仿真软件，能够快速、有效地建立和分析控制系统模型，被广泛应用于自动化工程课程中。
在此基础上，控制系统MATLAB仿真与应用课程设计成为了自动化工程专业不可或缺的一部分。
本文旨在探讨控制系统MATLAB仿真与应用课程设计的内容和方法。
2. 课程设计内容2.1 课程设计的目标控制系统MATLAB仿真与应用课程设计的目标是通过理论学习和实际实践，使学生熟悉控制系统的基本理论和仿真方法，掌握MATLAB仿真软件的基本操作和控制系统建模方法，同时在课程的实践环节中，能够完成基于MATLAB的控制系统仿真设计任务，提高学生的综合能力和实践能力。
2.2 课程设计的内容课程设计主要包括以下内容：2.2.1 控制系统理论基础•控制系统基本概念和分类•控制系统数学模型及其性质•控制系统稳定性和响应特性分析•PID控制器设计方法与参数调整技巧2.2.2 MATLAB基础•MATLAB软件环境介绍•MATLAB基本语法和数据类型•MATLAB常用函数和命令介绍•MATLAB绘图和数据可视化2.2.3 控制系统MATLAB仿真案例设计•基于MATLAB的控制系统建模方法•控制系统仿真设计实例讲解与分析•控制系统故障诊断与调试方法介绍•控制系统实验结果分析和讨论2.3 课程设计的实践环节课程设计中，学生要根据课程设计的要求，完成相应的仿真实验。
实验包括但不限于以下内容：•PID控制器的设计与参数调整•负反馈系统的稳态和暂态响应特性分析与仿真•步进电机控制系统的设计与仿真•直流电机控制系统的设计与仿真•温度控制系统的设计与仿真在实践过程中，学生要能够熟练使用MATLAB仿真软件，根据实验要求完成系统的建模、仿真和实验现场的调试与测试。
控制系统仿真课程设计.
控制系统仿真课程设计（2010级）题目控制系统仿真课程设计学院自动化专业自动化班级学号学生姓名指导教师王永忠/刘伟峰完成日期2013年7月控制系统仿真课程设计（一）——锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真1.1 设计目的本课程设计的目的是通过对锅炉水位控制系统的Matlab仿真，掌握过程控制系统设计及仿真的一般方法，深入了解反馈控制、前馈-反馈控制、前馈-串级控制系统的性能及优缺点，实验分析控制系统参数与系统调节性能之间的关系，掌握过程控制系统参数整定的方法。
1.2 设计原理锅炉汽包水位控制的操作变量是给水流量，目的是使汽包水位维持在给定的范围内。
汽包液位过高会影响汽水分离效果，使蒸汽带水过多，若用此蒸汽推动汽轮机，会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。
汽包液位过低，水循环就会被破坏，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，甚至爆炸。
常见的锅炉汽水系统如图1-1所示，锅炉汽包水位受汽包中储水量及水位下汽包容积的影响，而水位下汽包容积与蒸汽负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。
影响水位变化的因素主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量）和给水流量，锅炉汽包水位控制就是通过调节给水量，使得汽包水位在蒸汽负荷及给水流量变化的情况下能够达到稳定状态。
图1-1 锅炉汽水系统图在给水流量及蒸汽负荷发生变化时，锅炉汽包水位会发生相应的变化，其分别对应的传递函数如下所示：（1）汽包水位在给水流量作用下的动态特性汽包和给水可以看做单容无自衡对象，当给水增加时，一方面会使得汽包水位升高，另一方面由于给水温度比汽包内饱和水的温度低，又会使得汽包中气泡减少，导致水位降低，两方面的因素结合，在加上给水系统中省煤器等设备带来延迟，使得汽包水位的变化具有一定的滞后。
因此，汽包水位在给水流量作用下，近似于一个积分环节和惯性环节相串联的无自衡系统，系统特性可以表示为()111()()(1)K H S G S W S s T s ==+ （1.1） （2）汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性在给水流量及炉膛热负荷不变的情况下，当蒸汽流量突然增加时，瞬间会导致汽包压力的降低，使得汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，将整个水位抬高；而当蒸汽流量突然减小时，汽包内压力会瞬间增加，使得水面下汽包的容积变小，出现水位先下降后上升的现象，上述现象称为“虚假水位”。
计算机控制系统课程设计报告
计算机控制系统课程设计报告班级：热自 111学号：207110638姓名：周经鹏2014年12月11日目录一、课程设计的目的和任务 (2)1.1设计目的 (2)1.2设计任务 (2)二、控制对象喷雾干燥塔简介 (2)三、控制系统画面设计 (3)3.1喷雾干燥塔控制要求 (3)3.2控制系统画面设计 (5)3.3创建报警 (7)四、NT6000分散控制系统(DCS) (8)4.1熟悉NT6000上位机软件 (9)4.2水箱PID调节组态 (11)4.3主汽温监控系统设计 (13)4.3.1绘制主汽温监控系统画面 (13)4.3.2编辑系统功能 (14)五、心得体会 (16)一、课程设计的目的和任务1.1设计目的1.掌握计算机控制系统人机界面在本专业上具体应用的设计过程和实现方法；2.结合《可编程控制器》课程内容，掌握人机界面和控制器之间的通讯的原理、通讯的方式；3.加深对计算机控制系统组成原理、应用、编程的进一步理解；4.结合对喷雾干燥塔控制系统的需求分析，加深对有关热工控制系统、保护控制系统的理解；5.拓展计算机控制系统和其在相关行业中应用的相关知识。
1.2设计任务本次设计的主要任务是在熟悉喷雾干燥塔系统的工艺流程的基础上，基于Vijeo Citect编写喷雾干燥塔控制系统上位机控制系统画面，并对控制系统进行调试。
之后利用NT6000实现上位机、下位机通讯，调试监控系统。
二、控制对象喷雾干燥塔简介喷雾干燥塔将液态的料浆经喷枪雾化后喷入干燥塔内，干燥塔利用燃料燃烧的能量将鼓风机送入的空气进行加热;热空气在干燥塔内将雾化的料浆干燥为超细颗粒粉态成品。
粉状成品在塔内利用旋风分离原理从热空气中分离出来，有塔的底部翻版阀定期排入收集袋中的合格原料。
热空气则通过布袋除尘器除尘后排除。
喷雾干燥塔控制系统主要由燃烧、干燥、投料、除尘等几个主要部分组成。
主要用于把液态原料制备成固体粉末原料的设备。
在很多行业作为原料制备或成品制备的系统设备。
计算机控制技术与系统仿真课程设计
计算机控制技术与系统仿真课程设计课程背景计算机控制技术与系统仿真课程旨在培养学生对计算机控制技术的理解和应用，并通过系统仿真的方式加深对计算机控制系统的认识和理解。
在课程设计阶段，学生需要通过理论学习和实践操作，设计、实现和仿真计算机控制系统，加深对计算机控制技术与系统的认知与理解，为未来从事相关领域的工作做好准备。
课程内容计算机控制技术与系统仿真课程主要包括以下内容：1.计算机控制技术的基本概念和原理；2.计算机控制系统的结构和组成；3.控制系统设计的基本方法和流程；4.程序设计语言的基础；5.计算机控制系统仿真理论和方法；6.计算机控制系统仿真工具的使用。
课程设计任务在完成以上课程内容的学习后，学生需要完成本课程设计任务，设计并实现一个计算机控制系统，然后通过系统仿真工具进行仿真。
具体任务要求如下：任务要求1.设计一个计算机控制系统，能够完成对温度、湿度等环境参数的检测和控制；2.根据需求设计系统的控制算法，编写程序进行控制；3.使用仿真工具进行系统仿真，验证设计的控制算法是否正确；4.提交课程设计报告，包括系统的设计与实现、仿真结果分析和总结等。
设计要求1.设计系统的结构和组成，包括传感器、执行机构、控制器等；2.选择合适的控制算法，保证系统的稳定性和响应速度；3.编写程序代码，实现控制算法；4.使用仿真工具对系统进行仿真，记录仿真结果和分析结果数据。
设计思路在控制系统设计过程中，首先需要设计系统的结构和组成。
根据设计要求，以温度、湿度为控制参数，需要选取合适的传感器进行检测，以及选取合适的执行机构进行控制。
控制器的选取需要考虑控制要求的稳定性和响应速度等特点。
在确定了系统的结构后，需要选择合适的控制算法进行程序设计。
对于温度和湿度控制，最常用的控制算法是比例-积分-微分控制（PID控制），它能够根据检测到的温湿度数据自动调节控制器输出，实现系统的自动控制。
在编写控制程序之后，需要使用仿真工具进行系统仿真，以验证程序的正确性和系统稳定性。
控制系统计算机仿真课程设计
控制系统计算机仿真课程设计前言计算机仿真作为一个重要的工具，在控制系统的设计和实现中发挥着重要作用。
本文将介绍控制系统计算机仿真课程设计的内容和步骤，并结合一个实际的案例阐述如何利用计算机仿真技术进行控制系统设计。
设计内容和步骤设计内容控制系统计算机仿真课程的设计内容通常包括以下几个方面：1.系统建模：选择合适的控制模型，建立数学模型和仿真模型。
2.系统分析：分析系统的稳态和暂态响应，优化控制系统的性能。
3.控制器设计：设计合适的控制器结构和参数，实现闭环控制。
4.系统仿真：利用计算机仿真软件进行系统仿真，并分析仿真结果。
5.实验验证：通过实验验证仿真结果的正确性，进一步优化控制系统的性能。
设计步骤控制系统计算机仿真课程的设计步骤可以分为以下几个部分：1.系统建模掌握控制系统建模方法，能够从实际物理系统中抽象出控制对象、控制器等模型，建立相应的数学模型和仿真模型。
2.系统分析使用数学分析方法，分析系统的稳态和暂态响应，评估控制系统的性能。
包括评估系统的稳定性、快速性、抗干扰性等。
3.控制器设计使用控制理论，设计合适的控制器结构和参数，实现闭环控制。
掌握 PID、根轨迹、频域等控制器设计方法，能够根据系统要求选择合适的控制器。
4.系统仿真使用计算机仿真软件，进行系统仿真，验证控制系统的性能和预测实际系统行为。
掌握仿真软件的使用方法，能够进行仿真实验设计、仿真模型编写、仿真实验执行等。
5.实验验证在实验室、车间等实际环境中，利用实验设备和仪器对控制系统进行实验验证，验证仿真结果的正确性。
并通过实验优化控制器参数，提高控制系统的性能。
实例分析在本节中，我们将结合一个实际的案例，介绍控制系统的计算机仿真课程设计。
案例背景某高速公路入口处的车道管理系统由计算机控制，通过红绿灯控制车辆的通行。
系统从入口指示车辆能否进入高速公路，在出口将车辆计数和收费。
由于车辆的流量较大，系统的控制效果受到影响，需要进行优化。
月球软着陆控制系统综合仿真及分析(课程设计)
月球软着陆控制系统综合仿真及分析（课程设计）在月球探测带来巨大利益的驱使下，世界各国纷纷出台了自己的探月计划，再一次掀起了新一轮探月高潮。
在月球上着陆分为两种，一种称为硬着陆，顾名思义，就是探测器在接近月球时不利用制动发动机减速而直接撞击月球。
另一种称为软着陆，这种着陆方式要求探测器在距月面一定高度时开启制动系统，把探测器的速度抵消至零，然后利用小推力发动机把探测器对月速度控制在很小的范围内，从而使其在着陆时的速度具有几米每秒的数量级。
显然，对于科学研究，对探测器实施月球软着陆的科学价值要大于硬着陆。
1月球软着陆过程分析目前月球软着陆方式主要有以下两种方式：第一种就是直接着陆的方式。
探测器沿着击中轨道飞向月球，然后在适当的月面高度实施制动减速，最终使探测器软着陆于月球表面。
采用该方案时，探测器需要在距离目标点很远时就选定着陆点，并进行轨道修正。
不难发现，该方法所选的着陆点只限于月球表面上接近轨道能够击中的区域，所以能够选择的月面着陆点的区域是相当有限的。
第二种方法就是先经过一条绕月停泊轨道，然后再伺机制动下降到月球表面，如图17-1所示。
探测器首先沿着飞月轨道飞向月球，在距月球表面一定高度时，动力系统给探测器施加一制动脉冲，使其进入一条绕月运行的停泊轨道；然后根据事先选好的着陆点，选择霍曼变轨起始点，给探测器施加一制动脉冲，使其进入一条椭圆形的下降轨道，最后在近月点实施制动减速以实现软着陆。
主制动段开始点图17-1 月球软着陆过程示意图与第一种方法相比，第二种方法有以下几个方面较大的优越性：1）探测器可以不受事先选定着陆点的约束，可以在停泊轨道上选择最佳的着陆点，具有很大的选择余地。
2）在停泊轨道上，可以对探测器上的设备进行全面的检查、修正，为下一步的霍曼变轨段做好准备。
如果是载人登月，停泊轨道还可以给航天员以充足的准备时间，做好心理等方面的准备。
3）由于可以把轨道舱停留在停泊轨道上，而只控制着陆舱(包括下降发动机、推进剂、GNC 系统和在月面上作业的有效载荷等)降到月球表面，故可以减少探测器着陆部分的质量，从而减少着陆过程推进剂的消耗。
过程控制课程设计报告
《过程控制系统》课程设计报告课题：三阶系统PID控制的设计专业班级：姓名：学号：指导老师：年月日目录一. 课题任务---------------------1二. PID控制系统的仿真------------1三.控制系统的采样----------------3四. 结论-------------------------4五. 心得与体会-------------------5一．课题任务1、用MATLAB/Simulink对系统进行仿真建模和构成一个单回路PID控制系统，使用PID整定方法（临界比例度法或衰减曲线法）整定参数，对系统进行阶跃响应实验，记录仿真曲线。
2、在自控原理实验箱上搭接该单回路PID控制系统，对响应曲线进行采样。
3、通过结果对比分析：⑴、PID中比例、积分、微分对控制系统的影响⑵、PID参数整定后，系统响应曲线的衰减比、超调量、余差、上升时间、过渡时间等参数。
⑶、实际回路与仿真结果的对比分析。
二. PID控制系统的仿真1、在MATLAB/Simulink上该建立系统模型2.使用PID整定方法整定出参数•控制参数：•根据对象的动态特性，通过整定参数，改变控制器的适用性；•最佳控制要求：5个品质指标，要求稳、快、准（1）衰减曲线法：纯比例作用下，不需要调节到临界振荡，衰减比4：1到 10：1之间，图示 4：1衰减，两个波就可以稳定下来，得到Ps和Ts，由经验公式计算整定参数。
(2)采用MATLAB/Simulink对系统进行仿真结果(3) 计算出仿真曲线的衰减比、超调量、余差、上升时间、过渡时间等参数 解：衰减比：412.118.1=--=n 超调量：%80%100118.1%=⨯-=σ 余差：C=1-1=0上升时间:s t r 1.0=过渡时间：1.8s三.控制系统的采样(1) 在实验箱上搭接三阶控制系统(2) 对响应曲线进行采样，记录系统单位阶跃响应曲线。
(3) 计算出实验箱曲线的衰减比、超调量、余差、上升时间、过渡时间等参数。
MATLAB控制系统与仿真
MATLAB控制系统与仿真课程设计报告院（系）：电气与控制工程学院专业班级：测控技术与仪器1301班姓名：吴凯学号：1306070127指导教师：杨洁昝宏洋基于MATLAB的PID恒温控制器本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。
PID控制是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。
PID控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器 (至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%)。
在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。
本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback 法，线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法，设计一个温控系统的PID控制器，并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。
关键词：PID参数整定；PID控制器；MATLAB仿真。
Design of PID Controller based on MATLABAbstractThis paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid controller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid controller design method, design a pid controller of temperature control system and observe the output waveform while input step signal through virtual oscilloscope after system completed.Keywords: PID parameter setting ；PID controller；MATLAB simulation。
计算机控制系统课程设计报告
课程设计报告学生姓名:邱博学号：2学院:自动化工程学院班级:自动133题目:计算机控制系统指导教师：赵波，姜文娟职称: 副教授2016年6月27日目录1 题目背景及意义 (1)2 设计题目介绍 (2)2.1 设计要求 (2)2.2设计意义 (2)3 系统总体框架 (2)3.1 系统设计思路 (2)3.2 系统框架 (2)4 系统硬件设计 (3)4.1单片机部分 (3)4.1.1单片机引脚介绍 (3)4.1.2单片机的最小实现 (4)4.2 A/D转换电路 (5)4.2.1 芯片选择 (5)4.2.2 电路连接 (6)4.3 D/A转换电路 (6)4.4 模拟信号输入通道 (9)4.5 键盘模块 (10)4.6 数码管显示电路 (11)4.6 报警电路 (12)5 系统软件设计 (13)5.1主程序框图 (13)5.2键盘控制程序框图 (13)5.3数据转换程序框图 (14)5.4 显示程序框图 (15)5 结论 (17)参考文献 (18)1 题目背景及意义在自动控制系统的实际工程中，经常需要检测被测对象的一些物理参数，如温度、流量、压力、速度等，这些参数都是模拟信号的形式。
它们要由传感器转换成电压信号，再经A/D转换器变换成计算机能够处理的信号。
同样，计算机控制外设，如电动调节阀、模拟调速系统时，就需要将计算机输出的数字信号经过D/A转换器变换成外设能接受的模拟信号。
本次《计算机控制系统》课程设计的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个基于51单片机，A/D和D/A多种资源应用并具有综合功能的小系统的设计及编程应用，使我们不但能够将课堂上学到的理论知识及实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、等方面的知识进一步加深认识，同时在系统设计、软件编程、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。
帮助同学们增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解，从而更好的掌握单片机的内部功能模块的应用以及A/D和D/A功能的实现。
电力拖动自动控制系统与MATLAB仿真课程设计
电力拖动自动控制系统与MATLAB仿真课程设计1. 课程目标本课程的主要目标是介绍电力拖动自动控制系统的基本原理和MATLAB仿真的基本方法，通过课程设计使学生掌握电力拖动自动控制系统的设计和仿真方法，并能够理解其在实际生产中的应用。
2. 课程内容2.1 电力拖动自动控制系统概述本课程首先介绍电力拖动自动控制系统的基本概念和原理，包括控制系统的组成、控制对象、控制信号、控制器等方面的内容。
2.2 控制系统设计在掌握电力拖动自动控制系统的基本概念和原理后，本课程将介绍控制系统的设计方法，包括控制系统的建模、控制器的设计以及系统的稳定性分析等方面的内容。
2.3 MATLAB仿真本课程将介绍MATLAB仿真的基本方法和工具，包括MATLAB的编程语言、仿真器、图形用户界面等方面的内容。
同时，将以电力拖动自动控制系统作为实例，演示如何使用MATLAB进行系统的仿真和分析。
2.4 课程设计在完成理论部分的学习后，本课程将开展课程设计，要求学生使用所学知识，基于电力拖动自动控制系统的实际问题，完成系统的设计和仿真，并撰写课程设计报告。
3. 课程评估课程评估将基于以下两个方面：3.1 课程作业课程作业将占总评估成绩的50%。
作业内容包括理论学习笔记、仿真程序设计、课程设计报告等方面。
学生需在规定时间内完成作业，按时提交。
3.2 期末考试期末考试将占总评估成绩的50%。
考试内容将涵盖课程的基本概念、原理和应用，要求学生能够熟练掌握所学知识并能够运用于问题解决。
4. 参考资料本课程主要参考以下资料：•《电力拖动自动控制系统理论与实践》•MATLAB官方文档•《电力系统控制工程》5. 总结通过本课程的学习，学生能够掌握电力拖动自动控制系统的基本原理和MATLAB 仿真的基本方法，并能够独立完成系统的设计和仿真工作。
同时，本课程还将培养学生分析问题、解决问题的能力，为其在实际工作中提供有力的支持。
控制系统仿真课程设计
控制系统仿真课程设计第一章引言1.1MATLAB软件简介MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。
是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
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，并在很大程度上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。
1.2MATLAB软件组成MATLAB系统由MATLAB开发环境、MATLAB数学函数库、MATLAB语言、MATLAB图形处理系统和MATLAB应用程序接口（API）五大部分构成。
开发环境MATLAB开发环境是一套方便用户使用的MATLAB函数和文件工具集，其中许多工具是图形化用户接口。
它是一个集成的用户工作空间，允许用户输入输出数据，并提供了M文件的集成编译和调试环境，包括MATLAB桌面、命令窗口、M文件编辑调试器、MATLAB工作空间和在线帮助文档。
数学函数库MATLAB数学函数库包括了大量的计算算法。
从基本算法如加法、正弦，到复杂算法如矩阵求逆、快速傅里叶变换等。
语言MATLAB语言是一种高级的基于矩阵/数组的语言，它有程序流控制、函数、数据结构、输入/输出和面向对象编程等特色。
图形处理系统图形处理系统使得MATLAB能方便的图形化显示向量和矩阵，而且能对图形添加标注和打印。
它包括强大的二维三维图形函数、图像处理和动画显示等函数。
应用程序接口MATLAB应用程序接口（API）是一个使MATLAB语言能与C、Fortran等其它高级编程语言进行交互的函数库。
该函数库的函数通过调用动态链接库（DLL）实现与MATLAB文件的数据交换，其主要功能包括在MATLAB中调用C和Fortran程序，以及在MATLAB与其它应用程序间建立客户、服务器关系。
控制系统仿真课程设计 (2)
控制系统仿真课程设计随着现代工程技术的不断发展，控制系统仿真技术在工程设计和开发中的应用越来越广泛。
控制系统仿真课程的设计，可以帮助学生了解控制系统在实际应用中的工作原理和运作方式，加深对理论知识的理解和掌握，提高工程实践技能。
课程设计目标本次课程设计的目标是通过使用Matlab/Simulink软件，模拟实际工业环境下的控制系统，并编写有效的控制算法，实现控制系统的稳定输出。
本课程设计旨在帮助学生了解控制系统的基本原理、建模方法、系统分析和控制设计等方面的知识，以及掌握Matlab/Simulink的基本使用方法。
课程设计内容实验一：基于控制系统的建模1.了解控制系统的基本概念和结构，掌握Matlab/Simulink的基本使用方法。
2.根据实际工业环境设计和建立模型，并进行仿真测试。
3.通过仿真结果分析控制系统的特性和性能，优化控制算法。
实验二：控制系统设计与模拟1.学习控制系统设计基本方法，了解PID算法的原理和应用。
2.根据建模结果进行系统设计，通过仿真测试并调整控制参数。
3.分析仿真结果，对控制系统性能进行评估，并优化算法实现。
实验三：传感器与控制系统的集成1.学习传感器的工作原理和使用方法，了解传感器与控制系统的集成技术。
2.设计包括传感器在内的控制系统，并进行仿真测试。
3.分析仿真结果，检测控制系统的稳定性、响应速度和精度等性能指标，优化算法设定并重新测试。
实验四：算法集成和性能测试1.掌握算法应用和参数搜索的技术方法。
2.完成控制算法的实现，并进行仿真测试比较。
3.通过性能比较结果，检测算法的稳定性、鲁棒性和响应速度等性能指标，优化算法实现。
课程设计要求1.学生需要组成小组，每组人数不超过4人。
2.每个小组需要按照课程内容要求，完成所有实验任务。
3.学生需要及时向指导教师汇报实验进展情况，并完成实验报告撰写和PPT演示制作。
4.课程设计时间不少于2个月，实验器材和软件由学校提供。
基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计
计算机控制技术课程设计报告《基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计》专业及班级______ 09自动化（1）班_________ 姓名_____ 吴红田坤王林指导老师_______ 丁健______________完成时间_______ _ 2012-6-17__________________基于protues的步进电机控制系统设计摘要：步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。
控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。
为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。
人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。
此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被广泛应用在各种自动化控制系统中，随着微电子和计算机技术的发展，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。
一、步进电机原理、控制技术及其特点由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专业设备….步进电机控制驱动器，典型步进电机控制系统的控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几千赫兹可以连续变化的脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列，环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输入端，以驱动步进电机的转动，环形分配器主要有两大类：一类是用计算机软件设计的方法实现环形分配器要求的功能，通常称软环形分配器。
单片机课程设计报告---电风扇模拟控制系统设计
电风扇模拟控制系统设计一、选题背景本次单片机C语言设计选题为电风扇模拟控制系统设计，我们需要解决的主要问题为如何实现电风扇的运转，控制档位与转速并且在过热时系统会做出及时的调整。
我们还应达到以下技术要求：利用 L298N 驱动模块，驱动直流风扇，设计一个电风扇控制系统；3 个独立按键分别控制“自然风”、“睡眠风”、“常风”，（三者的区别是直流电机的停歇时间不同），并在数显管上显示出区别；每种类型风可以根据按下独立按键次数分为 4 个档的风力调节；设计风扇的过热保护，即当风扇运行一段时间后，暂停10秒。
本次实验的指导思想主要是在学习完单片机C语言程序后，并且做了多次实验，我们已经熟练掌握程序编写、画电路图、进行仿真实验。
通过课程设计来锻炼我们自己的动手能力并且检验我们的学习成果。
二、方案论证(设计理念)设计原理：本次设计以单片机AT89CA51作为核心，从而建立一个控制系统，实现三个按键控制直流电机的不同转速，来实现“自然风”、“常风”、“睡眠风”三种状态，并且每种“风”都有四种档位。
同时在数码管上显示对应的风种类和档位。
同时设计过热保护，系统在运行一段时间后自动暂停10s。
AT89C51是一个低功耗，高性能的8位单片机。
4k字节Flash闪速存储器，256字节片内数据存储器(00H -7FH为片内RAM，80H-FFH为特殊功能寄存器SFR)，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
三、过程论述首先先使用一张proteus模拟电路图来展现设计原理。
让我们更好的理解设计中使用的元器件以及运行原理。
(整理)控制系统综合课程设计—切换系统的仿真
目录题目：切换系统的仿真 (2)摘要 (3)1 引言 (4)2 一般控制系统 (4)2．1 控制器的设计 (4)2．2 仿真实例 (5)2．3 改变参数对系统性能的影响 (6)2.3.1 时滞环节对系统性能的影响 (7)2.3.2 切换函数对系统性能的影响 (8)2．4 状态观测器的设计 (10)2.4.1 仿真实例 (10)3 非线性系统 (12)3．1 非线性切换系统的稳定性 (12)3．2 改变参数对非线性系统性能的影响 (16)3.2.1 时滞环节对系统性能的影响 (16)3.2.2 切换函数对系统性能的影响 (17)3．3 非线性系统的控制器设计 (18)3.3.1 仿真实例 (18)4 结论 (21)参考文献 (23)题目：切换系统的仿真问题描述：利用Matlab 软件仿真如下随机切换系统1、一般控制系统：)())(()()(t u D t t x B t x A t xσσσστ+-+= 其中x 为状态，u 为控制。
2、非线性系统：)))((())(()()(t d t x g W t x g B t x A t x-++=σσσ 要求：（1）给出仿真程序，系统的状态曲线；（2）改变参数，探索控制算法的设计及其性能。
课程设计报告摘要1 引言切换系统是一个由一个系列的连续或离散的子系统以及协调这些子系统之间起切换的规则组成的混合系统。
关于切换系统最重要的研究是关于其稳定性能的研究，切换系统的稳定性具有三个基本问题：对于任意切换序列系统的稳定性；对给定的某类切换序列系统的稳定性；构造使系统能够稳定的切换序列，即镇定问题。
切换系统的稳定性有一个显著的特点是，其子系统的稳定性不等于整个系统的稳定性，即可能存在这样的情形，切换系统的每个子系统的是稳定的，但是在按照规则进行切换时，会导致整个系统不稳定，与此相对，也可能存在这样的情形，尽管每个子系统是不稳定的，但是可以通过某种切换规则使整个系统稳定。
控制系统的数字仿真及计算机辅助设计第二版课程设计 (2)
控制系统的数字仿真及计算机辅助设计第二版课程设计一、课程设计背景控制系统是现代自动化技术的核心，数字仿真技术是控制系统设计、调试和性能评估的重要手段之一，计算机辅助设计是普及控制系统设计的重要途径之一。
为了更好地培养学生的控制系统设计能力，提高数字仿真技术和计算机辅助设计的应用水平，本课程设计旨在通过仿真实例，使学生在实践中掌握控制系统的数字仿真及计算机辅助设计技术，同时提高他们的综合素质。
二、课程设计目标本课程设计主要目标如下：1.掌握MATLAB/Simulink软件的基本使用方法，熟练掌握仿真技术。
2.掌握自动控制理论中常用的控制器，了解其工作原理和应用范围。
3.了解现代控制理论中的新型控制方法，如模糊控制、神经网络控制、自适应控制等。
三、课程设计内容1. 数字仿真基础1.MATLAB/Simulink软件的安装和使用。
2.基本模块的使用介绍，如常用的信号源、激励、控制器等。
3.数字仿真模型的搭建。
2. 控制器设计与仿真1.PID控制器的设计与调试。
2.模糊控制器的设计与调试。
3.神经网络控制器的设计与调试。
4.自适应控制器的设计与调试。
3. 控制系统数字仿真实例1.电机控制系统的仿真设计。
2.飞行器姿态控制系统的仿真设计。
3.按摩椅控制系统的仿真设计。
4.温度控制系统的仿真设计。
四、课程设计流程1.确定课程设计的内容和目标。
2.学生在老师指导下独立完成相应的数字仿真和控制器设计。
3.分组进行控制系统仿真实例的设计，每组分配一种实例进行研究。
4.学生提交仿真报告，老师评分并提供修改意见。
5.学生在老师指导下，对实例进行仿真实验，并进行讲解。
6.课程总结，总结课程设计的成果和不足，并对学生提出建议。
五、课程设计评分标准1.学生提交的仿真报告根据完成情况评分。
2.学生在实验中的表现评分，包括实验报告、讲解和操作技能。
3.课程总结和反思。
六、总结本课程设计通过数字仿真技术和控制器的设计，让学生在实践中掌握控制系统设计技术和应用方法，培养了学生团队合作和创新意识，提高了他们的综合素质和实践能力。
3uplc单轴运动控制系统课程设计报告
3uplc单轴运动控制系统课程设计报告篇一：摘要：本课程设计报告旨在设计一个基于3uplc单轴运动控制系统的控制方案。
首先，对3uplc单轴运动控制系统的结构和原理进行介绍，包括系统的硬件和软件组成。
然后，详细讨论了系统的控制策略和算法，包括位置控制、速度控制和力控制。
接着，进行了系统的建模和参数调整，以实现良好的控制性能。
最后，通过实验验证了所设计的控制方案的有效性和稳定性。
1. 引言3uplc单轴运动控制系统是一种常用的工业自动化控制系统，广泛应用于机械加工、装配线和物流等领域。
该系统主要由运动控制器、执行器和传感器组成，通过对执行器的控制，实现对物体的精确位置、速度和力的控制。
在本课程设计中，我们将针对该系统进行控制方案设计和优化。
2. 3uplc单轴运动控制系统结构和原理2.1 系统硬件组成3uplc单轴运动控制系统的硬件主要包括运动控制器、执行器和传感器。
运动控制器是系统的核心部件，负责接收和处理控制信号，并将其转化为执行器的动作。
执行器是用于实现机械运动的装置，例如电机和液压缸。
传感器用于对系统的运动状态进行监测和反馈，例如位置传感器和力传感器。
2.2 系统软件组成3uplc单轴运动控制系统的软件主要包括控制算法和用户界面。
控制算法是实现对系统运动的控制策略和方法，例如PID控制算法和模糊控制算法。
用户界面是系统与操作员进行交互和设置的接口，通常采用触摸屏或计算机软件。
3. 控制策略和算法3.1 位置控制位置控制是3uplc单轴运动控制系统最基本的控制功能，其目标是使执行器到达预设的目标位置。
常用的控制算法包括PID控制算法和模糊控制算法。
在本设计中，我们将选择合适的控制算法，并进行参数调整和优化。
3.2 速度控制速度控制是控制系统中的另一个重要功能，其目标是使执行器以预设的速度进行运动。
常用的控制算法包括PID控制算法和模糊控制算法。
在本设计中，我们将选择合适的控制算法，并进行参数调整和优化。
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《控制系统仿真与设计》课程设计报告一、目录摘要 (3)一、概述 (3)二、设计任务与要求 (4)2.1 设计任务 (4)2.2 设计要求 (4)三、理论设计 (5)3.1 方案论证 (5)3.2 系统设计 (6)3.2.1 电流调节器设计 (6)3.2.2 速度调节器设计 (9)四、系统建模及仿真实验 (11)4.1 MATLAB 仿真软件介绍 (11)4.2 仿真建模 (12)4.3 仿真实验 (12)五、总结与体会 (15)参考文献 (15)摘要在直流双闭环调速系统教学中, 电流环和转速环参数的简化计算是教学关键环节, 文章针对某双闭环直流调速系统, 进行了参数的详细计算和电流环和转速环的设计, 并采用MA TL AB /SI MULI NK对实际系统进行了仿真, 给出了起动过程中的电枢电流和转速变化的波形, 并对结果进行了分析。
结果表明在实验中引入MA TLAB /SI MULI NK仿真是对实际实验的良好补充, 能够加深学生对实验的认识。
关键词：MATLAB；直流调速；双闭环；转速调节器；电流调节器；干扰一、概述直流电动机具有调速性能好，起动转矩大，易于在大范围内平滑调速等优点，其调速控制系统历来在工业控制中占有及其重要的地位。
随着电力技术的发展，特别是在大功率电力电子器件问世以后，直流电动机拖动将有逐步被交流电动机拖动所取代的趋势，但在中、小功率的场合，常采用永磁直流电动机，只需对电枢回路进行控制，相对比较简单。
特别是在高精度位置伺服控制系统、在调速性能要求高或要求大转矩的场所，直流电动机仍然被广泛采用[2]，直流调速控制系统中最典型一种调速系统就是速度、电流双闭调速系统。
直流调速系统的设计要完成开环调速、单闭环调速、双闭环调速等过程，需要观察比较多的性能，再加上计算参数较多，往往难以如意。
如在设计过程中使用Matlab中的SimuLink实用工具来辅助设计，由于它可以构建被控系统的动态模型，直观迅速观察各点波形，因此调速系统性能的完善可以通过反复修改其动态模型来完成，而不必对实物模型进行反复拆装调试[4]。
Matlab中的动态建模、仿真工具SimuLink具有模块组态方便，性能分析直观等优点，可缩短产品的设计开发过程，也可以给教学提供了虚拟的实验平台。
二、 设计任务及要求2.1设计任务设计一个转速、电流双闭环直流调速系统，要求利用晶闸管供电，整流装置采用三相桥式电路。
直流电动机参数：● 额定功率25KW ，额定电压220V ，额定电流136A ，● 额定转速 1600r/m ，e C =0.132Vmin/r ，● 允许过载倍数λ=1.5。
● 晶闸管装置放大系数：s K =40● 电枢电阻：R a =0.5Ω● 电枢回路总电阻：2Ra=1Ω● 时间常数：机电时间常数m T =0.18s ， 电磁时间常数l T =0.03s● 电流反馈系数：β=0.05V/A● 转速反馈系数：α=0.007v min/r● 转速反馈滤波时间常数：on T =0.005s ，oi T =0.005s● 总飞轮力矩：GD 2 =2.5N.m● h=62.2设计要求⑴ 系统稳态无静差，电流超调量 σi ≤ 5%；启动到额定转速时的转速退饱和超调量 σn ≤ 10％。
⑵ 系统具有过流、过压保护。
三、理论设计3.1 方案论证采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。
但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。
是因为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。
在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值 Idcr以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。
为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值I dm的恒流过程。
按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。
现在的问题是，我们希望能实现控制：⏹起动过程，只有电流负反馈，没有转速负反馈；⏹稳态时，只有转速负反馈，没有电流负反馈。
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。
，把转速调节器 A S R的输出当作电流调节器 A C R的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置 G T ， T A 为电流传感器， T G为测速发电机．从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环，转速调节环在外边，叫做外环，这样就形了转速、电流双闭环调速系3.2 系统设计校正环节的设计方法很多，而且是很灵活的，用经典的动态校正方法设计调节器须同时解决稳、准、快、抗干扰等各方面相互矛盾的静动态性能要求，需要设计者具有扎实的理论基础，丰富的实际经验和熟练的设计技巧。
这样初学者往往不易掌握，在工程应用中也不很方便。
于是便产生建立更简便实用的工程设计方法。
图 1 电流、转速双闭环直流调速控制系统3.2.1 电流调节器设计实际系统中往往有一些小时间常数的惯性环节，它们的倒数都处于对数频率特性的高频段，对它们作近似处理不会显著地影响系统的动态性能。
故当系统有多个小惯性环节时，在一定条件下，可以将它们近似看成一个小惯性环节，其时间常数等于原系统各小时间常数的和[6]。
经过小惯性环节的处理，并且忽略反电动势对电流环的影响，再假定为理想空载即，得电流环简化结构图2所示，图 2 电流环（内环）简化结构为限制超动电流过大在电流环中采用抗饱合电流调节器，由于电流检测信号中常含有交流分量，故需要加低通滤波，其滤波时间常数按需要选定，滤波环节可抑制反馈信号中的交流分量，但同时也给反馈信号带来延滞，为了平衡这一延迟作用在给定信号通道中加入一个相同时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节，其意义是让给定信号和反馈信号经过同样的延滞，使两者得到恰当的配合，图中，。
由于电流环的重要作用是保持电枢电流在动态过程中不超过允许值，因而希望超调量越小越好，同时要求抗扰动性能较好，因此一般都按典型I型系统来设计电流环，取抗饱合电流调节器（PID）中的D为零，建立如下一个双闭环调速系统的电流环，其SIMULINK系统结构图如图3所示2 电力拖动控制系统的设计。
由于电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型I型系统，应采用PI调节器，其传递函数为：（3.1）式中：——电流调节器的比例系数——电流调节器的超前时间常数电流调节器的待定参数包括和，为了让调节器的零点对消掉控制对象的时间常数极点，令=则电流环的闭环传递函数为（3.2）式中：降阶处理后近似为：（3.3）在一般情况下，希望超调量，由表1可取阻尼比，，表1 典型I型系统动态跟随性能指标与参数的关系因此参数计算结果：( 1) 反馈参数和时间常数的确定TS = 0. 001 7T% i= TS + Toi = 0 . 001 7+0 . 002= 0 . 003 7 s。
（2)电流调节器结构选择和参数计算K i =1.12忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件满足近似条件电流环小时间常数近似处理条件满足近似条件σ≤电流环可以达到动态给随性能指标为5%i3.2.2 速度调节器设计为了简化系统，在此内电流环建成后，必须进行模块封装，可将其取名为“被控制对象”，继而再建立它的转速外环。
为了限制转速，以免产生负转现象，在转速环中亦采用抗饱合调节器（PID）。
则测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换相纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数为表示，跟电流环一样道理，在转速给定通道中也配上时间常为的给定滤波环节。
并经过将滤波环节等效地移到环内，再把时间常数为和的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为的惯性环节，，则转速环简化成如图所示。
转速环一般选用典型II型系统这首先是基于稳态无静差的要求，其次从动态性能上看，有较好的抗扰性能。
转速调节器也应采用PI调节器，其传递函数为：（3.5）式中，K n——转速调节器的比例系数τn——转速调节器的超前时间常数这样，转速系统的开环传递函数为（3.6）式中，转速环开环增益转速调节器的参数包括K n和τn，按照典型II型系统的参数选择方法得，所以转速调节器的比例系数h的选择要以系统对动态性能的要求来决定，一般选择h=5。
速度调节器的参数计算结果：( 1) 时间常数的确定转速环小时间常数近似处理取( 2)转速调节器结构选择和参数计算四、系统建模及仿真实验4.1 MATLAB 仿真软件介绍作为一种面向科学与工程计算的高级语言，MATLAB由于使用极其方便、而且提供丰富的矩阵处理功能，所以很快引起了控制领域研究人员的高度重视，并且此基础上开发了控制理论与CAD和图形模块化设计方法相结合的控制系统仿真工具箱，目前它已成为国际控制界最流行的计算机仿真与CAD语言。
MATLAB语言除可以进行传统的交互式编程来设计控制系统以外，还可以调用它的控制系统工具箱来设计控制系统。
用MATLAB设计出控制系统进行仿真后，可以利用MATLAB的工具在线生成C语言代码，用于实时控制。
可以毫不夸张地说，MATLAB已不仅是一般的编程工具，而是作为一种控制系统的设计平台出现的。
目前，许多工业控制软件的设计就明确提出了与MATLAB的兼容性。
MATLAB及其工具箱将一个优秀软件包的易用性、可靠性、通用性和专业性，以及以一般目的应用和高深的专业应用完美地结合在一起，并凭借其强大的功能，先进的技术和广泛的应用，使其逐渐成为国际性的计算标准，为世界各地数十万名科学家和工程师所采用。
今天，MATLAB的用户团体几乎遍及世界各主要大学、公司和政府研究部门，其应用也遍及现代科学和技术的方方面面。
4.2 仿真建模使用MA TLAB 进行仿真和系统控制时,可以应用MATLAB提供的动态仿真工具Simulink组件。
首先建立双闭环调速系统的仿真模型,晶闸管整流电路可以由SimPowerSystems模块集中的电力电子模块库PowerElectronics中的Thyristor来实现;直流电动机可以采用SimPowerSystems中的电机模块,这些模块封装了电机的电气与机械方程,在模块给定了参数后就可以直接模拟实际电机的工作状态;测速发电机、励磁系统和电动机均可由电气系统模块集中的DC Machine模块实现。
4.3 仿真实验仿真机构图设某电动机铭牌参数为:额定电压U N =220V,额定电流IN=136A,额定转速为nN=1500rpm,Ke=0.228V/rpm,λ=1.5,晶闸管装置的放大倍数为Ks=62.5,电枢回路总电阻Ra=0.863Ω,电流反馈系数β=0.028V/A,转速反馈系数α=0.0041V/rpm,反馈环节时间常数τi =τn =0.005s,已知两个调节器参数分别为Ki=1.15,Ti=0.028s,Kn=20.12,Tn=0.092s。