哈工大自控课设
哈工大自动控制原理课件-第一章
1.2自动控制系统的组成及原理
（4）反馈信号：是被控变量经由传感器等元 件变换并返回到输入端的信号，它要与输入信 号进行比较(相减)以便产生偏差信号，反馈信 号一般与被控变量成正比。 （5）扰动(信号)是加于系统上的不希望的外来 信号，它对被控变量产生不利影响，又称干扰 或“噪声”。
(6)反馈量（Feedback Variable）： 通过检测 元件将输出量转变成与给定信号性质相同且数 量级相同的信号。
1.1自动控制的基本概念
近年来由于计算机与信息技术的迅速发展，控 制工程无论从深度上还是从广度上都在向其他 学科不断延伸与扩展，逐渐发展到以控制论、 信息论、仿生学为基础，以智能机为核心的智 能控制阶段。
本课程重点讲述经典控制理论，即本书的 前6章。
1.2自动控制系统的组成及原理
1.2自动控制系统的组成及原理
作业10% 作业共计5次 试验10% 一到两次试验 大作业10% 两次 期末考试70%
第1章 自动控制系统概述
本章主要内容：
自动控制的概念 自动控制系统的组成 自动控制系统的分类 对自动控制系统的基本要求及典型输入信号 自动控制理论的发展史
1.1自动控制的基本概念
自动控制作为重要的技术手段，在工业、农业、 国防、科学技术领域得到了广泛的应用。 自动控制：是指在无人干预的情况下，利用控制 装置(或控制器)使被控对象(如机器设备或生产过 程)的一个或多个物理量(如电压、速度、流量、液 位等)在一定精度范围内自动地按照给定的规律变 化并达到要求的指标。 例如，电网电压和频率自动地维持不变；数控机 床按照预定的程序自动地切削工件；火炮根据雷 达传来的信号自动地跟踪目标；人造卫星按预定 的轨道运行并始终保持正确的姿态等。这些都是 自动控制的结果。自动控制系统性能的优劣， 将 直接影响到产品的产量、 质量、 成本、 劳动条件 和预期目标的完成。
自动控制系统课程设计说明书.
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y课程设计说明书（论文）课程名称：自动控制理论课程设计设计题目：直线一级倒立摆控制器设计院系：电气学院电气工程系班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2016.6.6-2016.6.19手机号码：哈尔滨工业大学教务处直线一级倒立摆控制器设计摘要：采用牛顿—欧拉方法建立了直线一级倒立摆系统的数学模型。
采用MATLAB 分析了系统开环时倒立摆的不稳定性，运用根轨迹法设计了控制器，增加了系统的零极点以保证系统稳定。
采用固高科技所提供的控制器程序在MATLAB中进行仿真分析，将电脑与倒立摆连接进行实时控制。
在MATLAB中分析了系统的动态响应与稳态指标，检验了自动控制理论的正确性和实用性。
0.引言摆是进行控制理论研究的典型实验平台，可以分为倒立摆和顺摆。
许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来，通过倒立摆系统实验来验证我们所学的控制理论和算法，非常的直观、简便，在轻松的实验中对所学课程加深了理解。
由于倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。
本次课程设计中以一阶倒立摆为被控对象，了解了用古典控制理论设计控制器(如PID控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计方法，掌握MATLAB仿真软件的使用方法及控制系统的调试方法。
1.系统建模一级倒立摆系统结构示意图和系统框图如下。
其基本的工作过程是光电码盘1采集伺服小车的速度、位移信号并反馈给伺服和运动控制卡，光电码盘2采集摆杆的角度、角速度信号并反馈给运动控制卡，计算机从运动控制卡中读取实时数据，确定控制决策(小车运动方向、移动速度、加速度等)，并由运动控制卡来实现该控制决策，产生相应的控制量，使电机转动，通过皮带带动小车运动从而保持摆杆平衡。
哈工大自控原理课设报告-电机
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y课程设计说明书（论文）课程名称：自动控制原理课程设计设计题目：控制系统直流电机院系：控制科学与工程-自动化班级：设计者：学号：指导教师：强盛设计时间：2015年3月哈尔滨工业大学一、人工设计 (4)1.控制系统校正前的传递函数： (4)2.对于性能指标A： (5)（1）问题分析： (5)（2）采用超前校正时： (6)3.对于性能指标B： (8)（1）问题分析： (8)（2）减小误差 (8)二、计算机辅助设计 (8)1. 对于性能指标A (8)（1）被控对象开环simulink图 (8)（2）被控对象的开环bode图 (9)（3）校正以后的simulink图 (10)（4）校正以后的bode图 (10)（5）最后校正完成的闭环simulink图 (11)（6）阶跃响应时的仿真曲线 (11)2. 性能指标B (12)（1）被控对象开环simulink图 (12)（2）被控对象的开环bode图 (12)（3）校正以后的simulink图 (13)（4）超前校正以后的bode图 (14)（5）超前校正之后的闭环simulink图 (14)（6）阶跃响应时的仿真曲线 (15)（7）正弦响应的仿真曲线 (16)（8）用正弦信号输入时，采用顺馈控制的simulink图 (17)（9）加入顺馈控制之后的正弦响应的仿真曲线 (18)三、校正装置电路图 (19)1. 对于性能指标A： (19)(1)超前环节的电路参数 (19)(2)放大环节的电路参数 (20)2. 对于性能指标B： (20)（1）超前环节和放大环节 (20)（2）顺馈环节 (20)四、设计总结 (21)五、设计心得 (22)一、人工设计1.控制系统校正前的传递函数：根据直流电机的工作原理及其公式可得：uKtd d t d d T t d d TT aeMm11212313a=++θθθKK J R TMea M=RL Taaa =JnJ Lm J 21+=将已知条件代入上式，12.171712.0=+=J018.538.941.58.919212.1712=⨯=⨯⨯=TM00625.01210375=-⨯=T autd d td d td d a21018.53331.01212313=++θθθ由于T T M a <<，因此T a 可以忽略，上式第一项变为0. 对上式取拉氏变换，得()()()s s s s U sa 21018.53112=+θθ所以传递函数()()()()1018.53211+==s s s s s G U aθ2.对于性能指标A ： （1）问题分析：由指标（1），将传递函数改写为()1018.534000+=s s G系统的闭环特征方程为：0400018.532=++s s所以由劳斯判据可得：s 253.018 1s 1400 0s1 0该系统稳定，固有传递函数的bode 图如下：修改开环放大倍数为400-40-30-20-100102030405060M a g n i t u d e (d B )10-310-210-110-180-135-90P h a s e (d e g )Bode DiagramFrequency (rad/s)此时的剪切频率和相角裕度分别为：s rad c 74.2=ω 13.2︒=γ本题要求超调量%30≤σp ，过渡过程时间s t s 2≤ 根据经验公式⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=1sin 14.016.0γσp ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎭⎫ ⎝⎛-1sin 125.21sin 15.12γωγπc s t 求得︒≥82.47γ，s rad c447.4≥ω实际的γ比要求的小很多，因此采用超前校正。
哈工大自控元件课设概要
计算出此力F约为56N。
发球装置的设计
考虑到市面上小型气动装置提供的作用力普遍 不超过20N,故采用弹性系数选择范围很宽、力与 位移呈线性关系的弹簧来提供推力。 由胡克定律与功能关系
1 2 1 2 1 2 kx1 kx 0 mv 2 2 2
计算可知，应采用弹性系数为1100N/m的弹簧。 由于直线电机高转矩、低转速的特性，并不能满 足发球频率6次/秒的要求，且给弹簧储能后不好 释放，这里采用非接触式的电磁开关，执行机构 简图如右： 前端磁性圆盘与弹簧焊接固定，上端滑槽内是 一个限位开关，可实现最大射速与最小射速之间 的任意调节，右端是一个电磁铁吸引圆盘并使弹 地四周的视觉传感器，我们不需要很高 的精度，只需要知道，在哪块区域里有网球即可，并 不需要通过这个传感器知道网球的精确位置。所以这 个传感器的分辨率不需要很高，但是需要有较大的可 视角。联想街道使用的监视器，这种监视器符合我们 的要求。初步选定龙视安 LS-Z633DM这种型号的监 视器。其产品参数如右图。查取其具体规格，得知在 使用4mm镜头焦距时，其可视角为69.9°，基本上可 以满足我们的远程监测网球的要求。
电磁铁的选择
弹簧长20cm，压缩10cm需要110N的力，可选 用直流吸盘式电磁铁，它在通电状态下可产生 强劲吸附力，省力省电，安全可靠，并可进行 远程操作。在多次比较价格及性能参数后，决 定选用乐青市鸣豫电气有限公司的设备： 留出一定裕量，选用吸引力为180N的型号 CNMYE1-P34，可以满足性能要求， 价格为78元，经济上也能接受。
小车状态
视觉传感器
视觉传感器是整个机器视觉系统信息的直接来源，主要由一个 或者两个图形传感器组成，有时还要配以光投射器及其他辅助设备。 视觉传感器的主要功能是获取足够的机器视觉图像信息。 在这个系统中我们使用两类视觉传感器，一种固定在场地四个 角落，用于全局观察场地内网球的散落情况，另一种固定在机器人 上，用于在捡网球过程中对网球的精确观察，指导捡球装置的运行。
哈工大plc课程设计
哈工大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）的基本概念、原理及在工业自动化中的应用。
2. 学生能掌握PLC编程语言，如梯形图、指令表等，并运用这些语言完成基础程序设计。
3. 学生能了解PLC的输入/输出接口特性，理解信号输入输出过程，并完成简单的电路连接。
技能目标：1. 学生能运用PLC解决实际问题，设计简单的自动化控制程序。
2. 学生通过实际操作，掌握PLC编程软件的使用，具备编程、调试及故障排除的能力。
3. 学生能够结合工程实际，分析控制系统的需求，提出合理的PLC解决方案。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对自动化技术及PLC的兴趣，激发创新意识和探索精神。
2. 学生通过课程学习，认识到PLC在工业生产中的重要性，增强实践操作的安全意识和责任感。
3. 学生在小组合作学习中，培养团队协作精神，提高沟通与交流能力。
本课程针对哈尔滨工业大学高年级本科生，注重理论与实践相结合，旨在培养学生的工程实践能力和创新意识。
课程目标具体、可衡量，以便学生和教师在教学过程中明确预期成果，为后续的教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. PLC基本概念与原理- PLC的发展历程- PLC的结构与工作原理- PLC在工业自动化中的应用2. PLC编程语言- 梯形图编程- 指令表编程- 逻辑功能图编程3. PLC编程软件使用- 软件安装与配置- 编程界面操作- 程序的编写、下载与调试4. PLC输入/输出接口- 输入/输出信号类型- 接口电路设计- 传感器与执行器的连接5. PLC程序设计与应用- 基础程序设计- 实际工程案例解析- 小型自动化控制系统设计6. PLC故障排除与维护- 故障诊断方法- 常见故障分析与排除- PLC的日常维护与保养教学内容依据课程目标制定，涵盖PLC基础理论、编程方法、实践操作等方面，注重科学性和系统性。
教学大纲明确指出教材的章节及内容，确保教学进度与课程目标相匹配。
哈工大自动控制课程设计
课程设计说明书（论文）课程名称：自动控制原理课程设计设计题目：钻机控制系统设计与仿真院系：航天学院控制科学与工程系班级：1204201设计者：谢玉立学号：1120420130指导教师：王松艳、晁涛设计时间：2015年3月2日哈尔滨工业大学钻机控制系统设计与仿真一.人工控制根据受控对象框图，要求性能指标A1.开环放大倍数=100；2.剪切频率3.相位裕度4.谐振峰值5.超调量≦22％6.过渡过程时间≤0.7s7.角速度8.角加速度9.稳态误差：阶跃输入且干扰为零时，稳态误差为零；干扰为阶跃，输入为零时，稳态误差为0.01根据条件9得知。
1由输入引起的稳态误差：01)1()(11lim 0=⋅++⋅=→s s s s G s e s ssr得出)()1(1(lim=+++→s G s s s s s ）（1）2.由干扰引起的偏差信号ss s s G s s s E f 1)1()(1)1(1)(⋅+++-=01.01)(lim 1)1()(1)1(1lim )(lim 000-=-=⋅+++-⋅=→→→=s G s s s s G s s s s sE e s s f s ssf （2）由（1)和（2）得出校正环节 ，形式可以为1Ts 1s (K (s)v c ++=）τG 且 100v =K3由经验公式：srad c c s p w w t 58.23 65 0.719.01(5.2)19.01(5.124.602320sin 22.0)1sin 1(4.061.02≥⇒︒=≤⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+=︒≥⇒≥⇒≤-+=γπγγγσ）各环节Bode 图系统校正前不变部分手工绘制的Bode 图：得出：s r a dw 97.95.7200=︒=γ（1)可知：采用超前校正，由图斜率较大，故∆取20度︒=∆∆+-=200γγφm10-210-110101102-60-40-20204060ω(rad/s)L (ω)(d B )图2 校正前系统的开环Bode 图得018.011arcsin68.74m =⇒+-=︒=αααφφm4.171lg-=-α由Bode 图可知s rad m w 3.27= 此时︒=76.8γ 满足要求004914.0273.01==⇒=T w m τατ得校正环节1004914.0)10.273100(++=s s s G c （）校正环节Bode 图：图4 校正环节的Bode 图加入串联超前校正之后，系统的Bode 图如下：通过计算得满足条件 。
哈工大自动控制原理设计讲解
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y课程设计说明书（论文）课程名称：自动控制原理课程设计设计题目：随动系统的校正院系：航天学院班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2014.2哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书*注：此任务书由课程设计指导教师填写。
目录1、题目要求与分析 (1)1.1题目要求 (1)1.2题目分析 (1)2、人工设计 (1)2.1未校正系统的根轨迹 (1)2.2校正环节 (2)2.2.1 串联迟后校正 (2)2.2.2 串联迟后--超前校正 (4)3、计算机辅助设计 (6)3.1对被控对象仿真 (6)3.2对校正以后的系统仿真 (7)3.2.1 串联迟后校正 (7)3.2.2 串联迟后--超前校正 (8)3.3对校正后闭环系统仿真 (9)3.3.1 串联迟后校正 (9)3.3.2 串联迟后--超前校正 (10)4、校正装置电路图 (11)4.1串联装置原理图 (11)4.2校正环节装置电路 (11)4.2.1 串联迟后校正校正装置电路 (11)4.2.2 串联迟后—超前校正装置电路 (13)5、系统校正前后的nyquist图 (15)5.1系统校正前的nyquist图 (15)5.2系统校正后的nyquist图 (15)5.2.1 串联迟后校正的nyquist图 (15)5.2.2 迟后—超前校正的nyquist图 (16)6、设计总结 (16)7．心得体会 (17)1、题目要求与分析 1.1题目要求（1）、已知控制系统固有传递函数如下： G(s)=)1125.0)(15.0(8++S s s（2）、性能指标要求：a. 输入单位速度信号时，稳态误差e<0.15rad.b. 输入单位阶跃信号时，超调量σρ<35%,调整时间t s <10秒。
c.输入单位阶跃信号时，超调量σρ<25%,调整时间t s <4秒。
哈工大_自动控制元件课程设计_自平衡电动车自动控制系统的研究ppt
控制要求
要保持电机运转，始终需要控制器， 固定转速不需要控制器，只需要改变转速 还可使用这一控制器控制转速 才需要控制器 转子运行频率低于定子，差值即为差频， 随着负载增加差频也增加
差频
定子和转子磁场频率相等
2.模块划分
2.1.1电机类型的选择
特性 控制精度 低频特性 矩频特性 过载能力 BLDC电机
3.综合评价
经济性分析： 目前市场上主流的自平衡电动车价格大约在10000万元左右，而本设计 中的电动车，两个无刷直流电机和驱动器需要约1000元，48V12Ah的铁锂 电池需要约1000元，其余部分有传感器、车轮、小车机械结构和控制芯片 电路需要约3000元，成本总计约总共加起来需要约5000元。与目前市场价 相比，该设计经济上有明显优势。 安全性分析： 该设计加入陀螺仪和加速度计来测量小车车体的姿态，保证小车始终 处于平衡状态运行。即使由于特殊路况或人为原因，小车不稳定而失去控 制，小车最大加速度为0.75m/s2，最大速度为5m/s，由于设计速度较低，安 全性能够得到保障。同时，小车装有红外避障装置，在人为控制不及时的 情况下，系统可以紧急改变小车运行路线。另外，本设计所选的无刷直流 电机IP防护等级较高，在特殊的天气（例如刮风下雨）下仍能正常工作。
计算过程: 解：小车匀速运动时，电机的角速度 车轮需要提供的摩擦力矩 每个车轮需要提供的摩擦力矩 单个电机需要提供的功率 小车加速运动时，加速度 车轮需要提供的最大转矩为 每个车轮需要提供的摩擦力矩为 单个电机需要提供的最大功率 单个电机所需过载能力
2.模块划分
2.1.2无刷直流电机型号的选择
无刷直流电机的选择: 根据计算可知，电机额定转速应不 小于239r/min，额定转矩应不小于 6N*m，电机的额定功率应不小于 150W；加速时，最大输出转矩应不小 于18N*m，最大输出功率为255W。并 且，一般来讲，所选电机额定转矩的 80%应大于自平衡电动车的工作转矩， 最大转矩的80%也应大于自平衡电动车 加速时的最大输出转矩，额定功率的 80%也应大于匀速时的功率，保证留有 余量。 基于以上考虑，我们选择90ZW-01 型号无刷直流电动机。具体参数如右表：
哈工大自控课设
Harbin Institute of Technology自动控制原理课程设计课程名称：自动控制原理设计题目：变焦控制系统的设计与仿真院系：航天学院班级：设计者：学号：指导教师：金晶林玉荣设计时间：2014年3月2日*注：此任务书由课程设计指导教师填目录1.人工设计 (4)1.1固有环节的分析 (4)1.2性能指标的计算 (5)2.校正环节的设计 (6)2.1校正环节的分析 (6)2.2串联迟后环节的设计 (8)2.3串联超前环节的设计 (9)3.计算机辅助设计 (11)3.1固有环节的仿真 (11)3.2串联迟后校正的仿真 (13)3.3串联超前环节的仿真 (14)3.4系统的单位阶跃响应仿真 (15)3.5系统的斜坡信号响应仿真 (16)4校正环节的电路实现 (19)4.1校正环节的传递函数 (19)4.2确定各环节电路参数 (19)4.3绘制电路图 (20)5设计总结 (21)6心得体会 (22)1. 人工设计1.1固有环节的分析 该系统的物理背景为一个变焦系统。
固有环节的传递函数为：020.0025()0.05G s s s=+ 这是一个二阶的且开环增益特别小的传递函数，作其开环渐进幅频特性曲线，如图1所示。
图 1 固有环节的开环渐进幅频特性曲线通过作图得出固有环节的剪切频率为：0.0022/rad s ω=，相角裕度18090arctan(0.050.0022)89.99γ=︒-︒-⨯=︒。
可以得出该系统是稳定的，但显然不满足性能指标的要求。
101010101010101010固有环节的开环幅频渐进曲线L (d B )w (rad/s)1.2性能指标的计算性能指标要求为：剪切频率=50/c rad s ω，相角裕度45γ=︒，角速度53/rad s θ=，稳态误差0.003ss e rad ≤。
虽然本题没有直接对系统的动态性能指标有明确要求，但我们在设计控制系统时，对系统的动态过程要求一般体现为对超调量p σ和调整时间s t 的要求。
自控元件课程设计报告 哈工大
Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称：自动控制元件及线路设计题目：X-Y平面绘图仪院系：航天学院控制科学与工程系班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2012年秋季学期哈尔滨工业大学目录摘要 (1)第1章绪论 (1)1.1绘图仪的简要介绍与发展情况 (1)1.1.1绘图仪的性能 (1)1.1.2绘图仪的构成 (1)1.1.3绘图仪的应用 (1)1.1.4绘图仪的发展状况 (1)1.2功能需求与性能指标 (2)1.2.1功能需求 (2)1.2.2性能指标与平台参数 (2)1.3总体方案 (2)1.3.1位置控制系统简介 (2)1.3.2两种平台式X-Y绘图仪方案 (4)1.3.3本课程设计X-Y绘图仪的总体方案 (5)第2章电机的选型和部分机械传动机构的选择 (5)2.1传动副和导轨的选择 (5)2.2丝杠的选择 (6)2.3电机型号及驱动器的选择 (6)2.3.1电机的选择 (6)2.3.2驱动器的选择 (10)第3章测量元件选型 (14)3.1位置传感器特点介绍 (14)3.1.1旋转变压器 (14)3.1.2码盘 (15)3.1.3感应同步器 (16)3.1.4光栅 (17)3.2传感器的具体选型 (18)3.2.1测速传感器的选择 (18)3.2.2位置传感器的选择 (18)第4章控制系统的简介 (19)4.1系统总体框图 (19)4.2两种图形画法插补原理 (20)4.2.1直线插补原理 (20)4.2.2圆弧插补原理 (21)4.3控制方法及控制电路的简介 (23)系统评价与结论 (24)参考资料 (24)摘要本课程设计题目是X-Y平台式平面绘图仪，这是一个较为完善的机电一体化系统。
微处理器通过接收PC机软件的绘图信息，控制步进电机形成X方向和Y方向笔的移动来完成图形的绘制。
本课程设计包括绘图仪机械部分丝杠的简单选择，电机的选择，传感器的选择，功放电路和简单的控制电路介绍。
哈工大自动控制原理课程设计
Harbin Institute of Technology课程设计说明书课程名称：自动控制原理设计题目：控制系统的设计和仿真院系：航天学院控制科学与工程系班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2013.2.25---2013.3.10哈尔滨工业大学一、 设计题目与题目分析1. 设计题目1) 已知控制系统固有传递函数如下：G (s )=K s(0.003s +1)(s 2282.72+2×0.7s 282.7+1)(s 27962+2×0.0684s 796+1) 2) 系统性能指标要求：（1） 超调量σ≤20%；（2） 响应时间t s ≤0.15s ；（3） 稳态误差e ss ≤0.01mm ；（4） 最大速度ṙ=0.5m/min ；2. 题目分析根据系统固有传递函数和系统性能指标要求，确定设计思路如下：首先完成使对系统无静差度和放大倍数的设计，稳态误差满足性能指标要求；再根据Bode 图设计串联校正环节，限制系统的相角裕度和剪切频率，最终使系统对阶跃响应的超调量和调整时间符合性能指标要求。
二、 人工设计1. 稳态误差设计根据系统固有传递函数，系统的无静差度符合要求，且系统放大倍数应符合如下要求：0.560×1K≤0.01×10−3 得到：K ≥833.33在设计中，为方便计算并留有余量，取K =1000，并代入系统固有传递函数。
2. 串联校正环节设计绘制系统固有传递函数部分的Bode 图，见附录。
根据性能指标第12条中对超调量和响应时间的规定，根据经验公式：σp=0.16+0.4(1sinγ−1)t s=πc[2+1.5(1−1)+2.5(1−1)2]计算得到对系统相角裕度和剪切频率的要求：γ≥65.38°ωc≥45.55 rad/s根据系统固有传递函数，求出系统的相角裕度和剪切频率：γ=−80.6°ωc=393 rad/s由于固有相角裕度过小而剪切频率远远大于性能指标要求，可先选用串联迟后校正：G C1(s)=τs+1βτs+1β>1取相角裕度γ=70°，根据原有Bode图计算得到β=23.7，并选取τ=0.24，T=5.67，由此确定串联迟后校正环节为：G C1(s)=0.24s+1加入迟后校正后，再绘制Bode图（见附录），得到：γ=64.9°ωc=42.3 rad/s此时，剪切频率和相角裕度都比要求之偏小，应用串联超前校正：G C2(s)=τs+1ατs+1α<1取ϕm=10°，根据Bode图得到 α=0.7，τ=0.024，T=0.0166，，由此确定串联超前校正环节为：G C2(s)=0.024s+1 0.0166s+1加入串联迟后—超前校正后得到系统新的Bode图（见附录），并根据Bode 图，得到控制系统新的相角裕度和剪切频率为；γ=72.3°ωc=50.8 rad/s知系统已经符合性能指标要求，并进行验算得到系统地超调量和响应时间为：σ=17.99%t s=0.1287s经过验算，知控制系统经过串联迟后—超前校正后，已经符合性能指标要求。
【系统】哈工大自动控制元件课程设计捡乒乓球机器人小车
【关键字】系统Harbin Institute of Technology课程设计论文课程名称：自动控制元件及线路设计题目：捡乒乓球机器人小车的设计院系：航天学院控制科学与工程系班级：1304105班设计者：杨明阳01徐云飞02姚晨蔚16指导教师：马广程设计时间：2016年3-5月捡乒乓球机器人小车摘要：随着科学技术的日益发展，越来越多的科技被应用在了生活的方方面面。
当然也包括运动赛场上，帮助选手以及裁判解决一部分的麻烦，使得比赛进行的更加流畅。
这里为解决乒乓球比赛上乒乓球的捡取问题，设计了一种以单片机作为主控制器的自动捡球机器人。
该捡球机器人采用风扇产生的吸力来实现捡球；利用超声波传感器实现对乒乓球的自动识别；通过红外传感器监测周围环境，实现自动躲障。
本系统会在裁判对每一个球做出判决后开始工作，先按照预定路线绕场地前进，同时在行进过程中利用传感器寻找掉落的小球。
当找到目标并确认后，改变预定路线转而向目标前进，最终捡起乒乓球，之后再回到原点。
完成捡球功能，保证比赛的连续性。
关键词：捡乒乓球机器人超声波传感器红外传感器过程控制目录1.功能设计----------------------------------------------------------42.系统的性能指标和技术要求------------------------------------------43.背景及意义--------------------------------------------------------44.系统的总体结构与设计方案------------------------------------------54.1 预定路线前进---------------------------------------------------64.2 目标寻找-------------------------------------------------------74.3 捡起目标乒乓球-------------------------------------------------94.4 判断乒乓球是否捡起---------------------------------------------94.5 绕开障碍-------------------------------------------------------94.6 返回原点------------------------------------------------------105.执行元件---------------------------------------------------------105.1 行进电机的选择------------------------------------------------105.1.1 直流伺服电机结构-------------------------------------------105.1.2 直流伺服电机驱动原理---------------------------------------115.1.3 直流伺服电机的分类及特点-----------------------------------115.1.4 指标的计算和直流伺服电机的选择-----------------------------125.1.5 直流伺服电机调速-------------------------------------------15直流伺服电机调速原理------------------------------------15直流速度控制方式----------------------------------------155.2 捡球装置的选择------------------------------------------------225.2.1 捡球原理级实现---------------------------------------------235.2.2 吸球管设计-------------------------------------------------246.测量元件---------------------------------------------------------266.1 测速传感器的选取----------------------------------------------266.1.1 三种传感器的对比分析---------------------------------------266.1.2 对光电编码器的论证分析和选取-------------------------------286.2 位置和躲障传感器的选取----------------------------------------346.2.1 常用传感器及特点-------------------------------------------346.2.2 根据超声传感器实现定位和物体识别---------------------------366.2.3 根据红外感器实现障碍躲躲-----------------------------------416.3 根据红外传感器实现捡球信号的反馈------------------------------446.4 传感器设计中的缺陷及可改进的地方------------------------------456.4.1 传感器设计中的缺陷-----------------------------------------456.4.2 传感器设计中可改进的部分-----------------------------------457.单片机-----------------------------------------------------------467.1 常用单片机----------------------------------------------------467.2 单片机选型----------------------------------------------------477.3 所选单片机特点及可行性----------------------------------------478.系统硬件清单-----------------------------------------------------489.自评-------------------------------------------------------------48 9.1 优点----------------------------------------------------------489.2 缺点以及不足--------------------------------------------------4910.分工------------------------------------------------------------4911.心得体会--------------------------------------------------------50参考文献-----------------------------------------------------------50一、功能设计1.裁判做出判决后自行定位乒乓球掉落位置2.迅速移动至掉落乒乓球所在位置3.捡起乒乓球，并回到起点4.行进过程中躲避场地选手以及其他人员或障碍5.利用尺寸确认目标乒乓球二、系统的性能指标和技术要求1.机器人移动至乒乓球顶点位置精度±3cm2.机器人移动速度≤2 m/s3.紧急刹车时间≤0.3s4.总捡球时间≤21s5.判断乒乓球是否捡起6.能够辨认出乒乓球和障碍物三、背景及意义随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透。
哈工大自动控制原理课程设计实验报告
图2-15
这里给出校正装置、校正前和校正后的系统的开环Bode图，如图2-16所示。系统幅频特性的折线图如图2-17所示。手绘系统bode图近似该形式。
图2-16
图2-17
2.2.4
为了输出能更好的跟踪输入信号，这里我们仍然引入前馈控制，关于前馈控制分析详见根轨迹法校正部分。这里求得
同样的，考虑到该环节不易实现，我们取
引入前馈控制后，系统的Bode图如图2-18所示。可以看出，校正后系统的带宽增大。系统幅频特性的折线图如图2-19所示。手绘系统bode图近似该形式。
图2-18
图2-19
3
3.1
未加前馈控制时，校正后系统跟踪 正弦信号的波形如图3-1。
图3-1
当引入前馈控制后，系统的框图如图3-2所示。
图3-2
系统跟踪 正弦信号时，波形如图3-3所示。考虑到系统的转动惯量 可变， 取 时，系统跟踪 的正弦信号波形如图3-4和图3-5所示。可以看出，此时相位差接近于0°，幅值差不大于10%，满足性能指标的要求。
时，闭环幅频特性不出现谐振峰。
而二阶系统的截止频率 为
同时我们给出以下结论：
(1)闭环系统的截至频率 与相对应的开环系统的剪切频率 成正比关系。
(2)系统的谐振峰值 时，系统震荡趋势将剧烈增大。
(3)闭环带宽越宽，上升时间越短，但高频抗干扰的能力变差。
1.3.3
高阶系统的闭环极点都应在复数平面左半平面，其中距离虚轴近的闭环极点对动态过程影响大；反之距离虚轴远的闭环极点，对动态过程影响小。此外，极点附近有零点时，对动态过程影响较小。
图2-4
根据图2-2，可以求出速度反馈闭环的传递函数为
其特征方程为
该方程应有两个根 和 。由此解得
哈工大自动化课程设计
哈工大自动化课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握自动化领域的基本概念，理解自动控制系统的原理与结构；2. 培养学生运用数学模型描述自动化系统的动态行为，分析系统性能；3. 引导学生了解自动化技术在工业、农业、医疗等领域的应用。
技能目标：1. 培养学生运用控制理论知识解决实际问题的能力；2. 提高学生进行自动化系统设计与调试的实践操作技能；3. 培养学生团队协作、沟通表达的能力。
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；2. 引导学生认识自动化技术在社会发展中的重要作用，增强社会责任感；3. 培养学生严谨求实的科学态度，提高其创新意识和创新能力。
本课程针对哈尔滨工业大学自动化专业学生，结合学科特点和教学要求，将课程目标分解为具体的学习成果。
课程旨在帮助学生系统地掌握自动化领域的基础知识和实践技能，培养其具备解决实际问题的能力，同时注重培养学生的团队协作、沟通表达和创新能力，使其成为适应社会发展需求的自动化专业人才。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 自动控制理论基础：涵盖自动控制系统的基本概念、数学模型、稳定性分析等内容，对应教材第1-3章。
2. 控制系统设计：介绍控制系统设计方法、控制器参数整定技巧，包括PID控制、模糊控制等，对应教材第4-6章。
3. 自动化技术应用：分析自动化技术在工业、农业、医疗等领域的具体应用案例，对应教材第7-8章。
4. 实践教学环节：组织学生进行自动化系统设计与调试，提高实践操作技能，包括实验、课程设计等。
具体教学安排如下：1. 自动控制理论基础（第1-3章）：6学时，讲解基本概念、数学模型、稳定性分析等内容。
2. 控制系统设计（第4-6章）：8学时，介绍设计方法和控制器参数整定技巧。
3. 自动化技术应用（第7-8章）：4学时，分析自动化技术应用案例。
4. 实践教学环节：6学时，组织学生进行课程设计和实验。
教学内容注重科学性和系统性，结合教材章节和课程目标，旨在帮助学生全面掌握自动化领域的基础知识和实践技能。
哈工大自控元件课设：一级倒立摆
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y课程设计说明书课程名称：自控元件课程设计设计题目：一级旋转倒立摆系统院系：控制科学与工程-自动化班级：设计者：指导教师：赵辉伊国兴设计时间： 2015年5-6月哈尔滨工业大学一级旋转倒立摆系统摘要：对于倒立摆系统的研究长期以来被认为是控制理论及其应用领域里引起人们极大兴趣的问题。
倒立摆系统是一个典型的快速、多变量、非线性、不稳定系统。
研究倒立摆控制能有效地反应控制中的许多问题。
倒立摆研究具有重要的理论价值和应用价值。
理论上，它是检验各种新的控制理论和方法的有效实验装置。
应用上，倒立摆广泛应用于控制理论研究、航空航天控制、机器人、杂技顶杆表演等领域，在自动化领域中具有重要的价值。
本文主要介绍了我们小组研制的一级旋转式倒立摆系统，它是一个典型的机电一体化系统，采用内置STM-32运动控制器和直流电机进行实时运动控制。
关键词：倒立摆；；STM32；增量码盘；直流有刷电机一、引言 (1)二、作品简介 (3)三、一级旋转式倒立摆设计概述： (4)1.1 系统总体结构 (4)1.2 机械结构 (4)1.3 硬件部分 (5)1.4 模型建立 (5)1.5 模型仿真 (8)四、各元件选型及选择理由 (16)主控板选型 (16)电机选型 (18)测量元件选型 (19)五、成本预算 (21)六、设计小结 (22)七、应用前景 (22)八、参考资料 (22)九、（附）单片机PWM控制部分程序 (23)一、引言倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统，是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台。
许多抽象的控制概念如系统稳定性、可控性、系统收敛速度和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆直观的表现出来。
倒立摆是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域、多种技术的有机结合，其被控系统本身又是一个绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统，可以作为一个典型的控制对象对其进行研究。
哈工大 自动控制原理本科教学要求
自动控制原理本科教学要求自动控制专业的自动控制原理课程包括自动控制原理Ⅰ和现代控制理论两部分，分两个学期讲授。
《自动控制原理I》教学大纲课程编号：T1043010课程中文名称：自动控制原理课程英文名称： Automatic Control Theory总学时： 100 讲课学时：88 实验学时：16习题课学时：0 上机学时：学分：6.0授课对象：自动控制专业本科生先修课程：电路原理、电子技术和电机方面的有关课程；复变函数和线性代数教材：《自动控制原理》（第三版）李友善主编，国防工业出版社，2005年参考书：《自动控制原理》（第四版）胡寿松主编，科学出版社，2001年《Linear Control System Analysis and Design》（第四版）清华大学出版社，2000年一、课程教学目的：自动控制原理是控制类专业最重要的一门技术基础课。
这门课主要讲解自动控制的基本理论、自动控制系统的分析方法与设计方法。
本课程的主要任务是培养学生掌握自动控制系统的构成、工作原理和各件的作用;掌握建立控制系统数学模型的方法。
掌握分析与综合线性控制系统的三种方法：时域法、根轨迹法和频率法。
掌握计算机控制系统的工作原理以及分析和综合的方法。
了解非线性控制系统的分析和综合方法。
建立起以系统的概念、数学模型的概念、动态过程的概念。
通过课程的学习使学生掌握分析、测试和设计自动控制系统的基本方法。
结合各种实践环节，进行自动控制领域工程技术人员所需的基本工程实践能力的训练。
从理论和实践两方面为学生进一步学习自动控制专业的其他专业课如:过程控制、数字控制、飞行器控制、智能控制、导航与制导、控制系统设计等打下必要的专业技术基础。
自动控制原理课程是自动控制专业学生培养计划中承上启下的一个关键环节，因此该课程在自动控制专业的教学计划中占有重要的位置。
二、教学内容及基本要求第一章控制系统的一般概念（2学时）本课程的目的及讲授内容，自动控制的基本概念和自动控制系统，开环控制与闭环控制，控制系统的组成，控制系统的基本要求。
哈工大自动控制元件课程设计报告
自动控制元件课程设计报告——工厂空气调节及净化装置班级：组员：一、项目背景在现代印刷厂在生产过程中，湿度、粉尘以及一些有害或易燃气体都对印刷厂的生产及员工的身体健康有着很大影响。
其中，湿度不当可能造成的结果有：1：产生静电。
纸张易产生静电。
工作人员常有电击感，并伴有静电打手现象，尤其在秋冬干燥季节经常出现。
静电的强度与环境湿度有着密不可分的关系，湿度越低静电越活跃。
随着湿度增加而逐渐减弱。
2：纸张伸缩变形。
由于纸张的品种不同，其膨胀收缩率不同。
如果纸张与环境不能达到湿度平衡就会造成以下情况：纸张吸收水分而膨胀、失去水分而收缩。
印完的纸张伸缩不一，给下道加工工序带来很多麻烦。
3：纸张起皱。
纸张起皱的原因是由于其出现“荷叶边”或“紧边”等现象，使纸张不能平坦舒展，印刷时出现褶皱。
此现象会使印刷器出现大量废品。
由于印刷厂大量纸张中含有纸粉并且空气中含有灰尘，在干燥的室内到处飞扬，对印刷品的质量有着严重的影响。
印刷厂的原料及在纸张的印刷过程中会产生一些有害易燃气体，如甲苯等，会对员工的身体健康造成危害。
因此，需要将湿度控制在一定范围内，并将粉尘及有害易燃气体浓度保持在一定标准以下。
二、设计目标1、湿度控制：将厂房湿度控制在50%~65%的范围内，当湿度超过规定值时，通过风机与除湿装置配合，将湿度降低；当湿度低于规定值时，用离心式加湿装置与风机配合组成加湿设备，将湿度升高。
将湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成电信号，再通过单片机进行数据的分析，并驱动执行元件（风机和离心机等）进行湿度调节。
2、粉尘及有害气体控制：通过粉尘及甲苯气体传感器，测量室内空气中粉尘和甲苯的含量，反馈给单片机，与设置的标准值进行比较，再由单片机输出控制信号，驱动风机运行，将含有粉尘及有害气体的空气过滤后排到室外。
三、总体方案设计1、系统的性能指标和技术要求1、湿度检测精度： 3%RH ；湿度保持范围：50%RH-65%RH2、粉尘浓度允许上限：83/mg m3、甲苯气体浓度允许上限：3/g m4、风机的风量：>50003/m h5、尽量满足节能和经济性要求2、系统的总体结构本系统主要由以下部分组成：测量元件，执行元件，功率放大元件，主控电路，调节装置，信号转换装置。
哈工大自动控制原件课程设计
7
产品型号 产品名称 阻值范围 精度 工作温度范围
103AT-410k NTC 热敏电阻 10K 1％ -40℃~110℃ NTC 泛指负温度系数很大的半导体材料 或元器件，即负温度系数热敏电阻器。温 度低时， 这些材料的载流子 （电子和孔穴） 数目少，所以其电阻值较高；随着温度的 升高， 载流子数目增加， 所以电阻值降低。
产品型号 产品名称 工作电压 FPD-180N 常闭型饮水机放水电磁阀 DC 12/24V AC 12/24/220V 进水压 0.02Mpa 时≥3L/min 进水压 0.25Mpa 时≥8L/min 进水压 0.8Mpa 时≥10L/min 流量可控制在 0.25/0.5/1.0/1.3/2.0/3.0L/min 等 水压≤0.01Mpa 时，可设计为无压放水阀 水，油，气体等流体 69*53*39mm
工作原理
3.2.2.温敏电阻转电压模块 功能：内部为一个电路，将温度传感器随温度而变的的电阻转变为电压信号。
产品名称 工作方式 工作电压 输入电阻 输出方式 尺寸 引脚功能 温敏电阻转电压模块 线性 DC 9-12V NTC10K 电阻 模拟电压输出（0-5V/0-10v） （长）26mm（宽）23mm（高）10mm 从左向右： 1：电源正极接口 2：GND 3：热电阻正极接口 4：热电阻负极接口 5：信号输出端口 6：GND
输出
3.1.2.模拟电压输出模块： 功能：内部为一个电路，将压力传感器随压力而变的的电阻转变为电压信号。当水箱 内无水时压力最小，电阻非常大，Vout 此时对应最小值；水箱内水量为 500ml 时压力对应 最大值，电阻最小，Vout 此时对应最大值。
3
产品型号 产品名称 工作电压 输出方式
FSR 系列 FSR 系列模拟电压输出模块 DC +5V/+3.3V 模拟电压输出 Vout=Vcc/(R/Rref+1)； Vout 是输出电压 R 是压力传感器的电阻（千欧） VCC 是电源电压 Rref=5.1KΩ 为反馈电阻 1：Vcc 端 2：Grand 端 3：信号输出 4：与压力传感器相连 5：与压力传感器相连