自动控制原理(Ⅰ型二阶系统的典型分析与综合设计)课程设计

指导教师评定成绩：

审定成绩：

重庆邮电大学移通学院

自动化系

课程设计报告

设计题目：Ⅰ型二阶系统的典型分析与综合设计

学生姓名：

专业：

班级：

学号：

指导教师：

设计时间：2010 年 12 月

重庆邮电大学移通自动化系制

重庆邮电大学移通学院

《自动控制原理》课程设计（简明）任务书

-供08级自动化专业、电气工程与自动化专业本科生用

引言：《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节，它有别于毕业设计，更不同于课堂教学。它主

要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的

理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方

法，对工程实际系统进行完整的全面的分析和综合。

一、设计题目：Ⅰ型二阶系统的典型分析与综合设计

二、系统说明：该Ⅰ型系统物理模拟结构

如下图：

其中R0=100KΩ; C1=C2=10-5F；R2=1/2 R0

R f为线性滑动电位器，可调范围为：10-1R0~ 104R0 ，设计过程中可忽略各种干扰，比如：运算放大器的零点漂移，环节间的负载效应，外界强力电力设备产生的电磁干扰等，均可忽略。

三、系统参量：系统输入信号：r（t）；

系统输出信号：y（t）；

四、设计指标：设定：输入为r（t）=a+bt（其中：a=5rad/sec

b=4rad/sec）

在保证静态指标K v=5（e ss≤0.8）的前提下，

要求动态期望指标：σp% ≤8.5% ；t s≤2sec

五、基本要求：

1. 建立系统数学模型——传递函数；

2. 利用频率特性法分析和综合系统（学号为单号

同学做）；

3. 利用根轨迹法分析和综合系统（学号位双号同

学做）;

4. 完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实

验；

5. 完成系统综合前后的计算机仿真（验证）实验;

六、设计缴验：

1. 课程设计计算说明书一份；

2. 原系统组成结构原理图一张（自绘）；

3. 系统分析，综合用BODE图（或根轨迹图）各一

张；

4. 系统综合前后的模拟图各一张（附实验结果图）

各一张；

5. 计算机仿真程序框图一张；

6. 计算机仿真程序清单一份（附仿真实验结果图）；

7. 封面装帧成册；

移通学院自动化系

指导教师：汪纪峰

2010-12-15

目录

引言 (2)

一、系统概述 (7)

1.1 设计目的 (7)

1.2 系统的工作原理 (7)

1.3 系统设计基本要求 (8)

二、系统建模 (9)

2.1 各环节建模 (9)

2.1.1 比较器 (9)

2.1.2 比例环节 (9)

2.1.3 积分环节 (10)

2.1.4 惯性环节 (11)

2.1.5 反馈环节 (12)

2.2 系统模型 (12)

2.2.1 系统框图模型 (12)

2.2.2 系统等价框图 (12)

2.2.3 系统频域模型 (13)

2.2.4 小结 (13)

三、系统分析 (14)

3.1 稳定性分析 (14)

3.1.1 时域分析 (14)

3.1.2 根轨迹映证 (14)

3.1.2.1 绘制根轨迹 (15)

3.2静态精度分析 (16)

3.2.1Ⅰ型系统的典型分析 (16)

3.2.1.1 跟踪能力 (16)

3.2.1.2 ess计算 (16)

3.2.2 根轨迹映证 (16)

3.3 动态分析K 1 (17)

3.3.1 作根轨迹 (18)

3.3.2 指标分析 (19)

四、系统综合 (20)

4.1 校正方案的设计 (20)

4.2 ts问题 (20)

4.3τ的确定 (21)

4.3.1 绘制校正后系统—τ参数根轨迹 (21)

4.3.2 绘制τ参数根轨迹 (22)

4.3.3 确定满足的σp%的ξ (24)

4.3.4 做等ξ线 (24)

4.4 确定τA (24)

五、系统模拟 (25)

5.1 原系统的物理模拟 (25)

5.2校正后系统的物理模拟 (26)

六、设计小结 (27)

6.1心得体会 (27)

6.2致谢 (28)

七、参考文献 (29)

《自动控制原理》课程设计

第一章系统概述

1.1设计目的

主要是培养学生的统筹运用自动控制原理课程中所学的理

论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和方法，对工程实

际系统进行完整全面分析和综合。

1.2 系统工作原理

在自动控制领域，系统是指由内部互相联系的部件按照一定

的规律组成能够完成一定功能的有机整体。开环控制和闭环

控制是系统控制的两种基本形式。

（a）开环控制系统

闭环控制系统的特点有一条从输入端到输出端的前向通路，还有一条从输出端到输入端的反馈通路。

(b)闭环控制系

反馈的作用是减小误差；

上述系统的输出量通过测量变送元件返回到系统的输入端，并和系统的输入量作比较的过程称为反馈。如果输入量和反馈量相减则称为负反馈；反之，若二者相加，则称为正反馈。控制系统中一般采用负反馈方式。输入量与反馈量之差称为偏差信号。经典控制理

论的主要研究对象是负反馈的闭环控制系统。

1.3 系统设计的基本要求

（1）建立系统数学模型——传递函数

（2）利用频率特性法分析和综合系统

（3）利用根轨迹方法分析和综合系统

（4）完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验

（5）完成系统前后的计算机仿真（验证）实验