自动控制原理课程设计(DOC)
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计一、引言自动控制原理课程设计是为了帮助学生深入理解自动控制原理的基本概念、原理和方法，通过实际项目的设计与实现，培养学生的工程实践能力和创新思维。
本文将详细介绍自动控制原理课程设计的标准格式，包括任务目标、设计要求、设计方案、实施步骤、实验结果及分析等内容。
二、任务目标本次自动控制原理课程设计的目标是设计一个基于PID控制算法的温度控制系统。
通过该设计，学生将能够掌握PID控制算法的基本原理和应用，了解温度传感器的工作原理，掌握温度控制系统的设计和实现方法。
三、设计要求1. 设计一个温度控制系统，能够自动调节温度在设定范围内波动。
2. 使用PID控制算法进行温度调节，实现温度的精确控制。
3. 使用温度传感器实时监测温度值，并将其反馈给控制系统。
4. 设计一个人机交互界面，能够实时显示温度变化和控制系统的工作状态。
5. 设计一个报警系统，当温度超出设定范围时能够及时发出警报。
四、设计方案1. 硬件设计方案：a. 使用温度传感器模块实时监测温度值，并将其转换为电信号输入到控制系统中。
b. 控制系统使用单片机作为主控制器，通过PID控制算法计算控制信号。
c. 控制信号通过电路板连接到执行器，实现温度的调节。
d. 设计一个报警电路，当温度超出设定范围时能够触发警报。
2. 软件设计方案：a. 使用C语言编写单片机的控制程序，实现PID控制算法。
b. 设计一个人机交互界面，使用图形化界面显示温度变化和控制系统的工作状态。
c. 通过串口通信将温度数据传输到电脑上进行实时监控和记录。
五、实施步骤1. 硬件实施步骤：a. 搭建温度控制系统的硬件平台，包括温度传感器、控制系统和执行器的连接。
b. 设计并制作电路板，将传感器、控制系统和执行器连接在一起。
c. 进行硬件连接调试，确保各个模块正常工作。
2. 软件实施步骤：a. 编写单片机的控制程序，实现PID控制算法。
b. 设计并编写人机交互界面的程序，实现温度变化和控制系统状态的实时显示。
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解自动控制原理的基本概念，掌握控制系统数学模型的建立方法；2. 掌握控制系统性能指标及其计算方法，了解各类控制器的设计原理；3. 学会分析控制系统的稳定性、快速性和准确性，并能够运用所学知识对实际控制系统进行优化。
技能目标：1. 能够运用数学软件（如MATLAB）进行控制系统建模、仿真和分析；2. 培养学生运用自动控制原理解决实际问题的能力，提高学生的工程素养；3. 培养学生团队协作、沟通表达和自主学习的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动控制原理的兴趣，激发学生探索科学技术的热情；2. 培养学生严谨、务实的学术态度，树立正确的价值观；3. 增强学生的国家使命感和社会责任感，认识到自动控制技术在国家经济建设和国防事业中的重要作用。
本课程针对高年级本科学生，结合学科特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果，为后续的教学设计和评估提供依据。
课程注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和解决实际问题的能力，为培养高素质的工程技术人才奠定基础。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 自动控制原理基本概念：控制系统定义、分类及其基本组成；控制系统的性能指标；控制系统的数学模型。
2. 控制器设计：比例、积分、微分控制器的原理和设计方法；PID控制器的参数整定方法。
3. 控制系统稳定性分析：劳斯-赫尔维茨稳定性判据；奈奎斯特稳定性判据。
4. 控制系统性能分析：快速性、准确性分析；稳态误差计算。
5. 控制系统仿真与优化：利用MATLAB软件进行控制系统建模、仿真和分析；控制系统性能优化方法。
6. 实际控制系统案例分析：分析典型自动控制系统的设计原理及其在实际工程中的应用。
教学内容按照以下进度安排：第一周：自动控制原理基本概念及控制系统性能指标。
第二周：控制系统的数学模型及控制器设计。
第三周：PID控制器参数整定及稳定性分析。
第四周：控制系统性能分析及MATLAB仿真。
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计是针对自动控制原理课程的学习内容和要求进行的实践性教学任务。
其目的是通过设计和实现一个自动控制系统，加深学生对自动控制原理的理解和应用能力。
一般来说，自动控制原理课程设计包括以下几个步骤：
1. 选题：根据课程要求和学生的实际情况，选择一个合适的自动控制系统作为课程设计的对象。
可以选择一些简单的控制系统，如温度控制、水位控制等，也可以选择一些复杂的控制系统，如飞行器控制、机器人控制等。
2. 系统建模：对选定的控制系统进行建模，包括确定系统的输入、输出和状态变量，建立系统的数学模型。
可以使用传递函数、状态空间等方法进行建模。
3. 控制器设计：根据系统模型和控制要求，设计合适的控制器。
可以使用经典控制方法，如比例积分微分（PID）控制器，也可以使用现代控制方法，如状态反馈控制、最优控制等。
4. 系统仿真：使用仿真软件（如MATLAB/Simulink）对设计的控制系统进行仿真，验证控制器的性能和稳定性。
5. 硬件实现：将设计的控制器实现到实际的硬件平台上，如单片机、PLC等。
可以使用编程语言（如C语言、Ladder图等）进行编程。
6. 系统调试：对实际的控制系统进行调试和优化，使其达到设计要求。
可以通过实验和测试来验证系统的性能。
7. 实验报告：根据课程要求，撰写实验报告，包括实验目的、方法、结果和分析等内容。
通过完成自动控制原理课程设计，学生可以深入理解自动控制原理的基本概念和方法，掌握控制系统的设计和实现技术，提高自己的实践能力和创新能力。
自动控制原理课程设计
课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 一类位置随动系统的滞后校正初始条件：图示为一位置随动系统，放大器增益为Ka=15，电桥增益6K=,测速电机增益εk=，Ra=7Ω，La=10mH，J=0.005kg.m/s2，J L=0.03 kg.m/s2,f L=0.08,C e=1,Cm=3,f=0.1,K b 2t＝0.2,i=0.02要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、求出系统各部分传递函数，画出系统结构图、信号流图，并求出闭环传递函数；2、求出开环系统的截至频率、相角裕度和幅值裕度，并设计滞后校正装置，使得系统的相角裕度增加10度。
3、用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析，比较校正前后区别，并说明原因。
时间安排：1.15～16 明确设计任务，建立系统模型1.17～19 计算频域性能指标，设计校正装置1.23～24 仿真分析，撰写课程设计报告指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要随动系统是指系统的输出以一定的精度和速度跟踪输入的自动控制系统，并且输入量是随机的，不可预知的。
在很多情况下，随动系统特制被控量是机械位移的比还控制系统。
控制技术的发展，使随动系统得到了广泛的应用。
位置随动系统是反馈控制系统，是闭环控制，调速系统的给定量是恒值，希望输出量能稳定，因此系统的抗干扰能力往往显得十分重要。
而位置随动系统中的位置指令是经常变化的，要求输出量准确跟随给定量的变化，输出响应的快速性、灵活性和准确性成了位置随动系统的主要特征。
简言之，调速系统的动态指标以抗干扰性能为主，随动系统的动态指标以跟随性能为主。
在控制系统的分析和设计中，首先要建立系统的数学模型。
控制系统的数学模型是描述系统内部物理量（或变量）之间关系的数学表达式。
在自动控制理论中，数学模型有多种形式。
时域中常用的数学模型有微分方程、差分方程和状态方程；复数域中有传递函数、结构图；频域中有频率特性等。
《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。
自控原理课程设
3. 设单位反馈系统的开环传递函数为：)101.0)(11.0()(0++=s s s Ks G试设计一校正装置，使系统期望特性满足如下指标： （1）静态速度误差系数v K ≥250/s ；（2）截止频率c ω≥30rad/s ； （3）相角裕度γ≥︒45。
要求：①确定采用何种校正装置。
仿真校正前系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图。
②将校正前性能指标与期望指标进行比较，确定串联校正网络)(s G c 的传递函数，仿真出校正网络的开环频率特性曲线图。
仿真校正后整个系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图。
③当输入)(t r ＝1（t ）时，仿真出校正前、后系统的单位阶跃响应曲线)(t h 。
分析校正前后的单位阶跃响应曲线，得出结果分析结论。
三、课程设计的基本要求1、 学习掌握MATLAB 语言的基本命令、基本操作和程序设计；掌握MATLAB 语言在自动控制原理中的应用；掌握SIMULINK 的基本操作，使用SIMULINK 工具建立系统模型进行仿真。
2、 应用MATLAB/Simulink 进行控制系统分析、设计。
通过建立数学模型，在MATLAB环境下对模型进行仿真，使理论与实际得到最优结合。
3、 撰写自动控制原理课程设计报告。
按内容完成设计任务。
认真上机，熟练掌握MATLAB 仿真软件，并调试通过，上机结束提交仿真图、运行结果及结果分析。
四、自动控制原理课程设计时间(一周)1． 查阅参考书籍和手册及资料文献（1.5天）。
2． MATLAB 语言在自动控制原理中的应用，Simulink 建模方法（1.5天）。
3． 应用Simulink 建立模型并仿真（1.5天）。
4． 验收及校验（0.5天）五、自动控制原理课程设计地点机电系机房六、自动控制原理课程设计报告要求自动控制原理课程设计报告要求字迹工整、文字通顺；其撰写内容包括： 1、课程设计理论部分： 1） 串联超前校正 2） 串联滞后校正。
自动控制原理 课程设计
自动控制原理课程设计The course design of automatic control principles is essential for engineering students. 自动控制原理课程设计对工程学生来说是非常重要的。
This course covers the fundamental principles of control systems, which are crucial for understanding and designing various engineering systems. 这门课程涵盖了控制系统的基本原理，这对于理解和设计各种工程系统非常重要。
Students learn about modeling, analysis, and design of automatic control systems, which are essential skillsfor engineers in various fields. 学生们学习了自动控制系统的建模、分析和设计，这些是各个领域的工程师必备的基本技能。
The course design includes both theoretical knowledge and practical applications. 课程设计既包括理论知识，也包括实际应用。
Students are introduced to various control strategies and are required to apply these strategies to real-world engineering problems. 学生们将接触到各种控制策略，并需要将这些策略应用到实际的工程问题中。
Through hands-on projects and experiments, students gain practical experience in implementing control systems, which enhances their understanding of the theoretical concepts. 通过动手项目和实验，学生们获得了在实施控制系统方面的实际经验，这提高了他们对理论概念的理解。
自动控制原理课程设计
目录绪论 (1)一概述 (2)1.1课程设计的任务与目的 (2)1.1.1设计任务 (2)1.1.2设计目的 (2)1.2课程设计题目与要求 (2)1.2.1设计题目 (2)1.2.2设计要求 (2)二校正函数设计 (4)2.1校正步骤 (4)2.2 校正过程 (4)三传递函数特征根的计算 (10)3.1 系统未校正前 (10)3.2 校正后传递函数的特征根 (10)四控制系统的时域分析 (11)4.1 校正前系统的动态性能分析 (11)4.2 校正后系统的动态性能分析 (13)五控制系统的根轨迹分析 (17)5.1 校正前系统的根轨迹图 (17)5.2 校正后系统的根轨迹图 (18)5.3 绘制奈奎斯特曲线图 (19)5.3.1 未校正前的奈奎斯特曲线图 (19)5.3.2 校正后系统的奈奎斯特曲线图 (20)六绘制系统的伯德（Bode）图 (21)6.1 绘制校正前系统的伯德图 (21)6.2 绘制校正后系统的伯德图 (22)七设计心得与体会 (24)八参考文献 (25)绪论校正装置在自动控制系统中有广泛的应用，它不但可应用于电的控制系统，而且可以通过转换装置将非电量信号转换成电量信号应用于非电的控制系统。
通常是对象、执行机构、测量元件等主要部件已经确定的情况下，设置校正装置的传递函数、调整系统的放大系数。
使系统的动态性能能够得到满足要求的性能指标。
这就是系统的校正。
常用的性能指标可以是时域的指标，如上升时间、调节时间、峰值时间、超调量、稳态误差等；也可以是频域的指标，如截止频率、相稳定裕度、模稳定裕度等。
由于校正装置加入系统的方式和所起的作用不同，常用的校正装置又分为串联校正、反馈校正、前置校正、干扰补偿等四种类型。
在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。
串联校正主要是由相位超前校正、滞后校正、滞后-超前校正组成的。
串联校正的理论设计方法有频率域方法和根轨迹法。
一 概述1.1课程设计的任务与目的1.1.1设计任务设计报告中， 根据给定的性能指标选择合适的校正方式对原系统进行校正，使其满足工作要求。
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关于系统校正完整篇.doc
自动控制原理课程设计关于系统校正1自动控制原理课程设计报告专业：自动化班级：12403011学号：1240301112姓名：高松1. 已知一个二阶系统其闭环传递函数如下Φ=ks s ++25.0k 求k=0.2,0.5,1,2,5时，系统的阶跃响应和频率响应。
绘出系统的阶跃响应和频率响应曲线。
程序如下：一．阶跃响应i=0;for k=[0.2,0.5,1,2,5]num=k;den=[0.5,1,k];sys=tf(num,den);i=i+1;step(sys,25)hold onendgridhold offtitle('k 不同时的阶跃响应曲线')gtext('k=0.2'),gtext('k=0.5'),gtext('k=1'),gtext('k=2'),g text('k=5')二．频率响应for k=[0.2,0.5,1,2,5]num=k;den=[0.5,1,k];bode(num,den)[mag,phase,w]=bode(num,den);mr=max(mag)wr=spline(mag,w,mr)hold onendgridhold offtitle('k不同时的频率响应曲线')gtext('k=0.2'),gtext('k=0.5'),gtext('k=1'),gtext('k=2'),gtext('k=5')gtext('k=0.2'),gtext('k=0.5'),gtext('k=1'),gtext('k=2'),gtext('k=5')2.被控对象传递函数为)20030()(2++=s s s K s G 设计超前校正环节，使系统性能指标得到满足如下要求：1）速度误差常数=102）γ=45°由速度误差常数=10，k v =10=)20030(lim 20s ++→s s s k s , 得k=2000 程序如下：num=[2000];den=[1,30,200,0];g0=tf(num,den);figure(1);margin(g0);hold on figure(2);sys=feedback(g0,1);step(sys)w=0.1:0.1:2000;[gm,pm,wcg,wcp]=margin(g0);[mag,phase]=bode(g0,w);magdb=20*log10(mag);phim1=45;data=18;phim=phim1-pm+data;alpha=(1+sin(phim*pi/180))/(1-sin(phim*pi/180));n=find(magdb+10*log10(alpha)wc=w(n(1));w1=wc/sqrt(alpha);w2= wc*sqrt(alpha); numc=[1/w1,1];denc=[1/w2,1];gc=tf(numc,denc); g=gc*g0;[gmc,pmc,wcgc,wcpc]=margin(g);gmcdb=20*log10(gmc);disp('校正装置传递函数和校正后系统开环传递函数'),gc,g, disp('校正系统的频域性能指标KG,V,WC'),[gmc,pmc,wcpc], disp('校正装置的参数T 和 a 值:'),t=1/w2;[t,alpha], bode(g0,g);hold on ,margin(g)自动控制原理课程设计关于系统校正1第2页校正装置传递函数和校正后系统开环传递函数gc =0.1647 s + 1-------------0.05404 s + 1Continuous-time transfer function.g =329.4 s + 2000-------------------------------------------0.05404 s + 2.621 s + 40.81 s + 200 sContinuous-time transfer function.校正系统的频域性能指标KG ,V ,WCans =3.4126 45.8576 10.5873校正装置的参数T 和a 值:ans =0.0540 3.04723.被控对象传递函数为)5()(+=s s K s G 设计滞后校正环节，使系统性能指标满足如下要求：1）单位斜坡稳态误差小于5%2）闭环阻尼比ζ=0.707，ωn =1.5 rad/s由单位斜坡稳态误差小于5%，ε=vk 1=5%，得v k =20，又由v k =)5(lim 0s +→s s k s ，得k=100.由闭环阻尼比ζ=0.707，ωn =1.5 rad/s ，可算出相角裕度ν=65.5°，穿越频率c w =0.965nc=[1/w1,1];gc=tf(numc,denc) g=go*gcbode(go,g),hold on,margin(g),betaTransfer function:gc =5.988 s + 1-----------68.02 s + 1Continuous-time transfer function.g =598.8 s + 100---------------------------68.02 s + 341.1 s + 5 sContinuous-time transfer function.beta =11.35924.设已知单位负反馈系统其开环传递函数为())1125.0)(15.0(s ++=s s s k G 要求系统具有的性能指标是：1 ) 控制输入为单位速度信号（T RAD/S ）时，其稳态误差E2 ) 控制输入为单位阶跃信号时，其超调量σ3) 控制输入为单位阶跃信号时，其超调量σ2) 由题意σ=0.16+0.4（vsin 1-1）12.5(1)- sinv 11.5(2[2-++c w pi 42.68°, 穿越频率w c >0.96,取v=45°rad/s ，得w c =1.22 rad/s程序如下：num=8;den=conv([1,0],conv([0.5,1],[0.125,1]));g0=tf(num,d en);margin(g0);gammao=45;delta=5;gamma=gammao+delta;w=0.01:0.01:1000;[mag,phase]=bod8.197 s + 1-----------45.36 s + 1Continuous-time transfer function.g =65.57 s + 8-------------------------------------2.835 s + 28.41 s + 45.99 s + s Continuous-time transfer function. beta =5.53413 )由题意σ=0.16+0.4（v sin 1-1）12.5(1)- sinv 11.5(2[2-++c w pi 54.7°，穿越频率w c >1.935 rad/s程序如下：num=8;den=conv([1,0],conv([0.5,1],[0.125,1]));g0=tf(num,d en);[kg,gamma,wg,wc]=margin(g0);kgdb=20*log10(kg);w=0.001:0.001:100;[mag,phase]=bode(g0,w);disp('未校正系统参数：20LGKG,WC,');[kgdb,wc,gamma], gamma1=54.7;delta=5;phim=gamma1-gamma+delta;alpha=(1+sin(phim*pi/180))/(1-sin(phim*pi/180));wcc=2.5;w3=wcc/sqrt(alpha);w4=sqrt(alpha)*wcc;numc1=[1/w3,1];denc1=[1/w4,1];gc1=tf(numc1,denc1);g01=g0*gc11,disp('滞后校正部分的传递函数'),gc2,disp('串联超前—滞后校正传递函数'),gc,disp('校正后整个系统的传递函数'),gdisp('校正后系统参数：20LGKG,WC,R 及A 值'),[gmcdb,wcpc,pmc,alpha],bode(g0,g),hold on ,margin(g),beta。
自动控制原理课程设计
指导教师评定成绩：审定成绩：自动控制原理课程设计任务书设计题目：转子绕线机控制系统的校正设计仿真学院自动化专业电气工程与自动化姓名周密学号2012212660指导教师李鹏华2014年 11 月 4 日目录1、设计题目 (2)1.1课程设计应达到的目的 (2)1.2课程设计题目及要求 (2)1.3课程设计任务 (3)2、设计报告正文 (4)2.1 设计步骤 (4)2.1.1 工作原理及总体设计 (4)2.1.2 开环系统 (4)2.1.3 各环节的放大级数及其时间常数 (6)2.1.4 系统扰动分析 (7)2.1.5 比较开环时和闭环时的动态响应。
(7)2.1.6 采用某种校正方式实现系统的稳定控制 (10)2.1.7 建议和意见 (17)3、设计总结 (19)4、参考文献 (20)5、附录 (21)1、设计题目题目：转子绕线机控制系统的校正设计仿真 1.1课程设计应达到的目的1、通过控制系统闭环仿真熟悉课程设计的基本流程；2、掌握控制系统的数学建模；3、掌握控制系统性能的根轨迹分析或时域特性分析；4、掌握频率法校正或根轨迹法校正；5、能够根据性能指标，设计控制系统，并完成相应实验验证系统的设计和实验操作；6、学会用MATLAB 进行基本仿真。
1.2课程设计题目及要求（一）设计题目转子绕线机控制系统的开环传递函数:)10)(5()(++=s s s Ks G要求达到性能指标：系统的静态速度误差系数115-≥s K v ， 60≥γ。
（二）设计要求1．分析系统的工作原理，进行系统总体设计。
2．构成开环系统，并分析器动态响应。
3．测出各环节的放大倍数及其时间常数。
4．对系统进行扰动分析。
5．比较开环时和闭环时的动态响应。
6. 采用某种校正方式实现系统的稳定控制。
7．对本课程设计提出新设想和新建议。
1.3课程设计任务（1）复习有关教材、到图书馆查找有关资料，了解控制对象的工作原理。
（2）总体方案的构思根据设计的要求和条件进行认真分析与研究，找出关键问题。
自动控制设计(自动控制原理课程设计)
自动控制原理课程设计本课程设计的目的着重于自动控制基本原理与设计方法的综合实际应用.主要内容包括：古典自动控制理论（PID ）设计、现代控制理论状态观测器的设计、自动控制MATLAB 仿真.通过本课程设计的实践,掌握自动控制理论工程设计的基本方法和工具。
1 内容某生产过程设备如图1所示，由液容为C1和C2的两个液箱组成，图中Q 为稳态液体流量)/(3s m ，i Q ∆为液箱A 输入水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ，1Q ∆为液箱A 到液箱B 流量对稳态值的微小变化)/(3s m ，2Q ∆为液箱B 输出水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ，1h 为液箱A 的液位稳态值)(m ，1h ∆为液箱A 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ,2h 为液箱B 的液位稳态值)(m ,2h ∆为液箱B 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ，21,R R 分别为A ，B 两液槽的出水管液阻))//((3s m m .设u 为调节阀开度)(2m 。
已知液箱A 液位不可直接测量但可观，液箱B 液位可直接测量.要求图1 某生产过程示意图1. 建立上述系统的数学模型；2. 对模型特性进行分析，时域指标计算,绘出bode,乃示图，阶跃反应曲线3. 对B 容器的液位分别设计：P ，PI ，PD ，PID 控制器进行控制；4. 对原系统进行极点配置，将极点配置在－1＋j 和－1－j ；（极点可以不一样）5. 设计一观测器，对液箱A 的液位进行观测（此处可以不带极点配置）；6. 如果要实现液位h2的控制，可采用什么方法，怎么更加有效？试之。
用MATLAB 对上述设计分别进行仿真。
(提示：流量Q=液位h/液阻R,液箱的液容为液箱的横断面积，液阻R=液面差变化h ∆/流量变化Q ∆.）2 双容液位对象的数学模型的建立及MATLAB 仿真过程一、对系统数学建模如图一所示，被控参数2h ∆的动态方程可由下面几个关系式导出： 液箱A ：dt h d C Q Q i 111∆=∆-∆ 液箱B:dth d C Q Q 2221∆=∆-∆ 111/Q h R ∆∆= 222/Q h R ∆∆= u K Q u i ∆=∆消去中间变量，可得:u K h dt h d T T dt h d T T ∆=∆+∆++∆222122221)( 式中，21,C C ——两液槽的容量系数21,R R —-两液槽的出水端阻力 111C R T =——第一个容积的时间常数 222C R T =—-第二个容积的时间常数 2R K K u =_双容对象的放大系数其传递函数为：1)()()()(212212+++=∆∆=S T T S T T KS U S H S G二．对模型特性进行分析，绘出bode ，奈氏图,阶跃反应曲线 当输入为阶跃响应时的Matlab 仿真： 令T1=T2=6；K=1112361)()()(22++=∆∆=S S S U S H S G 2)16(1+=S单位阶跃响应的MATLAB 程序: num1=[1］；den1=［36 12 1]; G1=tf （num1，den1）； figure （1); step （G1);xlabel （'时间（sec ）’）；ylabel('输出响应’);title （’二阶系统单位阶跃响应’）; step(G1，100)； 运行结果如下：阶跃反应曲线：图1c(∞)=1; c （t p )=1; t p =45.5s ； t d =10s; t s =45.5s ； 最大超调量：δ(t p ）= ［c （t p )— c(∞）］/ c(∞)*100%=0%稳态误差分析： 开环传递函数112361)()()(22++=∆∆=S S S U S H S G ，稳态误差1=ss e ；用MATLAB 绘制的奈氏图如下图2所示，其程序如下： nyquist([1],conv(［6 1],［6 1］))图2在工程实践中,一般希望正相角裕度r为45o～60o,增益裕度Kg10≥dB,即Kg3≥。
课程设计自动控制原理
课程设计自动控制原理一、教学目标本节课的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握自动控制原理的基本概念、原理和应用；技能目标要求学生能够运用自动控制原理分析和解决实际问题；情感态度价值观目标要求学生培养对自动控制原理的兴趣和好奇心，提高学生学习的积极性和主动性。
通过本节课的学习，学生将能够：1.理解自动控制原理的基本概念和原理；2.掌握自动控制系统的分析和设计方法；3.能够运用自动控制原理解决实际问题；4.培养对自动控制原理的兴趣和好奇心，提高学习的积极性和主动性。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括自动控制原理的基本概念、原理和应用。
具体包括以下几个方面：1.自动控制原理的定义和发展历程；2.自动控制系统的分类和基本原理；3.控制器的设计方法和应用；4.自动控制原理在实际工程中的应用案例。
教学内容的安排和进度如下：1.第一课时：介绍自动控制原理的定义和发展历程；2.第二课时：讲解自动控制系统的分类和基本原理；3.第三课时：介绍控制器的设计方法和应用；4.第四课时：分析自动控制原理在实际工程中的应用案例。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本节课采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法：通过教师的讲解，向学生传授自动控制原理的基本概念和原理；2.讨论法：引导学生参与课堂讨论，培养学生的思考能力和团队合作精神；3.案例分析法：分析实际工程中的应用案例，让学生更好地理解和掌握自动控制原理；4.实验法：安排实验环节，让学生动手实践，提高学生的实际操作能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，本节课选择和准备以下教学资源：1.教材：选用《自动控制原理》教材，作为学生学习的主要参考资料；2.参考书：推荐学生阅读《现代自动控制原理》等参考书籍，加深对自动控制原理的理解；3.多媒体资料：制作PPT课件，通过图片、动画等形式展示自动控制原理的相关概念和原理；4.实验设备：准备自动控制系统实验设备，让学生进行实际操作和观察。
《自动控制原理课程设计》教学大纲
自动控制原理课程设计教学大纲1. 引言自动控制原理课程设计是自动控制原理课程的重要组成部分，通过课程设计，能够帮助学生将理论知识与实际应用相结合，提高学生对自动控制原理的理解和运用能力。
2. 课程设计目的自动控制原理课程设计的目的是培养学生分析和解决实际工程问题的能力，以及运用自动控制原理知识进行系统设计和建模的能力。
通过课程设计，学生应能够熟练运用自动控制原理的基本理论知识，了解控制系统的设计方法，并能够独立完成控制系统的设计与调试。
3. 课程设计内容（1）理论学习：包括PID控制器的原理、校正与调节，控制系统的稳定性分析和设计，频域分析与设计，以及状态空间分析与设计等内容。
（2）实际应用：通过案例分析，让学生了解自动控制在现实生活中的应用，如温度控制系统、液位控制系统等。
（3）仿真实验：利用仿真软件进行控制系统设计与仿真实验，加深学生对理论知识的理解，以及对控制系统实际应用的认识。
4. 课程设计要求（1）掌握理论知识：学生应在课程设计中深入理解自动控制原理的基本理论知识，包括控制系统的稳定性分析、频域分析与设计等。
（2）熟练运用软件：学生应能够熟练运用MATLAB等仿真软件进行控制系统的设计与仿真实验。
（3）独立完成设计：学生应能够独立完成一个控制系统的设计与调试，并能够对系统性能进行评估和优化。
5. 总结回顾自动控制原理课程设计是一门理论与实践相结合的课程，通过课程设计，学生能够深入理解自动控制原理的基本理论知识，熟练运用相关仿真软件进行控制系统的设计与仿真实验，提高学生的工程实践能力和创新意识。
在今后的工程实践中，学生能够将所学知识与技能有效地运用于相关领域，为自动控制领域的发展做出贡献。
6. 个人观点与理解作为自动控制原理课程设计的教学大纲撰写者，我深感自动控制原理课程设计的重要性。
通过课程设计，学生能够更直观地理解自动控制原理的应用，提高自己的实践能力和创新意识。
希望学生能够在课程设计中认真学习，积极思考，不断完善自己的设计方案，提升自己的工程实践能力。
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计一、设计目的。
自动控制原理是现代工程技术中的重要基础课程，通过本课程设计，旨在帮助学生深入理解自动控制原理的基本概念和方法，掌握自动控制系统的设计和分析技能，提高学生的工程实践能力。
二、设计内容。
1. 选取合适的控制对象，通过调研和分析，选取一个合适的控制对象，例如温度、液位等，作为本课程设计的控制对象。
2. 建立数学模型，根据选取的控制对象，建立其数学模型，包括传递函数、状态空间方程等，为后续的控制器设计奠定基础。
3. 控制器设计，根据控制对象的数学模型，设计合适的控制器，可以选择比例积分微分（PID）控制器或者其他先进的控制算法。
4. 系统仿真与分析，利用仿真软件对设计的控制系统进行仿真，分析系统的稳定性、动态响应等性能指标。
5. 实际搭建与调试，在实际的控制对象上搭建控制系统，进行调试和实验验证，观察系统的实际性能。
6. 总结与展望，总结课程设计的过程和结果，对控制系统的性能进行评价，并展望未来的改进方向。
三、设计要求。
1. 设计过程要符合自动控制原理的基本原理和方法，确保设计的科学性和合理性。
2. 数学模型的建立和控制器设计要准确，仿真与实验结果要可靠。
3. 设计报告要清晰、完整、准确，包括设计思路、理论分析、仿真结果、实验数据等。
4. 设计报告要求能够体现出学生的独立思考和创新能力，具有一定的工程实践价值。
四、设计步骤。
1. 确定控制对象，根据实际情况，选择合适的控制对象，例如温度控制系统。
2. 建立数学模型，根据选取的控制对象，建立其数学模型，包括传递函数、状态空间方程等。
3. 控制器设计，根据控制对象的数学模型，设计合适的控制器，例如PID控制器。
4. 系统仿真与分析，利用仿真软件对设计的控制系统进行仿真，分析系统的性能指标。
5. 实际搭建与调试，在实际的控制对象上搭建控制系统，进行调试和实验验证。
6. 总结与展望，总结课程设计的过程和结果，对控制系统的性能进行评价，并展望未来的改进方向。
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计一、设计目的。
本课程设计旨在通过对自动控制原理的学习和实践，使学生能够掌握自动控制系统的基本原理和设计方法，培养学生的工程实践能力和创新意识。
二、设计内容。
1. 课程概述。
自动控制原理是现代工程技术中的重要基础课程，它涉及到控制系统的基本概念、数学模型、性能指标、稳定性分析、校正设计等内容。
通过本课程的学习，学生将了解到控制系统的基本工作原理，并能够运用所学知识进行实际系统的设计与分析。
2. 课程实践。
课程设计将包括以下内容：（1）控制系统的数学建模与仿真。
通过对不同控制系统的数学建模，学生将学会如何利用数学工具描述控制系统的动态特性，并通过仿真软件进行系统性能分析。
（2）控制系统的稳定性分析与校正设计。
学生将学习控制系统的稳定性分析方法，以及如何进行控制系统的校正设计，包括校正器的设计和参数整定等内容。
（3）控制系统的实际应用。
通过实际案例分析，学生将了解控制系统在工程实践中的应用，包括工业控制、航空航天、机器人等领域的应用案例。
三、设计要求。
1. 学生在课程设计中要求独立完成控制系统的建模与仿真，稳定性分析与校正设计，以及实际应用案例的分析。
2. 学生需要结合课程学习内容，运用所学知识解决实际控制系统设计与分析中的问题，培养学生的工程实践能力和创新意识。
3. 学生需要按时提交课程设计报告，报告内容需包括设计过程、结果分析、存在问题及改进措施等内容。
四、设计步骤。
1. 确定课程设计题目和内容。
学生需要根据课程要求确定课程设计题目和内容，明确设计目的和要求。
2. 学习相关知识。
学生需要认真学习自动控制原理课程相关知识，包括控制系统的基本原理、数学模型、稳定性分析方法等内容。
3. 进行系统建模与仿真。
学生需要运用仿真软件对所选控制系统进行数学建模，并进行系统性能仿真分析。
4. 进行稳定性分析与校正设计。
学生需要对系统进行稳定性分析，并进行控制系统的校正设计，包括校正器的设计和参数整定等内容。
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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：自机学院班级：电气(1)班设计者：**学号：***004170219指导教师：************设计时间：2013年1月一．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，特点及使用；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．实训内容1.用matlab语言编制程序，实现以下系统：1）G(s)= 22641824523423++++++s s s s s s程序:num=[5 24 0 18];den=[1 4 6 2 2];h=tf(num,den) h=tf(num,den) Transfer function:5 s^3 + 24 s^2 + 18 ----------------------------- s^4 + 4 s^3 +6 s^2 + 2 s + 2 2)G(s)=)523()1()66)(2423322+++++++s s s s s s s s （输入以下程序 n1=4*[1 2]; n2=[1 6 6]; n3=[1 6 6];num=conv(n1,conv(n2,n3)); d1=[1 1]; d2=[1 1]; d3=[1 1]; d4=[1 3 2 5];den1=conv(d1,d2); den2=conv(d3,d4); >> den=[den1 den2 0]; >> h=tf(num,den) Transfer function:4 s^5 + 56 s^4 + 288 s^3 + 672 s^2 + 720 s + 288 -----------------------------------------------------s^8 + 2 s^7 + s^6 + s^5 + 4 s^4 + 5 s^3 + 7 s^2 + 5 s 2. 两环节G1，G2串联，求等效的整体传递函数G(s)G1(s)=32+s G2(s)=122^7++s s程序：n1=[2];d1=[1 3];sys1=tf(n1,d1); n2=[7];d2=[1 2 1];sys2=tf(n2,d2); sys12=sys1*sys2 Transfer function:14--------------------- s^3 + 5 s^2 + 7 s + 33.两环节G1，,G2并联，求等效的整体传递函数G(s)G1(s)=32+s G2(s)=122^7++s s 输入以下指令：num1=[2];den1=[1 3];sys1=tf(num1,den1); num2=[7];den2=[1 2 1];sys2=tf(num2,den2); sys12=sys1+sys2 Transfer function:2 s^2 + 11 s + 23 --------------------- s^3 + 5 s^2 + 7 s + 34．已知系统结构如图，求闭环传递函数。
其中的两环节G1,G2分别为G1(s)=812100s 32+++s s G2(s)=522+s输入以下指令：n1=[3 100];d1=[1 2 81];n2=[2];d2=[2 5];s1=tf(n1,d1);s2=tf(n2,d2); sys=feedback(s1,s2) Transfer function:6 s^2 + 215 s + 500 ---------------------------2 s^3 + 9 s^2 + 178 s + 6055. 已知某闭环系统的传递函数为G(s)=25102^96.13^16.02510++++s s s s ,求其单位阶跃响应曲线，单位脉冲响应曲线。
1）单位阶跃响应 输入如下指令：num=[10 25];den=[0.16 1.96 10 25]; y=step(num,den,t);plot(t,y); grid;（绘制单位阶跃响应图） title;（单位阶跃响应曲线图）图5.1.1系统的阶跃响应曲线2)单位脉冲响应输入如下指令：num=[10 25];den=[0.16 1.96 10 25]; t=0:0.01:3;y=impulse(num,den,t); plot(t,y);grid;图5.1.2系统的脉冲响应曲线6.典型二阶系统的传递函数为G(s)=2222n n nw s w s w ++ξ,n w 为自然频率，ξ为阻尼比，试绘制出当ξ=0.5，n w 分别取-2 ,0 ,2 ,4 ,6 ,8 ,10时该系统的单位阶跃响应曲线；分析阻尼比分别为-0.5，-1时系统的稳定性。
输入如下指令：（1）.当ξ=0.5，n ω分别取-2、0、2、4、6、8、10时w=0:2:10;kosai=0.5;figure(1)hold onfor Wn=wnum=Wn^2;den=[1,2*kosai*Wn,Wn^2];step(num,den);endhold offgrid on;title('单位阶跃响应')xlabel('时间')ylabel('振幅')图6.1.1ξ=0.5，nω分别取-2、0、2、4、6、8、10时的曲线图（2）.当ξ=-0.5w=0:2:10;kosai=-0.5;figure(1)hold onfor Wn=wnum=Wn^2;den=[1,2*kosai*Wn,Wn^2];step(num,den);endhold offgrid on;title('单位阶跃响应')xlabel('时间')ylabel('振幅')图6.1.2ξ=-0.5时，系统的单位阶跃响应曲线图（3.当ξ=-1w=0:2:10;kosai=-1;figure(1)hold onfor Wn=wnum=Wn^2;den=[1,2*kosai*Wn,Wn^2];step(num,den);endhold offgrid on;title('单位阶跃响应')xlabel('时间')ylabel('振幅')图6.1.3ξ=-1时单位阶跃响应曲线图分析：由以上结果可以知道当n ω确定，ξ取-0.5和-1时，其单位阶跃响应曲线是发散的，所以系统不稳定。
阻尼比ξ越大，振荡越弱，平稳性越好，反之，阻尼比ξ越小，振荡越强，平稳性越差。
7.设有一高阶系统开环传递函数为G(s)=271.6635.0268.006.0359.9436.1218.0016.02323++++++s s s s s s ,试绘制该系统的零极点图和闭环根轨迹图。
1）系统的零极点 输入如下指令：num=[0.016 0.218 1.436 9.359]; den=[0.06 0.268 0.635 6.271]; [z,p,k]=tf2zp(num,den) 运行结果： z =-10.4027 -1.6111 + 7.3235i -1.6111 - 7.3235i p =-5.7710 0.6522 + 4.2054i 0.6522 - 4.2054i k =0.2667图7.1.1 系统的零极点图2）系统的闭环根轨迹输入如下指令：num=[0.016 0.218 1.436 9.359]; den=[0.06 0.268 0.635 6.271]; rlocus(num,den)图7.1.2 系统的闭环根轨迹图8.单位反馈系统前向通道的传递函数为：G(s)=ss s s s s s s s s +++++++++23456234510105281282,试绘制该系统的Bode 图和Nyquist 曲线，说明软件绘制曲线和手动绘制曲线的异同。
1）绘制该系统的Bode 图： 输入如下指令：num=[0 0 2 8 12 8 2]; den=[1 5 10 10 5 1 0]; margin(num,den)图8.1.1 系统的Bode 图2)系统的Nyquist 图输入如下指令：num=[0 0 2 8 12 8 2];den=[1 5 10 10 5 1 0]; nyquist(num,den)图8.1.2 系统Nyquist 曲线9.已知某控制系统的开环传递函数G(s)=)2)(1(++s s s K,K =1.5,试绘制系统的开环频率特性曲线，并求出系统的幅值和相位裕量。
输入如下指令:d1=[1 1];d2=[1 2]den1=conv(d1,d2); den=[den1 0];num=[10];bode(num,den)程序运行结果如图所示图9.1.1 系统的开环频率特性曲线[gm,pm,wcg,wcp]=margin(num,den)运行结果如下：Gm=0.6000 %幅值裕量pm = -12.9919 %相角裕量wcg =1.4142 %Nyquist 曲线和负实轴交点处频率wcp =1.8020 %截止频率10.在SIMULINK中建立系统，该系统阶跃输入时的连接示意图如下。
K为学生学号后三位。
绘制其单位阶跃响应曲线，分析其峰值时间，延迟时间，上升时间，调节时间及超调量。
输入如下程序：num=[219];den=[1 9 219];step(num,den);grid;图10.1.1 单位阶跃响应曲线分析其峰值时间p t ，延迟时间d t ，上升时间r t ，调节时间s t 及超调量 num=[219];den=[1 9 219];[y,x,t]=step(num,den);[peak,k]=max(y);overshoot=(peak-1)*100tp=t(k)n=1;while y(n)<1n=n+1;endtr=y(n)m=length(t)while((y(m)>0.98)&(y(m)<1.02))m=m-1;运行结果：overshoot =36.6697tp =0.2209tr =1.0132m =115ts =0.748511.给定系统如下图所示，设计一个串联校正装置，使幅值裕度大于h>10分贝，相位裕度 大于等于45度。