自控课设
学号：
课程设计
单级移动倒立摆建模及串联超前题目
校正
学院自动化学院
专业自动化专业
班级自动化0904班
姓名小白牙
指导教师
2012 年 1 月 4 日
课程设计任务书
学生姓名： 小白牙 专业班级： 自动化0904班
指导教师： 工作单位： 武汉理工大学
题 目: 单级移动倒立摆建模及串连超前校正 初始条件：
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、
研究该装置的非线性数学模型，并提出合理的线性
化方法，建立该装置的线性数学模型－传递函数（以u 为输入，
θ为输出）
； 2、
要求系统输出动态性能满足,1%,3.4%s t s ≤≤σ试设
计串连超前校正装置。
3、 用Matlab 对校正后的系统进行仿真分析，比较校正装置加在线性化前的模型上和线性化后的模型上的时域相应有何区别，并说明原因。
时间安排：
任务
时间（天）
审题、查阅相关资料
1.5 分析、计算
2.5 编写程序 2.5 撰写报告
1
图示为一个倒立摆装置，该装置包含一个小车和一个安装在小车上的倒立摆杆。由于小车在水平方向可适当移动，因此，控制小车的移动可使摆杆维持直立不倒。
2/10,1,1.0,1s m g m l kg m kg M ====
指导教师签名：年月日
系主任（或责任教师）签名：年月日
目录
摘要 (4)
1.单级移动倒立摆系统建模 (5)
1.1非线性化数学模型 (5)
1.2 线性化数学模型 (7)
2.倒立摆系统的串联超前校正 (9)
2.1未校正系统的输出动态性能 (9)
2.2 倒立摆系统的串联超前校正 (10)
2.3校正后系统的输出动态性能 (14)
3 .校正前系统与校正后系统的比较 (15)
3.1 校正前系统的仿真 (15)
3.2 校正后系统的仿真 (17)
3.3 校正前系统与校正后系统的比较 (18)
心得与体会 (20)
参考文献 (21)
本科生课程设计成绩评定表 (22)
摘要
倒立摆系统作为控制理论研究中一种比较理想的实验手段，以自动控制理论的教学、实验和科研构建一个良好的实验平台，以用来检验某种控制理论的或方法的典型方案，促进了控制系统新理论的、新思想的发展。由于控制理论的广泛应用，由此系统研究产生的方法和技术将在半导体精密仪器加工、机器人控制技术、人工智能、导弹拦截控制系统、航空对接技术、火箭发射中的垂直度控制、卫星飞行中的姿态控制和一般工业应用等方面具有广阔的利用和开发前景。平面倒立摆可以比较真实的模拟火箭的飞行控制和步行机器人的稳定控制等方面的研究。
Abstract
Inverted pendulum system in control theory as an ideal experimental tool to automatically control the teaching of theory, experiment and research to build a good experimental platform used to test a theory or method of control typical of programs to promote the new theory of control systems, the development of new ideas.Because of the extensive application of control theory, which produces systematic study of methods and techniques will be precision instruments in the semiconductor processing, robot control, artificial intelligence, missile defense control systems, air docking technology, rocket launchers in the vertical control, satellite flight the attitude control
and general industrial applications has extensive use and development prospects. Planar inverted pendulum can be more realistic simulation of the rocket's flight control and stability control walking robotic research.
单级移动倒立摆及串联超前校正
1.单级移动倒立摆系统建模
1.1非线性化数学模型
单级移动倒立摆实验建模是通过在研究对象上加上一系列的研究者事先确定的输入信号，激励研究对象并通过传感器检测其可观测的输出，利用数学手段建立系统的输入-输出关系。
单级移动倒立摆系统，本身是一个不稳定的系统，非线性化模型很明显，为了降低建模的难度，经过忽略一些次要因素后，倒立摆系统就是一个典型的运动刚体系统，利用力矩平衡和牛顿经典力学定律就得建立起动力学方程。
图1-1 倒立摆模型
系统组成的框图如图1-2所示。
施加外力 运动状态
摆角θ
图1-1示为一个倒立摆装置，该装置包含一个小车
和一个安装在小车上的倒立摆杆。由于小车在水平方向可适当移动，因此，控制小车的移动可使摆杆维持直立不倒。
2/10,1,1.0,1s m g m l kg m kg M ====
图1-2 单级倒立摆系统组成框图
系统通过给小车施加外力，使摆杆与小车相互作用，达到平衡，维持不倒。
小车受力分析如图1-3所示。假设系统的初始条件为0，小车与参考面的距离为x ，摆杆与垂直方向的夹角为，u 为加在小车上的外力。L 为摆杆的长度，m 为摆杆的质量，M 为小车的质量，I 为摆杆的转动惯量。
P
N u
图1-3 小车受力图
分析小车水平方向受力得；
u N Mx -= (1-1)
摆杆受力分析如图1-4所示。
P θ
mg
N
图1-4 摆杆受力图 分析摆杆水平方向受力得：
22(0.5sin )''''0.5(cos ')'
''0.5(sin '+cos '')
''0.5sin '0.5cos ''N m x ml mx ml mx ml mx ml ml θθθθθθθθθθθ=+=+=+-=-+ (1-2)
由公式（1-1）+（1-2）得：
2()''0.5sin '0.5cos ''u M m x ml ml θθθθ=+-+ （1-3）
对摆杆垂直方向的受力分析
22
0.5(cos 'sin '')0.5cos '0.5sin ''
P mg ml P mg ml ml θθθθθθθθ-=--=--
垂直方向根据力矩平衡得：0.5sin 0.5cos ''Pl Nl I θ
θθ-=
0.5sin 0.5cos ''Pl Nl I θθθ-=
代入N 和P 化简式子：
2222
20.5sin 0.25''0.5cos ''''(0.25)''0.5sin 0.5cos ''(0.25)''0.5cos ''0.5sin 0/12''/30.5cos ''0.5sin 0
mgl ml ml x I I ml mgl ml x I ml ml x mgl I ml ml ml x mgl θθθθθθθθθθθθθ--=+=-++-==+-=代入上式
通过分别对小车和摆杆的受力分析可知，线性化后系统的运动方程组为：
2()''0.5sin '0.5cos ''u M m x ml ml θθθθ=+-+
2''/30.5cos ''0.5sin 0ml ml x mgl θθθ+-= （1-4）
1.2 线性化数学模型
为了避免复杂的求解微分方程的运算以缩短实时的控制系统的响应时间，考虑摆角θ在操作点00θ=附近的微小变化，根据倒立摆的垂直位置可以近似为：cos θ=1, sin θθ≈，2'θθ=0。代入方程组（1-4）
，得简化公式组
2
()''+0.5''u ''/30.5('')0
m M x ml ml ml x g θθθ+=+-= （1-5）
假设系统的初始输入条件为0，对方程组（1-5）进行Laplace 变换得到方程组为：
222
22
()()0.5()()
0.5()()/30.5()0M m s X s mls s U s mls X s ml s s mgl s ++Φ=+Φ-Φ=
（1-6）
由（1-6）方程组的第一个方程可解
22
()0.5()()U s mls s X M m s -Φ+(s)=
（1-7）
把（1-7）代入方程组（1-6）的第二个方程整理得：
22222[0.5/3]()0.5()4()
m l s
mgl ml s s mlU s M m -+Φ=+
得出222
22
()0.5()0.5/34()
s ml
m l s U S ml ml s M m Φ=
-+
+
（1-8）
把已知数据代入等式（1-8）得
2()1()()0.610s G s U s s Φ==--
（1-9）
则系统的传递函数如图1-5所示
()s
图1-5 倒立摆系统的传递函数
2.倒立摆系统的串联超前校正
2.1未校正系统的输出动态性能
用如下程序将传递函数的根轨迹在MATLAB 中显示出来
num=[-1] den=[0.6,0,-10] rlocus(num,den)
根轨迹图如图2-1所示
-20
-15-10-505101520
-2-1.5
-1
-0.5
0.5
1
1.5
2
Root Locus
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
图2-1 传递函数的根轨迹
用下列程序将传递函数的波特图在MATLAB 中显示出来
num=[-1] den=[0.6,0,-10] bode(num,den)
波特图如图2-2所示
-80-70-60-50-40-30
-20M a g n i t u d e (d B
)10
10
10
10
-2
-1012P h a s e (d e g )
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
图2-2 传递函数的波特图
根据开环传递函数的根轨迹可知，其极点存在S 平面的右半平面，可知系统处于不稳定状态。
根据开环传递函数的波特图可知，系统相角裕度和稳定裕度都为无穷大，则也可以证明系统处于不稳定状态。
2.2 倒立摆系统的串联超前校正
利用超前网络进行串联校正的基本原理是利用超前网络的相角超前特性。只要正确地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，并适当选择参数a 和T ，就可以使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当太性能。闭环系统的稳态性能要求，可以通过
选择已校正系统的开环增益来满足，通过校正后的开环传递函数来验证是否满足系统所要求的性能指标。
由于系统是为二阶系统，根据频域指标和时域指标的关系，把时域指标转换为频域指标。
已知% 4.3%t 1s s σ≤≤，
根据转换公式：取0.02σ
=，1s t s =
e
πεσ-=
解得：
24=0.709=0.502=0.252
εεε
代入 3.5
s n t w ε=得 4.94/n w rad s =
按要求对此系统进行串联超前校正 原系统开环传递函数为：021()0.610
G s s =-
-
设加入的串联超前校正环节传递函数为：
121
()1c T S G s a
T S +=-+
校正后系统的开环传递函数为：
10221
()()(1)(0.610)
c T S G s G S a
T S S +=+-
此时系统的特征方程为：
32212()0.60.6(10)100
D s T S S aT T s a =+--+-=
(2-1)
根据二阶系统的特征方程知：
2220n n s w s w ε++=
加入串联超前校正后，二阶系统会变成三阶系统，并且三阶系统的特征方程为：
22(2)(')0n n s w s w s s ε+++= (2-2)
17.5'5n s w ε==
式（2-1）简化为：3
212222
1011000.60.6aT T a s s s T T T --+
++=
(2-3) 式（2-2）简化为：
3222('2)(2')'0n n n n s w s w s w S w s s εε+++++= （2-4）
由（2-3）和（2-4）根据对应项相等原则可知：
20.02T = 12
2100.6aT T T -=2
2'n n w s w ε+=140.6 (2-5）
2
100.6a T -=2
'n w s =314.6 (2-6)
由式子（2-5）和（2-6）可得出a=22.05 ,10.212T = 所以串联超前校正函数为:
(0.2121)
()22.05(0.021)
c s s s G +=-+
则加入串联超前校正后，系统的开环传递函数为：
02(0.2121)
()()22.05
(0.021)(0.610)c s s G s s s G +=+- (2-7)
此时系统的结构图如图2-3所示
)s
2-3 图 校正后系统结构图
2
1
'250n s w T ε=+=
用MATLAB 对校正后的系统进行动态性能分析，当系统输入加入单位阶跃函数时，然后利用时不变系统仿真的图形进行参数的计算，来验证是否满足所要求的输出动态性能指标。 MATLAB 程序如下：
num=[4.68,22.05] den=conv([0.6,0,-10],[0.02,1])
sys=tf(num,den) Lsys=feedback(sys,1,-1) [y,t,x]=step(Lsys)
plot(t,y)
MATLAB 中运行上述程序后，得到响应曲线,用工具ltiview 进行分析动态性能后，其阶跃响应曲线如图2-4所示。
图2-4 单位阶跃输出响应曲线
调节时间0.96s
t s =，超调量 1.88 1.83
%0.02731.83
σ-=
≈
满足校正后系统的动态性能指标，故此串联校正函数为我们所需要的校正函数。
2.3校正后系统的输出动态性能
校正后系统的根轨迹，其MATLAB 程序如下:
num=[4.68,22.05] den=conv([0.6,0,-10],[0.02,1])
rlocus(num,den)
其显示的根轨迹图形如图2-5所示。
-60
-50
-40
-30
-20
-10
10
-15-10
-50
510
15
Root Locus
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
图2-5 校正后系统的根轨迹
校正后系统的波特图如图2-6所示
-80-60-40-200
20M a g n i t u d e (d B
)10
-1
10
10
1
10
2
10
3
-180
-150
-120
P h a s e (d e g )
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
图2-6 校正后系统的波特图
3 .校正前系统与校正后系统的比较
3.1 校正前系统的仿真
由式（1-9）知未校正系统的开环传递函数为：
2()1
()()0.610
s G s U s s Φ==--
对未校正系统进行simulink 仿真，绘制系统的simulink 动态结构图并添加单位阶跃输入函数的步骤为： （1）
在MATLAB 的命令窗口中选择：File-New-Model 菜单项，打开untitled 窗口,或者直接点击相应的图标。
（2）
点击Sources,选择信号源模块中的Step 模块，并拖拽到模型窗口中去。
（3）
在各模块库中，选择需要的标准功能模块并拖拽至模型窗口中去。
双击Transfer Fcn模块，在弹出对话框中，分别输入系统的分子和
分母参数，即可得到修改后的系统，模型。
（4）在根据传递函数系统结构图来连接各模块组成simulink仿真结构图。
按照以上步骤可以得到未校正前系统的结构图，如图3-1所示。
3-1 未校正前系统的仿真结构图
按图3-1连接好仿真结构图后，然后保存在untitled中，保存后，点击窗口上部的运行按钮，然后双击示波器就会显现出来如图3-2所示的未校正系统单位阶跃响应曲线。
图3-2 未校正系统的单位阶跃响应曲线
由图3-2可知，未校正系统的单位阶跃响应为发散曲线，可推断出系统处于不稳定状态。
3.2 校正后系统的仿真
由式（2-7）可知，校正后系统的开环传递函数为：
02(0.2121)
()()22.05
(0.021)(0.610)
c s s G s s s G +=+-
对未校正系统进行simulink 仿真，绘制仿真结构图的方法和步骤如下： （1）
在MATLAB 的命令窗口中选择：File-New-Model 菜单项，打开untitled 窗口,或者直接点击相应的图标。
（2）
点击Sources,选择信号源模块中的Step 模块，并拖拽到模型窗口中去。
（3）
在各模块库中，选择需要的标准功能模块并拖拽至模型窗口中去。双击Transfer Fcn 模块，在弹出对话框中，分别输入系统的分子和分母参数，即可得到修改后的系统，模型。
（4）
在根据传递函数系统结构图来连接各模块组成simulink 结构图。
按照以上步骤得出simulink 仿真结构图如图3-3所示
图3-3 校正后系统的仿真结构图
按图3-3连接好仿真结构图后，然后保存在untitled 中，保存后，点击窗口上部的运行按钮，然后双击示波器就会显现出来如图3-4所示的未校正系统单位阶跃响应曲线。
图3-4 校正后系统的单位阶跃响应曲线
3.3 校正前系统与校正后系统的比较
通过加入串联超前校正结构，我们得到了一个稳定的倒立摆系统，串联超前
下降由原来的不稳定时的无穷大到校正的串入，使得系统动态过程的超调量%
校正后的2.73%,同时调节时间
t缩短至0.96s;通过对校正前后系统simulink的
s
仿真得到的单位阶跃响应曲线，可知未校正前响应曲线当0到无穷大的过程中，曲线处于发散状态，可以推断出系统处于不稳定状态；校正后单位阶跃响应曲线，可知当时间大于0.96秒后，响应幅值近似等于1.83v，处于收敛状态，可以推断出系统处于稳定状态。
分析：（1）串联超前校正系统后，原本待校正的系统中频区斜率变为-20dB/dec，占据一定的频带范围，使系统的相角裕度增大，动态过程超调量下降。（2）串联超前校正系统，使校正后系统的零极点个数增加，就会对单位阶跃响应中一些量所占的比重产生改变。零点位置的不同就会对产生阶跃响应曲线表现出不同的形状。传递函数的极点就是特征方程的特征根。特征根的性质就会决定阻尼比的大小，从而可以改变校正后系统的超调量和调节时间的大小。
心得与体会
时间很快，这一周又在忙碌中过去了，虽然这些天来外部环境很刻苦，但是凭借着自己的毅力和坚韧，经过一周课程设计，我从原先看见实验要求就一头雾水到现在能够做出满足题目所要求的一些校正后的指标方案，这一周的巨大变化让自己心中有种隐隐的成就感。但是这种进步来之不易，因为这期间我遇到了很多的困难，发现了很多的问题，正是在解决问题的期间我才慢慢地熟悉了自动控制原理的基础知识，才慢慢学会了如何去按照给定的要求设计出合适的校正方案，并且通过MATLAB软件的仿真可以验证校正后的效果。
通过本次课程设计,我明白了一个道理:无论做什么事情,都必需养成严谨,认真,善思的工作作风。通过参加这次自动控制理论的课程设计，我学到了很多无法在课堂上学到的知识。在课堂上我们学习的都是理论知识，而课程设计是锻炼我们把那些理论运用到我们实际的生活中。也很享受这一周课设给我带来的锻炼。
课设的这段日子真的是给我留下了很深的印象。我总结出，在每次课设中，遇到问题最好的办法就是请教别人，因为每个人掌握的情况都不一样，一个人不可能做到处处都懂，必须发挥群众的力量，复杂的事情才能够简单化。这一点我深有体会，在很多时候，我遇到的困难或许别人之前就遇到过，向他们请教远比自己在那边摸索来得简单，来得快。
虽然我现在已经初步学会了如何设计符合要求的校正装置，但是离真正能够利用已学的理论知识来校正一些模型还是有很远的距离。课设的这段时间我确实受益匪浅，不仅是因为它发生在特别的实践，更重要的是我的专业知识又有了很大的进步，因为进步总是让人快乐的。
哈工大自控课设上课讲义
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：红外干扰分离系统 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：
自动控制原理课程设计任务书 姓 名： 院 （系）：航天学院 专 业：自动化 班 号： 任务起至日期： 年3月2日 ——年3月16日 课程设计题目：红外干扰分离系统 1. 已知控制系统的固有传递函数（或框图）如下：（红外干扰分离系统） )127.0(22 )(+= S S S G M =)(1S H 1)(=S H 系统存在一个正弦干扰力矩 t A S F ωsin )(=: A=0~5，f=0~8 2．性能指标 （1）开环放大倍数K ≥ （2）剪切频率 ≤≤c ω （3）相位裕度≥γ （4）谐振峰值M γ= （5）超调量p σ≤25% （6）过渡过程时间ms t s 25≤ （7）角速度s rad /2.0max =? θ （8）角加速度2max /8.0s rad =? ?θ （9）稳态误差mrad e ss 15.0≤ 3.设计要求与步骤 （1）设计系统，满足性能指标。 （2）人工设计 利用半对数坐标纸手工绘制系统校正前后及校正装置的Bode 图，并确定出校正装置的传递函数。验算校正后系统是否满足性能指标要求。
目录 1. 人工设计 (5) 1.1固有环节的分析 ...................................................... 错误!未定义书签。 1.2性能指标的计算 ...................................................... 错误!未定义书签。 2.校正环节的设计................................................................. 错误!未定义书签。 2.1校正环节的分析 ...................................................... 错误!未定义书签。 2.2串联迟后环节的设计 .............................................. 错误!未定义书签。 2.3串联超前环节的设计 .............................................. 错误!未定义书签。 3.计算机辅助设计................................................................. 错误!未定义书签。 3.1固有环节的仿真 ...................................................... 错误!未定义书签。 3.2串联迟后校正的仿真 .............................................. 错误!未定义书签。 3.3串联超前环节的仿真 .............................................. 错误!未定义书签。 3.4系统的单位阶跃响应仿真 ...................................... 错误!未定义书签。 3.5系统的斜坡信号响应仿真 ...................................... 错误!未定义书签。 4校正环节的电路实现 ......................................................... 错误!未定义书签。 4.1校正环节的传递函数 .............................................. 错误!未定义书签。 4.2确定各环节电路参数 .............................................. 错误!未定义书签。 4.3绘制电路图 .............................................................. 错误!未定义书签。 5设计总结 ............................................................................. 错误!未定义书签。 6心得体会 ............................................................................. 错误!未定义书签。 1. 人工设计 1.1题目分析 由于系统存在正弦干扰力矩，且不可测，是一个不稳定的量，我们不妨将此力矩设定为干扰最大时的正弦信号，即此时干扰为t S F π16sin 5)(=。 同时超调量和过渡过程时间要满足：ms t s p 25%,25≤≤σ。依据经验公式：
哈工大研究生机器人技术报告汇总
《机器人技术》大作业 （2015年秋季学期） 题目消防机器人发展与应用 姓名 学号 班级 专业机械设计制造及其自动化 报告提交日期2015.12.04 哈尔滨工业大学
内容及要求 1.以某种机器人(如搬运、焊接、喷漆、装配等工业机器人；服务机 器人；仿生鱼、蛇等仿生机器人；军用及其它机器人等)为例，撰写一篇大作业，题目自拟，以下内容仅作参考： 1) 机器人的机械结构设计(包括各部分名称、功能、传动等)； 2) 机器人的运动学及动力学分析； 3) 机器人的控制及轨迹规划； 4) 驱动及伺服系统设计； 5) 电气控制电路图及部分控制子程序。 2.题目自拟，拒绝雷同和抄袭； 3.参考文献不少于7篇，其中至少有2篇外文文献； 4.报告统一用该模板撰写，字数不少于5000字，上限不限； 5.正文为小四号宋体，1.25倍行距；图表规范，标注为五号宋体； 6.用A4纸单面打印；左侧装订，1枚钉； 7.提交打印稿及03版word电子文档，由班长收齐。 8.此页不得删除。 评语： 成绩（20分）：教师签名： 年月日
消防机器人发展与应用 一、我国消防机器人的市场需求 近年来，我国石油化工等行业有了飞速的发展和进步，生产过程中的易燃易爆和剧毒化学制品急剧增长，由于设备以及管理等方面的原因，导致化学危险品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸的事故隐患越来越多。一旦事故发生，假如没有有效的方法、装备及设施，救援人员将无法进入事故现场要冒然采取行动，往往只会造成无辜生命的牺牲出惨重代价，结果仍不能达到预期目的，这方面各地消防及救援部门已有许多次血的教训。深圳清水河大爆炸、南京金陵石化火灾、北京东方化工厂罐区火灾等事件发生后，全国各地要求配备消防机器人的呼声愈来愈高。尤其是在明确公安消防部队作为处置各类化学危险品泄漏事故的主力军之后，在我国消防部门配备消防机器人的问题就显得更为迫切了。 二、国外消防机器人发展现状 国际上较早开展消防机器人研究的是美国和苏联，稍后，英国、日本、法国、德国等国家也纷纷开始研究该类技术。目前已有很多种不同功能的消防机器人用于救灾现场。日本投入应用的消防机器人最多。80年代，日本研制了不少于5种型号的自动行驶灭火机器人，分别配备于大阪、东京、高石、太田、蒲田等消防部门，这类机器人以内燃机或电动机作为动力，配置驱动轮或履带式行驶机构，能爬坡、越障碍；装有较大喷射流量的消防枪炮，能作俯仰和左右回转；装有气体检测仪器和电视监视设备；通过电缆或无线控制，控制距离最大为100m。另一类机器人为侦察、抢险机器人，除装有气体检测仪器和电视监视器设备外，还装有机械手，能通过遥控处理危险物品。 美国已研制出能依靠感觉信息控制的救灾智能化机器人，如1994年用于探测阿拉斯加州斯拍活火山的“但丁2号”，抓获杀人犯的RM 1一9型遥控消防机器人等。亚利桑那州消防部门研制的消防机器人，装有破拆工具和消防水枪，能一边破拆，一边喷射灭火。 英国智能化保安公司生产的RO一VEH遥控消防车已装备于中部和西部消防部门，配置为履带式或轮式行驶机构，能爬楼梯，通过电缆供电或自携蓄电池供电。装有消防水炮、摄像机或热像仪。采用有线控制方式。1985年英国中西部消防部门和Firma SAS公司联合研制的机器人消防车，用HunterIII汽车改装而成，装有双臂、水枪、探测器(温度、化学物质、辐射等)、工业电视摄像机、红外线装置。机械手用来启闭阀门、搬移物品或开门等。 国际上对消防机器人的研究可分为三个阶段(三代)，第一代是程序控制消防
自动控制课程设计报告书
1 设计目的 (2) 2 设计容与条件 (2) 2.1 设计容 (2) 2.2 设计条件 (2) 3 滞后校正特性及设计一般步骤 (2) 3.1 滞后特性校正 (2) 3.2滞后校正设计一般步骤 (3) 4 校正系统分析 (3) 4.1校正参数确定 (3) 4.2校正前后系统特征根及图像 (6) 4.3 函数动态性能指标及其图像 (10) 4.4系统校正前后根轨迹及其图像 (11) 4.5 Nyquist图 (12) 4.6 Bode图 (15) 5 设计心得体会 (17) 6 设计主要参考文献 (18)
串联滞后校正装置设计 1、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。 2、设计容与条件： 2.1设计容： 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。 2.2设计条件： 已知单位负反馈系统的开环传递函数0 K G(S)S(0.0625S 1)(0.2S 1) = ++， 试用频率法设计 串联滞后校正装置，使系统的相位裕度050γ=，静态速度误差系数1 v K 40s -=，增 益欲度>17dB 。 3、滞后校正特性及设计一般步骤： 3.1滞后特性校正： 滞后校正就是在前向通道中串联传递函数为)(s G c 的校正装置来校正控制系统，)(s G c 的表达式如下所示。 1,11)(<++= a Ts aTs s G c 其中，参数a 、T 可调。滞后校正的高频段是负增益，因此，滞后校正对系统中高频噪声有削弱作用，增强了抗干扰能力。可以利用滞后校正的这一低通滤波所造成的高频衰减特性，降低系统的截止频率，提高系统的相位裕度，以改善系统的暂态性能。 滞后校正的基本原理是利用滞后网络的高频幅值衰减特性使系统截止频率下降，从而使系统获得足够的相位裕度。或者，是利用滞后网络的低通滤波特性，
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。 第二章控制系统的数学模型（12学时） 控制系统微分方程的建立，传递函数的基本概念和定义，传递函数的性质，基本环节及传递函数，控制系统方框图及其绘制，方框图的变换规则，典型系统的方框图与传递函数，方框图的化简，用梅森增益公式化简信号流图。 第三章线性系统的时域分析（14学时） 典型输入信号，一阶系统的瞬态响应，线性定常系统的重要性质，二阶系统的标准型及其特点，二阶系统的单位阶跃响应，二阶系统的性能指标，二阶系统的脉冲响应，二阶系统的单位速度响应，初始条件不为零时二阶系统的过渡过程。 闭环主导极点的概念，高阶系统性能指标的近似计算。稳定的基本概念和定义，线性系统的稳定条件，劳斯稳定判据。控制系统的稳态误差，稳态误差的计算：泰勒级数法和长除法，控制系统的无静差度，用终值定理计算稳态误差，减小稳态误差的方法 第四章根轨迹法（12学时） 控制系统的根轨迹，绘制根轨迹的基本规则，控制系统的根轨迹分析，参数根轨迹，闭环系统的零极点分布域性能指标 第五章线性系统的频域分析（14学时） 频率特性的概念，典型环节频率特性的极坐标图表示，典型环节频率特性的对数坐标图表示，开环系统的对数频率特性，最小相位系统。v=0、1、2时开环系统的极坐标图，Nyquist稳定判据，用开环系统的Bode图判定闭环系统的稳定性，控制系统的相对稳定性。控制系统的性能指标，二阶系统性能指标间的关系，高阶系统性能指标间的关系，开环对数频率特性和性能指标的关系。 第六章控制系统的综合与校正（14学时） 控制系统校正的基本方法，基本控制规律。相位超前校正网络，用频率特法确定相位超前校正参数，按根轨迹法确定相位超前校正参数。相位滞后网络，用频率特性法确定相位滞后校正参数，按根轨迹法确定相位滞后校正参数。相位滞后-超前校正网络，控制系统的期望频率特性，控制系统的固有频率特性，根据期望频率特性确定串联校正参数。
哈工大_控制系统实践_磁悬浮实验报告
研究生自动控制专业实验 地点：A区主楼518房间 姓名：实验日期：年月日斑号：学号：机组编号： 同组人：成绩：教师签字：磁悬浮小球系统 实验报告 主编：钱玉恒，杨亚非 哈工大航天学院控制科学实验室
磁悬浮小球控制系统实验报告 一、实验内容 1、熟悉磁悬浮球控制系统的结构和原理； 2、了解磁悬浮物理模型建模与控制器设计； 3、掌握根轨迹控制实验设计与仿真； 4、掌握频率响应控制实验与仿真； 5、掌握PID控制器设计实验与仿真； 6、实验PID控制器的实物系统调试； 二、实验设备 1、磁悬浮球控制系统一套 磁悬浮球控制系统包括磁悬浮小球控制器、磁悬浮小球实验装置等组成。在控制器的前部设有操作面板，操作面板上有起动/停止开关，控制器的后部有电源开关。 磁悬浮球控制系统计算机部分 磁悬浮球控制系统计算机部分主要有计算机、1711控制卡等； 三、实验步骤 1、系统实验的线路连接 磁悬浮小球控制器与计算机、磁悬浮小球实验装置全部采用标准线连接，电源部分有标准电源线，考虑实验设备的使用便利，在试验前，实验装置的线路已经连接完毕。 2、启动实验装置 通电之前，请详细检察电源等连线是否正确，确认无误后，可接通控制器电源，随后起动计算机和控制器，在编程和仿真情况下，不要启动控制器。 系统实验的参数调试
根据仿真的数据及控制规则进行参数调试（根轨迹、频率、PID 等），直到获得较理想参数为止。 四、实验要求 1、学生上机前要求 学生在实际上机调试之前，必须用自己的计算机，对系统的仿真全部做完，并且经过老师的检查许可后，才能申请上机调试。 学生必须交实验报告后才能上机调试。 2、学生上机要求 上机的同学要按照要求进行实验，不得有违反操作规程的现象，严格遵守实验室的有关规定。 五、系统建模思考题 1、系统模型线性化处理是否合理，写出推理过程？ 合理，推理过程： 由级数理论，将非线性函数展开为泰勒级数。由此证明，在平衡点)x ,(i 00对 系统进行线性化处理是可行的。 对式2x i K x i F )(),(=作泰勒级数展开，省略高阶项可得： )x -)(x x ,(i F )i -)(i x ,(i F )x ,F(i x)F(i,000x 000i 00++= )x -(x K )i -(i K )x ,F(i x)F(i,0x 0i 00++= 平衡点小球电磁力和重力平衡，有 (,)+=F i x mg 0 |,δδ===00 i 00 i i x x F(i,x) F(i ,x )i ；|,δδ===00x 00i i x x F(i,x)F (i ,x )x 对2 i F(i,x )K()x =求偏导数得：
哈尔滨工业大学自动化专业本科生培养方案
自动化专业本科生培养方案 一、培养目标 本专业培养知识、能力、素质，德、智、体、美全面发展，在较宽的科技领域（包括控制理论与工程应用、系统分析设计与仿真、运动控制、过程控制、飞行器导航制导与控制以及系统工程技术、电子工程技术、计算机技术与应用等）掌握坚实的基础理论和系统的专业知识，并具备在高等院校、科研院所及工业企业等部门和行业从事与控制系统相关的分析、设计、开发、集成、管理及维护的高素质、复合类、创新型高级科技人才。 本专业注重宽基础、强适应性，注重基础理论及其与工程实际相结合，面向国家现代化建设，并具有紧密结合航天、宇航与国防工业现代化建设需求的人才培养特色。 二、培养要求 本专业学生主要学习自动化领域的基本理论和基本知识，接受自动化领域的基本方法及其解决实际工程问题等方面的基本训练，具有自动化工程设计与研究方面的基本能力。 （一）毕业生应在思想和情感方面具备以下主要素质： 1.政治品质。热爱祖国，关心国家大事、时事政治，有较强的法制法规观念； 2.思想品质。树立积极向上的人生观、正确的价值观和辩证唯物主义的世界观； 3.道德品质。具备良好的道德修养和文明的行为准则，具有敬业精神和职业道德。 （二）毕业生应获得以下主要方面的知识和技能： 1.掌握数理等基础理论的原理和方法； 2.具备较扎实的外语综合能力，能够顺利地阅读本专业外文文献； 3.掌握计算机、电气等关联学科的相关原理、方法及相应实验仪器的使用技能； 4.身心健康，具有较好的人文社会科学基础以及军事训练方面的基本知识； 5.掌握自动控制原理、控制系统分析和综合（设计）等专业知识和方法，具有较好的工程实践能力； 6.掌握科学计算、系统仿真、软硬件开发等实验方法和技术； 7.具有辩证的、逻辑的、形象的和创造的科学思维方式和对事物进行统计、分析、综合、归纳的技能，并具备基本的发现问题、分析问题和解决问题的能力。 （三）毕业生应在意识和意志方面具备以下主要素质： 1.协作意识。具备与同学同事协同工作、协调配合的能力； 2.创新竞争意识。崇尚科学，求真务实，具有较强的创新意识和竞争意识； 3.坚毅意志。具备勇于面对困难并善于克服困难的心理素质。 三、主干学科 控制科学与工程。 四、专业主干课程 电路I、模拟电子技术基础II、数字电子技术基础II、自动控制原理I、现代控制理论基础、自动控制元件及线路I、计算机控制、控制系统设计、导航原理、飞行器控制与制导、过程控制系统、运动控制系统。
自控课程设计报告概要
成绩 课程设计报告 题目控制系统的设计与校正 课程名称自动控制原理课程设计 院部名称机电工程学院 专业电气工程及其自动化 班级 10电气(1) 学生姓名董天宠 学号 1004103037 课程设计地点 C306 课程设计学时 1周 指导教师陈丽换 金陵科技学院教务处制
目录 一、设计目的 (3) 二、设计任务与要求 (3) 三、设计方案 (4) 四、校正函数的设计 (4) 4.1、校正前系统特性 (4) 4.2、利用MATLAB语言计算出超前校正器的传递函数 (6) 4.3校验系统校正后系统是否满足题目要求 (7) 五、函数特征根的计算 (8) 5.1校正前 (8) 5.2校正后 (9) 六、系统动态性能分析 (10) 6.1 校正前单位阶跃响应 (10) 6.2校正前单位脉冲响应 (11) 6.3校正前单位斜坡信号 (14) 七、校正后动态性能分析 (14) 7.1 校正后单位阶跃响应 (15) 7.2 校正后单位冲击响应 (15) 7.3 校正后单位斜坡响应 (16) 八、系统的根轨迹分析 (17) 8.1、校正前根轨迹分析 (17) 8.2、校正后根轨迹分析 (19) 九、系统的奈奎斯特曲线分析 (21) 9.1校正前奈奎斯特曲线分析 (21) 9.2 校正后奈奎斯特曲线分析 (22) 设计小结 (23) 参考文献 (24)
1.设计目的 1）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。 2）学会使用MATLAB 语言及Simulink 动态仿真工具进行系统仿真与调试。 2.设计任务与要求 已知单位负反馈系统的开环传递函数0 K G(S)S(0.1S 1)(0.001S 1) = ++， 试用频率法设计串联超前校正装置，使系统的相位裕度 045γ≥，静态速度误差系数1v K 1000s -= 1）首先， 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。要求程序执行的结果中有校正装置传递函数和校正后系统开环传递函数，校正装置的参数T ，α等的值。 2)利用MATLAB 函数求出校正前与校正后系统的特征根，并 判断其系统是否稳定，为什么? 3)利用MATLAB 作出系统校正前与校正后的单位脉冲响应曲线，单位阶跃响应曲线，单位斜坡响应曲线，分析这三种曲线的关系？求出系统校正前与校正后的动态性能指标 σ%、tr 、tp 、ts 以及稳态误差的值，并分析其有何变化？
哈工大自动控制原理课程设计
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：控制系统的设计与仿真 院系：航天学院 班级： 设计者： 学号： 指导教师：王松艳、晁涛 设计时间：2016年3月 哈尔滨工业大学
目录 课程设计任务书............................................................................................. 错误！未定义书签。 1、题目要求与分析 (3) 1.1 题目要求 (3) 1.2 题目分析 (3) 2、人工设计 (4) 2.1 局部反馈校正和积分环节的设计及计算 (4) 2.1.1局部反馈校正 (4) 2.1.2积分环节的设计和计算 (5) 2.2 串联超前校正环节的计算 (6) 2.2.1第一次超前校正 (7) 2.2.2第二次超前校正 (8) 2.2.3第三次超前校正 (9) 3、计算机辅助设计 (10) 3.1 被控对象仿真 (10) 3.1.1被控对象开环Simulink模型图 (10) 3.1.2 被控对象开环Bode图 (11) 3.2 校正后的系统仿真 (11) 3.2.1校正后的开环Simulink模型图 (11) 3.2.2校正后的开环Bode图 (12) 3.3 对校正后闭环系统仿真 (12) 3.3.1 校正后的闭环Simulink模型图 (12) 3.3.2 单位阶跃响应仿真曲线 (13) 3.3.3 系统的进一步优化 (13) 4、校正装置电路图 (14) 4.1反馈校正环节实现电路 (14) 4.2积分环节和超前校正环节实现电路 (15) 5、设计总结 (16) 5.1 设计结论 (16) 5.2 设计方法 (17) 6、心得体会 (17)
自动控制原理实验报告 线性系统串联校正
武汉工程大学实验报告 专业自动化班号 组别指导教师陈艳菲姓名同组者
三、实验结果分析 1．开环传递函数为) 1(4 )(+= s s s G 的系统的分析及其串联超前校正： （1）取K=20，绘制原系统的Bode 图： 源程序代码及Bode 图： num0=20; den0=[1,1,0]; w=0.1:1000; [gm1,pm1,wcg1,wcp1]=margin(num0,den0); [mag1,phase1]=bode(num0,den0,w); [gm1,pm1,wcg1,wcp1] margin(num0,den0) grid; 运行结果： ans = Inf 12.7580 Inf 4.4165 分析： 由结果可知，原系统相角裕度r=12.75800，c ω=4.4165rad/s ，不满足指标要求， 系统的Bode 图如上图所示。考虑采用串联超前校正装置，以增加系统的相角裕度。 确定串联装置所需要增加的超前相位角及求得的校正装置参数。 ),5,,45(0000c m c Φ=Φ=+-=Φ令取为原系统的相角裕度εγγεγγ m m ??αsin 1sin 1-+= 将校正装置的最大超前角处的频率 作为校正后系统的剪切频率 。则有： α ωωω1)(0)()(lg 2000=?=c c c c j G j G j G 即原系统幅频特性幅值等于 时的频率，选为c ω。 根据m ω=c ω ，求出校正装置的参数T 。即α ωc T 1 = 。 （2）系统的串联超前校正：
源程序代码及Bode图： num0=20; den0=[1,1,0]; w=0.1:1000; [gm1,pm1,wcg1,wcp1]=margin(num0,den0); [mag1,phase1]=bode(num0,den0,w); [gm1,pm1,wcg1,wcp1] margin(num0,den0) grid; e=5; r=50; r0=pm1; phic=(r-r0+e)*pi/180; alpha=(1+sin(phic))/(1-sin(phic)); [il,ii]=min(abs(mag1-1/sqrt(alpha))); wc=w( ii); T=1/(wc*sqrt(alpha)); numc=[alpha*T,1]; denc=[T,1]; [num,den]=series(num0,den0,numc,denc); [gm,pm,wcg,wcp]=margin(num,den); printsys(numc,denc) disp('校正之后的系统开环传递函数为:'); printsys(num,den) [mag2,phase2]=bode(numc,denc,w); [mag,phase]=bode(num,den,w); subplot(2,1,1);semilogx(w,20*log10(mag),w,20*log10(mag1),'--',w,20*log10(mag2),'-.'); grid; ylabel('幅值(db)'); title('--Go,-Gc,GoGc'); title(['校正前：幅值裕量=',num2str(20*log10(gm1)),'db','相位裕量=',num2str(pm1),'0']); subplot(2,1,2); semilogx(w,phase,w,phase1,'--',w,phase2,'-',w,(w-180-w),':'); grid; ylabel('相位(0)'); xlabel('频率(rad/sec)'); title(['校正后：幅值裕量=',num2str(20*log10(gm)),'db','相位裕量=',num2str(pm),'0']); 运行结果： ans = Inf 12.7580 Inf 4.4165 num/den = 0.31815 s + 1
自动控制原理课程设计报告
自控课程设计 课程设计(论文) 设计（论文）题目 单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称 Z Z Z Z 学院 专业名称 Z Z Z Z Z 学生姓名 Z Z Z 学生学号 Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课教师 Z Z Z Z Z 设计（论文）成绩 单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(00++=s s s K s G （ksm7） 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=10。 （2）相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 （3）系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s
3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc和穿频率Wx。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 6、在SIMULINK中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式的根在s平面上变化的轨迹。 1）、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点，终于开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。故起于0、-1、-2，终于无穷处。 2）、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m和有限极点数n中大者相等，连续并且对称于实轴；本题中分支数为3条。 3）、确定根轨迹渐近线。 渐近线与实轴夹角为，交点为：。且： k=0,1,2······n-m-1; ; 则：、、；。 4）、确定根轨迹在实轴上的分布。 在（-1，0）、（，）区域内，右边开环实数零极点个数之和为奇数，该区域必是根轨迹；在（-2.-1）区域内，右边开环实数零极点个数之和为偶数，该区域不是根轨迹。 5）、确定根轨迹分离点与分离角。 分离点坐标d是以下方程的解：
自动控制原理课程设计报告
成绩： 自动控制原理 课程设计报告 学生姓名：黄国盛 班级：工化144 学号：201421714406 指导老师：刘芹 设计时间：2016.11.28-2016.12.2
目录 1.设计任务与要求 (1) 2.设计方法及步骤 (1) 2.1系统的开环增益 (1) 2.2校正前的系统 (1) 2.2.1校正前系统的Bode图和阶跃响应曲线 (1) 2.2.2MATLAB程序 (2) 3.3校正方案选择和设计 (3) 3.3.1校正方案选择及结构图 (3) 3.3.2校正装置参数计算 (3) 3.3.3MATLAB程序 (4) 3.4校正后的系统 (4) 3.4.1校正后系统的Bode图和阶跃响应曲线 (4) 3.4.2MATLAB程序 (6) 3.5系统模拟电路图 (6) 3.5.1未校正系统模拟电路图 (6) 3.5.2校正后系统模拟电路图 (7) 3.5.3校正前、后系统阶跃响应曲线 (8) 4.课程设计小结和心得 (9) 5.参考文献 (10)
1.设计任务与要求 题目2：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数 ()() 00.51K G s s s =+用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。 任务：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性能 指标： （1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差0.05ss e rad <； （2）系统校正后，相位裕量45γ> 。 （3）截止频率6/c rad s ω>。 2.设计方法及步骤 2.1系统的开环增益 由稳态误差要求得：20≥K ，取20=K ；得s G 1s 5.0201)s(0.5s 20)s (20+=+=2.2校正前的系统 2.2.1校正前系统的Bode 图和阶跃响应曲线 图2.2.1-1校正前系统的Bode 图
自控课设
学号： 课程设计 单级移动倒立摆建模及串联超前题目 校正 学院自动化学院 专业自动化专业 班级自动化0904班 姓名小白牙 指导教师 2012 年 1 月 4 日
课程设计任务书 学生姓名： 小白牙 专业班级： 自动化0904班 指导教师： 工作单位： 武汉理工大学 题 目: 单级移动倒立摆建模及串连超前校正 初始条件： 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、 研究该装置的非线性数学模型，并提出合理的线性 化方法，建立该装置的线性数学模型－传递函数（以u 为输入， θ为输出） ； 2、 要求系统输出动态性能满足,1%,3.4%s t s ≤≤σ试设 计串连超前校正装置。 3、 用Matlab 对校正后的系统进行仿真分析，比较校正装置加在线性化前的模型上和线性化后的模型上的时域相应有何区别，并说明原因。 时间安排： 任务 时间（天） 审题、查阅相关资料 1.5 分析、计算 2.5 编写程序 2.5 撰写报告 1 图示为一个倒立摆装置，该装置包含一个小车和一个安装在小车上的倒立摆杆。由于小车在水平方向可适当移动，因此，控制小车的移动可使摆杆维持直立不倒。 2/10,1,1.0,1s m g m l kg m kg M ====
指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 目录 摘要 (4) 1.单级移动倒立摆系统建模 (5) 1.1非线性化数学模型 (5) 1.2 线性化数学模型 (7) 2.倒立摆系统的串联超前校正 (9) 2.1未校正系统的输出动态性能 (9) 2.2 倒立摆系统的串联超前校正 (10) 2.3校正后系统的输出动态性能 (14) 3 .校正前系统与校正后系统的比较 (15) 3.1 校正前系统的仿真 (15) 3.2 校正后系统的仿真 (17) 3.3 校正前系统与校正后系统的比较 (18) 心得与体会 (20) 参考文献 (21) 本科生课程设计成绩评定表 (22)
自动控制原理课程设计报告
自控课程设计课程设计(论文) 设计（论文）题目单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称Z Z Z Z学院 专业名称Z Z Z Z Z 学生姓名Z Z Z 学生学号Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课教师Z Z Z Z Z 设计（论文）成绩
单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(0 0++= s s s K s G （ksm7） 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=10。 （2）相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 （3）系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc 和穿频率Wx 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 6、在SIMULINK 中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。 1）、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点，终于开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。故起于0、-1、-2，终于无穷处。 2）、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m 和有限极点数n 中大者相等，连续并且对称于实轴；本题中分支数为3条。
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： 02 0.0025 ()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。 10 10 10 10 10 10 10 10 10 固有环节的开环幅频渐进曲线 L (d B ) w (rad/s) 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。
哈工大制造系统自动化大作业-零件检测
设计说明书 一、设计任务 1、零件结构图 图1.零件结构图 2、设计要求 （1）孔是否已加工？ （2）面A和B是否已加工？ （3）孔φ15±0.01精度是否满足要求？ （4）凸台外径φ40±0.012精度是否满足要求？ （5）零件质量20±0.01kg是否满足要求？ （6）产品标签（白色）是否帖正或漏帖？ （7）如果不合格将其剔除到次品箱； （8）对合格产品和不合格产品进行计数。 3、工作量 （1）设计一套检测装置，能完成所有检测内容； （2）说明书一份，说明各个检测内容采用什么传感器，如何实现； （3）自动检测流程图一份。 4、设计内容及说明 要求将检测装置画出，能完成所有检测内容；在完成自动检测功能的基础上，要求费用最少，以提高经济效益；检测装置结构简单可靠、易于加工和实现；自动检测流程图要求详细正确。
二、设计方案 根据设计要求，该自动检测生产线应具备形状识别（检测圆孔和平面是否加工）、孔径检测、凸台外径检测、质量检测、标识检测等功能，故初步设计该生产线应具有5道检测工序。在每个检测工位上都对应有一个废品下料工位，将不合格品剔除到废品传送带上，同时最后还要对合格产品和不合格产品进行计数，故初步预计该生产线共有12个工位（5道检测工位、5道废品下料工位和2道计数工位）。所有这些工位均匀分布于检测线上(以便准确定位)。整个检测线应用机电一体化技术，综合控制各道工序的检测工作，包括零件的搬移、检测设备的动作、数据连接、检测结果处理、不合格工件的下料处理等。检测生产线线基本结构如图2所示： 图2.零件质量检测系统基本结构图 1、判断孔和平面A、B是否加工的方案 由于设计要求中只要求检测孔和平面是否被加工，而无需检测它们的大小和精度，因而可采用价格相对低廉的光电传感器进行检测，其检测方法如图3所示。 图3.光电开关检测原理图4.面A、B未加工时零件的形状
哈工大自动控制原理课程设计
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： 2)系统性能指标要求： （1）超调量； （2）响应时间； （3）稳态误差； （4）最大速度； 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： 得到： 在设计中，为方便计算并留有余量，取，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： 计算得到对系统相角裕度和剪切频率的要求：
根据系统固有传递函数，求出系统的相角裕度和剪切频率： 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： 取相角裕度，根据原有Bode图计算得到，并选取由此确定串联迟后校正环节为： 加入迟后校正后，再绘制Bode图（见附录），得到： 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： 取，根据Bode图得到，，由此确定串联超前校正环节为： 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； 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： 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。 三、计算机辅助设计 控制系统固有部分的Simulink仿真框图如图1 图1
自动化研究生分析汇总
（一） 大家在准备考研时，想没想过:自己对什么感兴趣？自己以后想干什么？毕业后如何打算？如果你认真考虑了这几个问题，相信你的未来研究生生活会是充实的。但大家在本科时也确实很忙，加上了解的也不多，所以对考研的想法就是考上就好。我当时也这么想，我当时对控制的这4个二级学科也不太了解，就报了控制理论与控制工程，想着考上就行。当时真的不了解读自动化研究生具体做什么，心想就是做实验做项目吧。我顺利通过了初试，面试也可以，但选导师是由不得自己的，我联系导师晚了，所以就跟了个搞计算机集成制造（CIMS）的导师，那是我也不知道CIMS具体搞什么。总之，当时的感觉就是:总算考上了，一切OK！ 但是我现在极郁闷。一是这个方向（CIMS，有的学校叫生产过程建模）跟你本科学的自动化知识没任何关系；二是这个方向表面上是搞应用，其实是纯理论，很枯燥；三是这个方向实际中很不实用，导师也没什么具体项目，所以不容易找工作。我自己感兴趣的方向其实是计算机控制与应用，但录取时有的事情是由不得自己的。请各位学弟学妹们注意了，复试中最好别选这个方向（计算机集成制造，复杂系统建模或生产过程建模），否则你会郁闷3年的。当然，如果感兴趣，也就无所谓了。 我推荐的专业是模式识别与智能系统。这个方向实用，也很热，也容易产生兴趣，就业当然OK了。大家抽时间可以想一下自己以后想从事什么样的工作，对什么感兴趣，自己的优势是什么。这样就可以做到在复试中选择导师和方向目标明确，不盲目。选择一个适合自己的研究方向是成功的关键。祝各位学弟学妹考研成功！ （二） 首先，电力电子与电力传动研究的是:变流技术（整流，逆变），变频器，电源技术（UPS,开关电源），谐波抑制与无功功率补偿,先进控制技术在电力电子设备中的应用。该专业所需要的基础是:电路，模电与数电，电机学，电力电子技术，计算机控制技术，信号与系统。你也许没学过其中一些课程，但读硕时可以弥补。还有，该专业动手较多。这个专业是热门专业之一，很有前途，就业时可去西门子，GE，山特等顶尖企业，该专业毕业生很受欢迎。检测技术与自动化的研究内容是:计算机硬件应用，传感器应用，嵌入式等。总之是天天和电路板打交道。该专业容易激发兴趣，当然动手能力要求很高。就业也很容易，很有钱途的。需要的基础是:模电与数电，单片机原理，数字信号处理，计算机控制技术等。就业方向是中兴，华为等IT行业，一般是硬件工程师。 现场总线技术（FCS)属于计算机控制的范畴，通俗的说:就是用网络把各具有智能化功能（通信，计算功能）的仪表连接起来共同执行一个功能，并且便于集中管理。这是个很不错的方向。不过你以后的方向随导师而定，现在不好说。新型电力电子系统与装置方向大概是:现在电力电子器件发展很快，例如用新的元件组成的多电平逆变电路。 系统工程专业是以运筹学为基础的，与计算机硬件的应用没有关系，也很少用到控制理论。 控制科学的4个二级学科中只有检测技术与自动化是完全偏硬件的。模式识别也会用到硬件，如DSP，但不是太多。双控专业是基本不用硬件的，具体随导师而定。系统工程完全与硬件没关系。 （三）