自动控制原理毕业设计

自动控制原理毕业设计

篇一：自动控制原理课程设计报告

自动控制原理课程设计

专业：

设计题目：控制系统的综合设计

班级：自动化0943

学生姓名：XXX

学号：指导教师：

分院院长： XXX

教研室主任： XX

电气工程学院

目录

第一章课程设计内容与要求分析 ................................................ . (1)

1.1设计内容................................................. ...................................................

1

1.2 设计要求 ................................................ (1)

1.3 Matlab软件 ................................................ . (2)

1.3.1基本功能 ................................................ .. (2)

1.3.2应用 ................................................ (3)

第二章控制系统程序设计................................................. .. (4)

2.1 校正装置计算方法................................................. (4)

2.2 课程设计要求计算................................................. (4)

第三章利用Matlab仿真软件进行辅助分析................................................. . (6)

3.1校正系统的传递函数 ................................................ . (6)

3.2用Matlab仿真 ................................................ . (6)

3.3利用Matlab/Simulink求系统单位阶跃响应 (10)

3.2.1原系统单位阶跃响应................................................. (10)

3.2.2校正后系统单位阶跃响应................................................. .. (11)

3.2.3校正前、后系统单位阶跃响应比较 ................................................

12

3.4硬件设计................................................. . (13)

3.4.1在计算机上运行出硬件仿真波形图 ................................................

14

课程设计心得体会 ................................................ . (16)

参考文献 ................................................ ................................................... (18)

第一章课程设计内容与要求分析

1.1设计内容

针对二阶系统

W(s)?K

s(s?1)，

利用有源串联超前校正网络（如图所示）进行系统校正。当开关S接通时为超前校正装置，其传递函数

Wc(s)??Kc?Ts?1Ts?1，

其中

Kc?R2?R3

R1??1?R2R3R4(R2?R3)?1，，T?R4C，

“-”号表示反向输入端。若Kc=1，且开关S断开，该装置相当于一个放大系数为1的放大器（对原系统没有校正作用）。

Rc

1.2 设计要求

1）引入该校正装置后，单位斜坡输入信号作用时稳态误差e(?)?0.1，开环截止频率?c’≥4.4弧度/秒，相位裕量γ’≥45°；

2）根据性能指标要求，确定串联超前校正装置传递函数；

3）利用对数坐标纸手工绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线；

4）设校正装置R1=100K，R2=R3=50K，根据计算结果确定有源超前校正网络元件参数R4、C值；

5）绘制引入校正装置后系统电路图（设给定的电阻和电容：R=100K，C=1?F、10?F若干个）；

6）利用Matlab仿真软件辅助分析，绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线,并验算设计结果；

7）在Matlab-Simulink下建立系统仿真模型，求校正前、后系

统单位阶跃响应特性，并进行系统性能比较；

8）利用自动控制原理实验箱完成硬件设计过程，包括：搭建校正前后系统电路、输入阶跃信号并通过示波器观察校正前后系统输出响应曲线。

1.3 Matlab软件

1.3.1基本功能

MATLAB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。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连 matlab开发工作界面接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB 也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，

篇二：自动控制原理课程设计

课程设计报告

题目

课程名称自动控制原理

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）班

学生姓名管志成

学号 1004103027

课程设计地点

课程设计学时

指导教师陈丽换

金陵科技学院教务处制

目录

绪论 ................................................ ................................................... .. (1)

一、课程设计的目的及题目 ................................................ .. (2)

1.1 课程设计的目

的 ................................................ (2)

1.2 课程设计的题目 ................................................ (2)

二、课程设计的任务及要求 ................................................ .. (3)

2.1 课程设计的任务 ................................................ (3)

2.2 课程设计的要求 ................................................ (3)

三、校正函数的设计 ................................................ .. (4)

3.1 理论知识................................................. (4)

3.2 校正系统设计 ................................................ . (5)

四、传递函数特征根的计算 ................................................ (10)

4.1 校正前系统传递函数的特征根 .................................................

10

4.2 校正后系统传递函数的特征根 .................................................

11

五、系统动态性能的分析 ................................................ . (12)

5.1 校正前系统动态性能分析 ................................................ (12)

5.2 校正后系统动态性能分析 ................................................

(16)

5.3 结果分析................................................. . (19)

六、系统的根轨迹分析 ................................................ .. (21)

6.1 校正前系统的根轨迹分析 ................................................ (21)

6.2 校正后系统根轨迹分析 ................................................ . (23)

七、系统的幅相特性 ................................................ (26)

7.1 校正前系统的幅相特性 ................................................ . (26)

7.2 校正后系统的幅相特

性 ................................................ . (27)

八、系统的对数幅频特性及对数相频特性 (28)

8.1 校正前系统的对数幅频特性及对数相频特性 (28)

8.2 校正后系统的对数幅频特性及对数相频特性 (29)

总结 ................................................ ................................................... (32)

参考文献................................................. ..................................................

32

绪论

在控制工程中用得最广的是电气校正装置，它不但可应用于电的控制系统，

而且通过将非电量信号转换成电量信号，还可应用于非电的控制系统。控制系统的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。校正装置可以补偿系统不可变动部分（由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分）在特性上的缺陷，使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。常用的性能指标形式可以是时间域的指标，如上升时间、超调量、过渡过程时间等（见过渡过程），也可以是频率域的指标，如相角裕量、增益裕量（见相对稳定性）、谐振峰值、带宽（见频率响应）等。

常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。

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。各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示，此外也常采用频率响应的波德图来表示。不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用，以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。在工业控制系统如温度控制系统、流量控制系统中，串联校正装置采用有源网络的形式，并且制成通用性的调节器，称为PID（比例-积分-微分）调节器，它的校正作用与滞后-超前校正装置类同。

1.1 课程设计的目的

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。

1.2 课程设计的题目 G(S)?K0

S(S?10)(S?60)，试用频率法已知单位负反馈系统的开环传递函数

设计串联超前——滞后校正装置，使（1）输入速度为1rads时，稳态误差不大0??30rad于。(2)相位裕度，截止频率为20rads。（3）放大器的增益不

变。

2.1 课程设计的任务

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

（须写清楚校正过程），使其满足工作要求。然后利用MATLAB对未校正系统和校正后系统的性能进行比较分析，针对每一问题分析时应写出程序，输出结果图和结论。最后还

应写出心得体会与参考文献等。

2.2 课程设计的要求

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，?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。

4)绘制系统校正前与校正后的根轨迹图，并求其分离点、汇合点及与虚轴交

??点的坐标和相应点的增益K值，得出系统稳定时增益K的变化范围。绘制系统

校正前与校正后的Nyquist图，判断系统的稳定性，并说明理由。

5)绘制系统校正前与校正后的Bode图，计算系统的幅值裕量，相位裕量，

幅值穿越频率和相位穿越频率。判断系统的稳定性，并说明理由。

篇三：自动控制原理毕业设计论文

毕业设计（论文）

题目：锅炉汽温的非线性控制系统设计院系：专业年级：

学生姓名：学号：

指导教师：

【摘要】

电厂锅炉主汽温具有大延迟、大惯性、非线性等特点，传统的PID控制很难取得满意的控制品质，本文在线性PID 的基础上，引入跟踪微分器及非线性模块，构造出一种新型的非线性PID控制器，进而提出了汽温非线性PID控制方案，对其进行仿真，并进行了抗干扰能力和鲁棒性测试。结果表明相比于线性PID，非线性PID具有更好地控制品质，并且

具有较强的抗干扰能力和鲁棒性。

关键词：非线性PID控制器；电厂锅炉主汽温；使用Matlab仿真

目录

第一章引言................................................. - 1 -

1.1

1.2

1.3 选题的背景及意义 .......................................... - 1 - 国内外发展水平及面临的问题 ................................ - 1 - 课题研究内容 .............................................. - 2 -

第二章非线性PID控制器 ...................................... - 4 -

2.1 非线性理论 ................................................

... - 4 -

2.1.1非线性控制的经典方法及局限性.............................. - 4 -

2.1.2 非线性系统理论的最新发展及问题 ........................... - 5 -

2.2 跟踪微分器（TD） ............................................. - 6 -

2.2.1 跟踪微分器的数学表达式 ................................... - 7 -

2.2.2 跟踪微分器的数学模型的搭建（simulink下的实现）........... - 8 -

2.2.3 跟踪微分器的仿真实现与分析 .............................. - 10 -

2.3非线性组合 ................................................ .. - 13 -

2.3.1 几种典型的非线性组合 .................................... - 13 -

2.3.2非线性组合的数学模型实现................................. - 14 -

2.3.3非线性组合的simulink搭建及仿真实现...................... - 14 -

2.4非线性PID控制器 ............................................ - 15 -

2.5 ?、?对非线性函数FAL的影响及假设 .......................... - 17 -

2.5.1 ?对非线性函数fal的影响 ............................... - 17 -

2.6 ?对跟踪微分器的影响 ........................................ - 20 - 第三章电厂主汽温控制系统方案 ................................ - 22 -

3.1火电厂主汽温常规控制方案 .................................... - 22 -

3.1.1 串级调节系统 ............................................ - 22

-

3.1.2 仿真实例 ................................................ - 23 -

3.2 火电厂主汽温非线性PID控制方案 .............................. - 24 -

第四章主汽温非线性控制的仿真研究 ............................. - 26 -

4.1 线性比例与非线性比例作用的比较与分析 ........................ - 26 -

4.1.1参数设置................................................. - 26 -

4.1.2 仿真实现与结果分析 ...................................... - 26 -

4.2 线性积分与非线性积分作用的比较与分析 ........................ - 27 -

4.2.1 参数设置 ................................................