自控原理课程设计(通过版)!

自动控制原理课程设计

题目：连续定常系统的频率法迟后校正班级：自动化091

姓名：程维洲

学号：200908409

指导教师：杨剑锋

设计时间：2012.1.2—2012.1.6

评语：

成绩

1.目的

（1）掌握用频率特性法分析自动控制系统动态特性的方法；（2）研究串联迟后校正装置对系统的校正作用；

（3）设计给定系统的迟后校正环节，并用仿真验证校正环节的正确性。（4）设计给定系统的迟后校正环节，并实验验证校正环节的正确性。 2．内容

已知单位反馈控制系统的开环传递函数为：

()()

100

()0.110.011o G s s s s =

设计迟后校正装置，使校正后系统满足： 11100,5,%40%v c K s s ωσ--=≥≤ 3．基于频率法的迟后校正器理论设计用频率法对系统进行迟后校正的步骤为： 1.由该系统的开环传递函数可知其为I 型系统，则

K=1100v K s -=；

因L （10）=100

20lg

102

=16.95dB ，

()

1040lg lg10L ω?=- 得ω?=26.52rad/s 又因%40%σ≤，故由公式1

0.160.4(

1)40sin σγ

???

?=+-=，

可得

γ ≥38.68?

未较正系统的伯德图如图（1

）所示：

未较正系统的伯德图(1)

3.由于'90arctan 0.1arctan tan 0.0119.14c c γωω=?--=

?不满足相位裕量的要求

则在对数相频特性曲线上找这样一个频率点，要求在该频率处的开环频率特性的相角为

180=-180+38.68+15

126.32

φγε=-++???=-? 此时对应的=90arctan0.1arctan0.01126.32m m m ?ωωω-?--=-?（）则

0.110.73510.0001

m ωω=- 得m ω=6.12rad/s 由于m ω=7.47rad/s ﹥5rad/s ,满足题目要求，因此这一频率作为校正后

系统的剪切频率c ω，即c ω=m ω=7.47rad/s

4.未校正系统在c ω处的幅值等于()100

13.946.12

c L ω=

=, 所以20lg 13.94β=，则 4.98β=

5.选择迟后校正网络的转折频率211 1.225

c T

ωω===，则另一个转折频率为

0.24T ωβ=

=，则迟后校正网络的传递函数10.82()1 4.17

c Ts s G s Ts s β++==++

6.校正后系统的伯德图见图（2），

-200-100

100

200

M a g n i t u d e (d B )10

-3

-2

-1

-270

-225-180-135-90P h a s e (d e g )

Bode Diagram

Gm = 22.5 dB (at 29.8 rad/sec) , P m = 45.1 deg (at 6.26 rad/sec)

Frequency (rad/sec)

校正后系统的伯德图见图（2）

此时校正后系统的开环传递函数为： 1000.82

()( 4.17)(0.11)(0.011)

s G s s s s s +=

+++（）

校正后系统的相位欲度为：

=90+arctan0.82arctan0.01arctan0.1arctan 4.17c c c c γωωωω?---

=46γ?﹥38.68?，满足相位欲度的要求。

4．电路模拟实现原理

利用自动化系的控制理论实验箱搭建校正前后的系统模拟电路，以进行实验验证。

迟后校正前系统的模拟原理图：

100k

0.1uF

1uF

100k

0.1uF

迟后校正前系统的模拟原理图（3）

图（4）迟后校正后系统的模拟原理图：

100k 100k

100k 0.1uF

100k

1uF

0.1uF

1M -+

100k

-200k

200k

2uF 200k

20k 100k

迟后校正后系统的模拟原理图(4)

3、软件仿真实验

为了进行软件仿真，编辑M文件如下所示。

%----------------- 校正前------------------%

K=100; a=[1 0];b=[0.1 1];c=[0.01 1];

num=[K];den= conv(a,conv(b,c));

G0=tf(num,den)

figure(1)

hold on

margin(G0);

[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G0)

%----------- 求取校正传递函数---------% gama1=1.58;Wc1=30.1;

chaotiao=0.2;

gama=180*asin(0.4/(chaotiao+0.24)) /pi

yifusilou=10;

phi=gama-gama1+yifusilou

phim=phi*pi/180

a1=(1-sin(phim))/(1+sin(phim))

LWm=10*log10(1/a1)

Wm=74.8;

W1=Wm*sqrt(a1)

W2=Wm/sqrt(a1)

numc=[1/W1 1]

denc=[1/W2 1]

Gc=tf(numc,denc)

figure(2)

hold on

margin(Gc)

%---------------- 校正后-------------------%

G=Gc*G0

figure(3)

hold on

margin(G)

[Gm1,Pm1,Wcg1,Wcp1]=margin(G)

figure(4)

hold on

margin(G0)

hold on

margin(G)

bode(G ,'g',G0,'b'); hold on

legend('green-G','blue-G0'); gtext('校正前') gtext('校正后') gtext('校正前') gtext('校正后')

figure(5) hold on

sys0=feedback(G0,1); sys1=feedback(G , 1); step(sys0,sys1);grid;

legend('blue-sys0','green-sys1')

gtext('\leftarrow 校正前') gtext('校正后\rightarrow ')

（1）校正前后的伯德图如图5所示。

-200-150-100

-50050

100校正前

校正后

System: G

Frequency (rad/sec): 74.5Magnitude (dB): 0.0441

System: G0

Frequency (rad/sec): 30.3Magnitude (dB): 0.0152

M a g n i t u d e (d B )

-1

-270-225

-180

-135

-90

校正前

校正后

System: G

Frequency (rad/sec): 74.5P hase (deg): -135

System: G0

Frequency (rad/sec): 30.3P hase (deg): -178

P h a s e (d e g )

Bode Diagram

Gm = 16.4 dB (at 228 rad/sec) , P m = 44.7 deg (at 74.6 rad/sec)

Frequency (rad/sec)

green-G blue-G0

图5 校正前后系统的伯德图

校正前后系统的相角裕量和幅值裕量的记录如表1所示。

表1 数据记录

校正前

校正后

相角裕量(°) 幅值裕量(dB) 相角裕量

(°) 幅值裕量(dB) 1.58

0.828

44.7

16.4

由表1可知，校正前相角裕量为1.58°，校正后相角裕量为44.7°，增大了约43°；校正前幅值裕量为0.828dB,校正后幅值裕量为16.4dB ，增大了约15.5dB 。根据自控原理理论可知，频率指标中的相位裕量增加，则超调量下降，系统动态过程的平稳性变好；幅值裕量的增大，可以预防系统中元件性能变化可能带来的不利影响。

（2）校正前后系统的单位阶跃响应如图6所示。

246

8101214

00.20.40.60.811.21.4

1.61.82←校正前

校正后→

System: blue-sys0

Time (sec): 0.116Amplitude: 1.92

System: green-sys1Time (sec): 0.0388Amplitude: 1.24

Step Response

Time (sec)

A m p l i t u d e

blue-sys0

green-sys1

图6 校正前后系统的单位阶跃响应

校正前后系统的超调量和剪切频率的记录如表2所示。由表2可知，系统校

正后超调量%24%s =、剪切频率1

74.6c s w -=，满足了超调量%30%s ￡、剪切

频率1

50c s w -3的要求，增加了系统稳定性，达到了较为满意的效果。

表2 数据记录

校正前

校正后

超调量剪切频率超调量剪切频率 92% 30.1

24%

74.6

6．思考

答：（1）当控制系统具有好的动态性能，而稳态误差较大时，通过对系统进行滞后校正，使系统既能保持原有的动态性能，又使系统的开环增益有较大幅度的增加，以满足稳态精度的要求。（2）当需要提高系统的动性能时，可采用串联超前校正，但是当未校正系统的相频特性曲线在剪切频率附近极剧下降,即使超前网络的a 值取得很小，系统的相角裕量仍不能达到要求，而且校正后系统的剪切频率比未校正的剪切频率高且可能超出指标的要求，致使超前校正无法满足要求，此时可以采用串联滞后校正，得到满意的性能指标。

（2）、有否其他形式的校正方案？

答：还有超前校正，滞后—超前校正，反馈校正和复合校正等几种校正方案。

（3）、分析校正前后系统的阶跃响应曲线和Bode 图，说明校正装置对改善系统性能的作用。

答：校正前系统阶跃响应的超调很大，相角裕量很小；校正后系统阶跃响应的超调大大减小，响应速度加快，相角裕量增大。

（4）、滞后校正的原理是什么？

答：用频率响应法的滞后校正能提高系统开环放大系数，而校正后的相角裕度和剪切频率基本相同，这样在保持其动态性能基本不变的同时来提高其稳态精度。

6.心得体会

通过这次课程设计，使我更具体的了解到串联超前校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。同时，逐步掌握了用频率特性法分析自动控制系统动态特性的方法以及串联超前校正装置的设计方法和参数调试技术。在进行完理论设计之后，又进一步通过搭建硬件电路和MATLAB仿真技术验证了校正环节理论设计的正确性。在此期间使我接触到了EWB电路仿真软件并且更加熟悉了MATLAB 下SIMULINK仿真电路的搭建过程。通过将这两种方式进行相应的对比，使我对串联超前校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响有了更加直观的认识。

参考文献

[1] 滕青芳，范多旺，董海鹰，路小娟.自动控制原理[M].北京：人民邮电出版社.2008.

[2] 胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社.2001．

[3] 刘明俊.自动控制原理[M].长沙：国防科技大学出版社.2000．

自动控制原理实验报告

《自动控制原理》实验报告姓名：学号：专业：班级：时段：成绩：工学院自动化系

实验一典型环节的MATLAB 仿真一、实验目的 1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。 2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。 3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。二、实验原理 1．比例环节的传递函数为 K R K R R R Z Z s G 200,1002)(211 212==-=-=- = 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。三、实验内容按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK 仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。 ① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ； ② 惯性环节11)(1+= s s G 和1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节s s G =)(1 ⑤ 比例+微分环节（PD ）2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G ⑥ 比例+积分环节（PI ）s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+= 四、实验结果及分析图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形

① 仿真模型及波形图1)(1=s G 和2)(1=s G ② 仿真模型及波形图11)(1+= s s G 和1 5.01)(2+=s s G 11)(1+= s s G 1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节

课程设计说明书写作规范

课程设计说明书写作规范（参考）一、编写要求课程设计说明书必须用A4（210mm*297mm）白纸打印。打印时，要求纸的四周留足空白边缘，以便装订、复印。每一页上方留25mm，左侧留25mm，下方和右侧分别留20mm。课程设计说明书一律左侧装订。二、课程设计说明书的内容构成：封面课程设计任务书前置部分摘要关键词目次页插图和附表清单（必要时）引言 1章 2章 2.1(条) 2.1.1(款) 2.1.1.1(项) 2.1.2 正文 2.2 主体部分 2.2.1 2.3 2.3.1 2.3.2 3章 3.1 结论致谢参考文献附录A 附录部分附录B 附录C （一）前置部分 1.封面：封面包括设计题目、学院名称、专业班级、姓名学号、指导教师姓名等几项内容。 2.目录: 目录是课程设计的篇章名目，要按顺序写清楚设计构成部分和章、节的名称。要求列至二级目录。 3.摘要：摘要是说明书的内容不加注释和评论的简短陈述。摘要应具有独立性和自含

性，即不阅读论文的全文，就能获得必要的信息。摘要中有数据、有结论，是一篇完整的短文，可以独立使用。摘要应说明研究工作目的、实验方法、结果和最终结论等，重点是结果和结论。中文摘要一般不少于300字；外文摘要不少于200个实词。如遇特殊需要，字数可略多。摘要中一般不用图、表、化学结构式，非公知公用的符号和术语。 4.关键词：关键词是为了文献标引工作从论文中选取出来的以表示全文主题内容信息款目的单词或术语。每篇论文选取3-8个词作为关键词，以显著的字符另起一行，排在摘要的左下方。尽量用《汉语主题词表》等词表提供的规范词。关键词之间空二格。（二）主体部分 1．引言：简要说明研究工作的目的、范围、相关领域的前人工作和知识空白、理论基础和分析、研究设想、研究方法和实验设计、预期结果和意义等。 2．正文：正文是作者对研究工作的详细表述。其内容包括：问题的提出，基本观点，解决问题的基本方法，必要的数据和图表，以及通过研究得出的结果与对结果的讨论等。（1）文中所用的符号、缩略词、制图规范和计量单位，必须遵照国家规定的标准或本学科通用标准。作者自己拟订的符号、记号缩略词，均应在第一次出现时加以说明。（2）图：课程设计中的图包括曲线图、构造图、示意图、图解、框图、流程图、记录图、布置图、地图、照片、图版等。所有的图应编排序号，序号一律用阿拉伯数字分别依序连续编排。如图1、图2……,每一图应有简短确切的题名，连同图号置于图下。（3）表：所有的表应编排序号，序号一律用阿拉伯数字分别依序连续编排。如表1、表2……。每一表应有简短确切的题名，连同表号置于表上。必要时，应将表中的符号、标记、代码以及需要说明事项，以最简练的文字，横排于表题下，作为表注，也可以附注于表下。表内同一栏的数字必须上下对齐。表内不能用“同上”、“同左”“；”和类似词，一律填入具体的数字或文字。（4）数学、物理和化学式课程设计说明书中的公式、算式或方程式等一律用阿拉伯数字分别依序连续编排，序号标注于该式所在行（当有续行时，应标注于最后一行）的最右边。（5）计量单位：课程设计说明书中的量和单位以国际单位制（SI）为基础，必须符合中华人民共和国的国家标准GB3100～GB3102-93。非物理量的单位，如件、台、人、元等，可用汉字与符

《自动控制原理》实验指导书

自动控制原理实验指导书池州学院机械与电子工程系

目录实验一、典型线性环节的模拟 (1) 实验二、二阶系统的阶跃响应 (5) 实验三、根轨迹实验 (7) 实验四、频率特性实验 (10) 实验五、控制系统设计与校正实验 ......................................... 错误！未定义书签。实验六、控制系统设计与校正计算机仿真实验...................... 错误！未定义书签。实验七、采样控制系统实验 ..................................................... 错误！未定义书签。实验八、典型非线性环节模拟 ................................................. 错误！未定义书签。实验九、非线性控制系统分析 ................................................. 错误！未定义书签。实验十、非线性系统的相平面法 ............................................. 错误！未定义书签。

实验一、典型线性环节的模拟一、实验目的： 1、学习典型线性环节的模拟方法。 2、研究电阻、电容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。二、实验设备： 1、XMN-2型实验箱； 2、LZ2系列函数记录仪； 3、万用表。三、实验内容： 1、比例环节： r(t) 方块图模拟电路图中： i f P R R K= 分别求取R i=1M，R f=510K，（K P=0.5）； R i=1M，R f=1M，（K P=1）； R i=510K，R f=1M，（K P=2）；时的阶跃响应曲线。 2、积分环节： r(t) 方块图模拟电路图中：T i=R i C f 分别求取R i=1M，C f=1μ，（T i=1s）； R i=1M，C f=4.7μ，（T i=4.7s）；）；

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？

课程设计说明书

目录摘要 (1) 1前言 (2) 2塑件的工艺分析 (3) 2.1塑件原材料分析 (3) 2.2塑件结构、尺寸精度及表面质量分析 (4) 2.3塑件的体积与重量 (5) 2.4塑件注塑工艺参数的确定 (4) 3拟定成型方案 (6) 3.1分型面的选择 (6) 3.2确定型腔布置 (7) 3.3浇注系统的设计 (8) 3.3.1主流道的设计 (8) 3.3.2浇口设计 (8) 4.模具成型零件的设计与计算 (9) 4.1凸模、凹模、型芯设计与计算 (9) 4.2型腔侧壁厚度和底板的计算 (10) 5.脱模机构的设计与计算 (12) 5.1脱模机构的设计原则 (12) 5.2脱模力的计算 (12) 6.合模导向机构设计 (13) 7.注塑机的选定与相关参数的校核 (14) 7.1注塑机初步的选定 (14) 7.2注塑机相关参数的校核 (14) 8.设计小结 (15) 参考文献 (15)

塑料饭盒注塑模设计学生：指导老师：摘要：本课题主要是针对塑料饭盒的注塑模具设计,该塑料饭盒材料为无毒PP材料，是日常生活中常见的一种塑件产品。通过对塑件进行工艺的分析和比较,最终设计出一副注塑模。该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核、都有详细的设计，同时并简单的编制了模具的加工工艺。通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。根据题目设计的主要任务是饭盒注塑模具的设计，也就是设计一副注塑模具来生产塑件产品，以实现自动化提高产量。针对塑件的具体结构，该模具是点浇口的双分型面注射模具。关键词:注塑模，塑料饭盒 Potted molded plastic lunch box's mold design Student: Tutor: Abstract: This topic mainly aims at potted molded plastic lunch box's mold design, this plastic lunch box material for the non-toxic PP material, is in the daily life the common one kind models a product. Through to models to carry on the craft the analysis and the comparison, designs a note mold finally. This topic from the product mix technology capability, the concrete mold structure embarks, to mold's gating system, the mold formation part's structure, goes against the system, the cooling system, injection molding machine's choice and the related parameter examination, has the detailed design, simultaneously and simple establishment mold's processing craft. Through the entire design process indicated that this mold can achieve this to model the processing craft which an institute requests. According to the topic design's primary mission is the lunch box injection mold's design, is also designs an injection mold to produce models a product, realizes the automation to raise the output. In view of models a concrete structure, this mold is the runner duplex profile injection mold.. Key word: note mold , plastic lunch box

《车站信号自动控制》实验指导书

前言计算机联锁系统采用了最新计算机技术、总线技术、网络技术，实现了一套性能可靠、具有故障安全性、功能完善、操作简单、维护方便的车站联锁系统。本课程的目的是通过本课程的教学使学生计算机联锁的基本知识、基本原理和基本技能，熟悉计算机联锁的使用和维护，使计算机联锁更加安全可靠地运行，充分发挥其效能。目录前言实验一（联锁设计实验1）进路选择实验.......................................... 4 实验二（联锁设计实验1）进路解锁实验.......................................... 7 实验三（系统认识实验）进路模拟行车实验 (9) 实验四（接口电路实验）进路故障模拟及处理实验.............................. 11 实验五车站联锁维修实验............................................................... 13 参考文献 (15)

前言车站信号自动控制（联锁）系统是保证行车安全的信号基础设备，必须保证工作可靠，并符合“故障-安全”原则。实现车站联锁的基本功能，完成列车进路建立、锁闭、解锁、道岔控制、信号机控制，完成轨道电路和信号设备状态的监督。通过车站联锁实验的教学使学生掌握联锁系统的基本知识、基本原理和基本技能，熟悉车站联锁系统的使用和维修，使联锁系统更加安全可靠地运行，充分发挥其效能。

实验1 进路选择实验一、实验目的 1.了解车站联锁车务仿真培训系统，熟悉系统的操作。 2.通过办理进路过程过程，验证各种进路的选路处理过程。二、实验设备及工作原理 1.实验设备： ⑴PC机E8000 1台 ⑵瘦客户机T5740W 20台 ⑶服务器E8100 2台 ⑷交换机ProCurve 1台 ⑸集群软件Pink E8000 1套 ⑹车站联锁车务仿真培训系统1套 2. 车站联锁车务仿真培训系统的体系结构，如下图1-1所示。教师机调度集中机学员机1 学员机2 学员机m 学员机n ··········· 扩展功能以太网图1-1 车站联锁车务仿真培训系统体系结构图三、工作原理本系统把联锁上位机操作平台，底层联锁逻辑和模拟现场设备的状态及变化过程集合到一台计算机上构成学员机，在一台计算机上实现了联锁系统的所有功能。同时结合教学及培训的特点，设置了一台教师机来完成学员操作过程的记录、回放并设置设备故障及行车命令以供考核学员的处理作业的能力。四、车站站场图实验用车站站场图，如下图所示。

武汉科技大学自动控制原理课程设计

二○一四～二○一五学年第一学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称：自动控制原理课程设计学时学分：1周1学分班级：自动化12级01班学号：姓名：指导教师：柴利 2014年12月

一．课程设计目的：综合运用本课程的理论知识进行控制系统分析及设计，利用MATLAB 作为编程工具进行计算机实现，复习与巩固课堂所学的理论知识，提高了对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步了解控制系统的分析设计理论与过程。二．设计任务与要求： 1设计题目：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数 )11.0()(+=s s K s G k 用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。任务一：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使闭环系统同时满足如下动态及静态性能指标：（1）在单位斜坡信号t t r =)(作用下，系统的稳态误差005.0≤ss e ；

（2）系统校正后，相位裕量0''45)(>c ωγ。（3）系统校正后，幅值穿越频率50'>c ω。任务二：若采用数字控制器来实现任务一设计的控制器，给出数字控制器的差分方程表示或离线传递函数（Z 变换）表示。仿真验证采用数字控制器后闭环系统的性能，试通过仿真确定满足任务一指标的最大的采样周期T. （注：T 结果不唯一）。 2设计要求： 1) 分析设计要求，说明串联校正的设计思路（滞后校正，超前校正或滞后-超前校正）； 2) 详细设计（包括的图形有：串联校正结构图，校正前系统的Bode 图，校正装置的Bode 图，校正后系统的Bode 图）； 3) M ATLAB 编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）； 4) 校正实现的电路图及实验结果（校正前后系统的阶跃响应图－MATLAB 或SIMULINK 辅助设计）； 5) 校正前后的系统性能指标的计算。三．串联校正设计方法：

自动控制原理实验报告

实验报告课程名称：自动控制原理实验项目：典型环节的时域相应实验地点：自动控制实验室实验日期：2017 年 3 月22 日指导教师：乔学工实验一典型环节的时域特性一、实验目的 1.熟悉并掌握TDN-ACC+设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。

2.熟悉各种典型环节的理想阶跃相应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异，分析原因。 3.了解参数变化对典型环节动态特性的影响。二、实验设备 PC 机一台，TD-ACC+(或TD-ACS)实验系统一套。三、实验原理及内容下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。 1．比例环节 (P) (1)方框图 (2)传递函数： K S Ui S Uo =) () ( (3)阶跃响应：) 0()(≥=t K t U O 其中 01/R R K = (4)模拟电路图： (5) 理想与实际阶跃响应对照曲线： ① 取R0 = 200K ；R1 = 100K 。 ② 取R0 = 200K ；R1 = 200K 。

2．积分环节 (I) (1)方框图 (2)传递函数： TS S Ui S Uo 1 )()(= (3)阶跃响应： ) 0(1)(≥= t t T t Uo 其中 C R T 0= (4)模拟电路图 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取R0 = 200K ；C = 1uF 。 ② 取R0 = 200K ；C = 2uF 。

1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 理想阶跃响应曲线 0.4s 1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 实测阶跃响应曲线 0.4s 10V 无穷 3．比例积分环节 (PI) (1)方框图： (2)传递函数： (3)阶跃响应： (4)模拟电路图： (5)理想与实际阶跃响应曲线对照： ①取 R0 = R1 = 200K；C = 1uF。理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线 ②取 R0=R1=200K；C=2uF。 K 1 + U i(S)+ U o(S) + Uo 10V U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t Uo 无穷 U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t

自动控制原理课程设计

审定成绩：自动控制原理课程设计报告题目：单位负反馈系统设计校正学生姓名姚海军班级0902 院别物理与电子学院专业电子科学与技术学号14092500070 指导老师杜健嵘设计时间2011-12-10

目录一设计任务二设计要求三设计原理四设计方法步骤及设计校正构图五课程设计总结六参考文献

一、设计任务设单位负反馈系统的开环传递函数为 ) 12.0)(11.0()(0 ++= s s s K s G 用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计，使系统满足如下动态和静态性能： (1) 相角裕度0 45 ≥γ ； (2) 在单位斜坡输入下的稳态误差05.0＜ss e ； (3) 系统的剪切频率s /rad 3＜c ω。二、设计要求（1）分析设计要求，说明校正的设计思路（超前校正，滞后校正或滞后－超前校正）；（2）详细设计（包括的图形有：校正结构图，校正前系统的Bode 图，校正装置的Bode 图，校正后系统的Bode 图）；（3）用MATLAB 编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）；（4）校正前后系统的单位阶跃响应图。三、设计原理校正方式的选择。按照校正装置在系统中的链接方式，控制系统校正方式分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正4种。串联校正是最常用的一种校正方式，这种方式经济，且设计简单，易于实现，在实际应用中多采用这种校正方式。串联校正方式是校正器与受控对象进行串联连接的。本设计按照要求将采用串联校正方式进行校。校正方法的选择。根据控制系统的性能指标表达方式可以进行校正方法的确定。本设计要求以频域指标的形式给出，因此采用基于Bode 图的频域法进行校正。几种串联校正简述。串联校正可分为串联超前校正、串联滞后校正和滞后-超前校正等。超前校正的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性。一般使校正环节的最大相位超前角出现在系统新的穿越频率点。

自动控制原理MATLAB仿真实验报告

实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析）一、实验目的学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性；二、预习要点 1、系统的典型响应有哪些？ 2、如何判断系统稳定性？ 3、系统的动态性能指标有哪些？三、实验方法（一）四种典型响应 1、阶跃响应：阶跃响应常用格式： 1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、脉冲响应：脉冲函数在数学上的精确定义：0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为：) ()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ② ); ,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = （二）分析系统稳定性有以下三种方法： 1、利用pzmap 绘制连续系统的零极点图； 2、利用tf2zp 求出系统零极点； 3、利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点（三）系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.

自动控制原理实验指导书(2017-2018-1)

自动控制原理实验指导书王娜编写电气工程与自动化学院自动化系 2017年11月实验一控制系统的时域分析

[实验目的] 1、熟悉并掌握Matlab 操作环境和基本方法，如数据表示、绘图等命令； 2、掌握控制信号的拉氏变换与反变换laplace 和ilaplace ，控制系统生成模型的常用函数命令sys=tf(num,den)，会绘制单位阶跃、脉冲响应曲线； 3、会构造控制系统的传递函数、会利用matlab 函数求取系统闭环特征根； 4、会分析控制系统中n ζω，对系统阶跃、脉冲响应的影响。 [实验内容及步骤] 1、矩阵运算 a) 构建矩阵：A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8]; 解： >> A=[1 2;3 4] A = 1 2 3 4 >>B=[5 5;7 8] B = 5 5 7 8 b) 已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ，求矩阵A 的特征值、特征多项式和特征向量. 解：>> A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4]; >> [V ,D]=eig(A) V = 0.4181 -0.4579 - 0.3096i -0.4579 + 0.3096i -0.6044 0.6211 -0.1757 + 0.2740i -0.1757 - 0.2740i 0.0504 0.5524 0.7474 0.7474 -0.2826 0.3665 -0.1592 - 0.0675i -0.1592 + 0.0675i 0.7432 D = 13.0527 0 0 0 0 -4.1671 + 1.9663i 0 0 0 0 -4.1671 - 1.9663i 0 0 0 0 2.1815 >> p=poly(A) p = -6.9000 -77.2600 -86.1300 604.5500 2. 基本绘图命令 a) 绘制余弦曲线y=cos(x)，x ∈[0，2π] 解：>> x=linspace(0,2*pi); >> y=cos(x); >> plot(x,y)

一阶二阶自控原理实验报告

成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院自动化科学与电气工程学院专业方向电气工程及其自动化班级120311 学号12031019 学生姓名毕森森指导教师自动控制与测试教学实验中心

实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验时间2014.10.28 实验编号29 同组同学无一、实验目的 1. 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2. 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3. 学习阶跃响应的测试方法。二、实验内容 1. 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。 2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。三、实验原理 1．一阶系统：系统传递函数为：模拟运算电路如图1- 1所示：图 1- 1 由图 1-1得在实验当中始终取R 2= R 1 ，则K=1，T= R 2 C，取时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1。 2．二阶系统: 其传递函数为：令=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示：图1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：

图1-3 取R 2C 1=1 ，R 3C 2 =1，则及ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1 四、实验设备 HHMN-1电子模拟机一台、PC 机一台、数字式万用表一块五、实验步骤 1. 确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路； 2. 将系统输入端与D/A1相连，将系统输出端与A/D1相； 3. 检查线路正确后，模拟机可通电； 4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。 5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。 6. 单击“确定”，进行实验。完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。六、实验结果 1、一阶系统。

课程设计说明书

前言一、课程设计目的课程设计是机械设计基础课程重要的实践性教学环节。课程设计的基本目的是： 1：综合运用机械设计基础和其他选修课程的知识。分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和扩展所学的知识。 2：通过设计实践，逐步树立真确的设计思想，增强创新意识和竞争意见，熟悉掌握机械设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力。 3：通过设计计算、绘图以及运用技术标准、范围、设计手册等有关设计资料，进行全面的机械设计基础技能的训练。二、课程设计内容课程设计的内容主要包括：分析传动装置的总体方案；选择电动机；传动系统计算；传动零件、轴、轴承、联轴器等的设计计算和选择；装配图和零件图设计；编写设计计算说明书。课程设计中要求完成以下工作： 1.减速器装配图1张（A1图纸）； 2.减速器零件图2张（A3图纸）； 3.设计计算说明书1份。三、设计题目：带式运输机传动装置四、传动方案：

五、设置参数：原始数据 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 运输带拉力F （N）250 230 220 210 210 200 220 260 245 240 运输带速度V （m/s） 1.8 2.2 2.4 2.5 2.6 2.7 2.5 2.1 2.3 2.4 滚筒直径D （mm） 300 330 340 350 360 380 380 300 360 320 六、设计者具体计算条件

1、运输带拉力2200N。 2、运输带速度2.4m/s。 3、滚筒直径340mm。 4、滚筒效率0.96。 5、工作情况：两班制（8 小时/班），连续单向运行，载荷较平稳； 6. 使用期限：10 年，每年按300 天计算； 7. 工作环境：室内，最高温度35℃，灰尘较大； 8. 电力来源：三相交流，电压380/220V； 9. 维修间隔期：四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修； 10. 制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。七、课程设计工作量 1. 减速器装配图1 张（A0 或A1）； 2. 零件图2 张（高速级小齿轮，低速级（齿轮）轴）； 3. 设计计算说明书1 份（约5000~7000 字）。设计时间：2011年5月25 设计过程一、电动机的选择计算说明和计算过程计算结果

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。

北航自动控制原理实验报告(完整版)

自动控制原理实验报告一、实验名称：一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试二、实验目的 1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系 2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法 3、学习阶跃响应的测试方法三、实验内容 1、建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T时的响应曲线，测定过渡过程时间T s 2、建立二阶系统电子模型，观测并记录不同阻尼比的响应曲线，并测定超调量及过渡过程时间T s 四、实验原理及实验数据一阶系统系统传递函数：由电路图可得，取则K=1，T分别取：0.25, 0.5, 1 T 0.25 0.50 1.00 R2 0.25MΩ0.5M Ω1MΩ C 1μ1μ1μ T S 实测0.7930 1.5160 3.1050 T S 理论0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1 图1.2 图1.3 误差计算与分析（1）当T=0.25时，误差==6.12%；（2）当T=0.5时，误差==1.32%；（3）当T=1时，误差==3.58% 误差分析：由于T决定响应参数，而,在实验中R、C的取值上可能存在一定误差，另外，导线的连接上也存在一些误差以及干扰，使实验结果与理论值之间存在一定误差。但是本实验误差在较小范围内，响应曲线也反映了预期要求，所以本实验基本得到了预期结果。实验结果说明由本实验结果可看出，一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线，特征有T确定，T越小，过度过程进行得越快，系统的快速性越好。二阶系统图1.1 图1.2 图1.3

系统传递函数：令二阶系统模拟线路 0.25 0.50 1.00 R4 210.5 C2 111 实测45.8% 16.9% 0.6% 理论44.5% 16.3% 0% T S实测13.9860 5.4895 4.8480 T S理论14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1 图2.2 图2.3 注：T s理论根据matlab命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出，否则误差较大。误差计算及分析 1）当ξ=0.25时，超调量的相对误差= 调节时间的相对误差= 2）当ξ=0.5时，超调量的相对误差==3.7% 调节时间的相对误差==3.4% 4）当ξ=1时，超调量的绝对误差= 调节时间的相对误差==3.46% 误差分析：由于本试验中，用的参量比较多，有R1,R2,R3,R4;C1,C2;在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差，误差再累加，导致最终结果出现了比较大的误差，另外，此实验用的导线要多一点，干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。但是在观察响应曲线方面，这些误差并不影响，这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点，通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系，不影响预期的效果。实验结果说明由本实验可以看出，当ωn一定时，超调量随着ξ的增加而减小，直到ξ达到某个值时没有了超调；而调节时间随ξ的增大，先减小，直到ξ达到某个值后又增大了。经理论计算可知，当ξ=0.707时，调节时间最短，而此时的超调量也小于5%，此时的ξ为最佳阻尼比。此实验的ξ分布在0.707两侧，体现了超调量和调节时间随ξ的变化而变化的过程，达到了预期的效果。图2.2 图2.1 图2.3

课程设计说明书模板

机械制造学课程设计说明书题目名称专业班级学生姓名学号指导教师

目录一、任务书--------------- -------3 二、指导教师评阅表----------------------4 三、序言--------------------------------------------------------------------3 四、零件的分析---------------------------------------------------------3 五、工艺规程的设计--------------------------------------------------- （1）. 确定毛坯的制造形式------------------------------------------------4 （2）. 基面的选择------------------------------------------------------------4 （3）. 制订工艺路线----------------------------------------------------------4 （4）. 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确------------------------------------5 （5）. 确定切削用量及基本工时------------------------------------------6 六、设计心得与小结-----------------------------------------------------------11 七参考文献---------------------------------------------------------------11

自控理论实验指导书

自动控制理论实验指导书信息工程学院 2005年10月

第一部分实验要求 1．实验前做好预习。 2．严格按照要求操作实验仪器，用毕恢复原状。 3．接线完成后，由指导教师检查后方可通电。 4．实验完成后，由指导教师检查实验记录、验收仪器后，方可离开。 5．实验报告应包括以下内容： 1）实验目的； 2）实验线路； 3）实验内容； 4）实验结果（测得的数据、波形等）； 5）实验结果的分析和讨论。第二部分实验实验一二阶系统的阶跃响应一、实验目的 1．学习二阶系统阶跃响应曲线的实验测试方法； 2．研究二阶系统的两个参数n ωξ,对暂态性能指标的影响。二、实验设备 1．XMN-2型模拟仪。 2．超低频示波器。 3．万用表。三、实验内容典型二阶系统的框图如图1所示：图1 二阶系统框图其闭环传递函数为： 2 222)() (n n n s s s X s Y ωξωω++= 用图2所示电路可模拟二阶系统。其中4个运算放大器分别构成如下环节：

)(t x 图2 用运算放大器构建的二阶系统 . , )(;1)(; ,1)()(6921i f op op op op R R K K s G s G RC T Ts s G s G =-=-==-== 上式中op1、op2、op6、op9分别和模拟仪的运放单元相对应。无阻尼自然振荡角频率、阻尼比与时间常数T 、比例系数K 满足下列关系： 2 );/(1 K s rad T n = = ξω 1．无阻尼自然振荡角频率n ω保持不变，改变阻尼比ξ，输入单位阶跃信号 V t t x )(1)(=，观察和记录响应曲线)(t y 和最大超调量p M 、调整时间s t 的变化。 1）取K R C M R f 40,0.1,1===μ，使s T K 1,4.0==，可得2.0,1==ξωn 。 2）令K R f 80=，其他参数不变，此时s T K 1,8.0==，4.0,1==ξωn 。 3）令K R f 200=，其他参数不变，此时s T K 1,2==，1,1==ξωn 。 2．阻尼比ξ保持不变，改变无阻尼自然振荡角频率n ω，输入单位阶跃信号 V t t x )(1)(=，观察和记录响应曲线)(t y 和最大超调量p M 、调整时间s t 的变化（与上述第一组参数下的结果比较）。取K R C M R f 40,47.0,1===μ，使s T K 47.0,4.0==，可得12.2=n ω， 2.0=ξ。 3．将以上四组测量结果列表给出，并和最大超调量p M 、调整时间s t 的理论值相比较。四、思考题 1．推导图2所示电路的闭环传递函数，并确定n ω、ξ和i f R R C R ,,,的关系。 2．该电路的输出的稳态值是否等于阶跃输入信号的幅值？为什么？

自动控制原理课程设计报告书

自动控制原理课程设计题目细菌总数控制系统校正装置设计专业电气工程及其自动化姓名 RXY 班级 0906072 学号 090607224 指导教师标职称副教授州航空工业管理学院机电工程学院 2011年12月

细菌总数控制系统校正装置设计一、设计目的 1. 掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。 2.掌握系统超调量、调整时间和单位斜坡响应稳态误差以及动态特性分析。 3.在掌握利用MATLAB 实现系统的仿真和调试。二、设计任务已知有单位反馈的某细菌总数控制系统，系统被控对象的传递函数为 ) 20(2000)(00+=s s K s G ，用根轨迹法对系统进行串联滞后校正装置设计，使系统的阶跃响应满足： 1. 超调量%15%≤p M 2. 调整时间s t s 5.0≤ 3. 系统单位斜坡响应稳态误差%1≤ssv e 。三、设计方法步骤及设计校正构图 3.1滞后校正的设计步骤使用根轨迹法串联滞后校正一般步骤为：（1）绘出原系统的根轨迹；（2）根据要求的动态响应指标，确定希望的闭环主导极点；（3）根据幅值条件，确定闭环主导极点对应的开环增益；（4）确定满足性能指标而应增大的误差系数值；（5）由应增大的误差系数值确定校正装置β值，通常取10≤β；（6）确定滞后校正装置的零、极点，原则是使零、极点靠近坐标原点，且二者相距β倍; （7）绘出校正后系统的根轨迹，并求出希望的主导极点；

（8）由希望的闭环极点，根据幅值条件，适当调整放大器的增益；（9）校验校正后系统各项性能指标，如不满足要求，可适当调整校正装置的零、极点。 3.2校正前系统分析令02000K K =，绘出在02000K K =下的原传递函数的根轨迹，即 )20()(+=s s K s G 的根轨迹系统的开环传递函数有2个极点：1p =0，202-=p ,无开环零点，即n=2，m=0，系统有2条根轨迹，分别起始于两个开环极点1p =0，202-=p ，2条根轨迹趋向于无穷远处，根轨迹对称于实轴且连续变化，实轴上的根轨迹段位于[0,-20]上，渐近线2条，其渐近线与实轴交点坐标为 a δ=m n z p n i m j j i --∑∑==11=0 20200---=-10 渐近线的倾角为a ?=m n k -+±π)12(=2 )12(π+±k =2π±，k=0 根据分离点和汇合点的公式 N '(s)M(s)-N(s)M '(s)=2s+20=0 解得 s=-10，k=0.01 根轨迹与虚轴交点为 D(s)= 0202=++K s s D(j ω)=0202=++-K j ωω 由{00202=+-=K ωω，解得 0,0==K ω 在MATLAB 命令窗口中键入以下程序：