Matlab《自动控制原理课程设计》
自动控制原理课程设计报告
（2012—2013学年第一学期）
题目基于Matlab的PID温度控制系统
系别电子与电气工程系
专业电子信息工程
班级0820311
学号（9位数字的学号：082031101）
姓名
指导教师
完成时间
评定成绩
目录
一、设计的目的 (3)
二、设计的内容与要求 (3)
三、设计方案 (6)
四、软件、硬件设计 (6)
五、设计总结 (6)
六、参考文献 (6)
一、 设计的目的
根据已掌握的《自动控制原理》课程知识，完成课程设计要求的项目。能够应用MATLAB 的控制系统工具箱以及SIMULINK 的仿真功能，对《自动控制原理》课程所学的内容进行深层次的分析和研究；能运用MATLAB 平台设计控制系统的控制器参数，以满足规定的性能指标，解决好自动控制的理论问题。
通过基本设计技能的训练，掌握自动控制的基本概念，建立控制系统的数学模型，利用数学模型对系统控制器的方案和所需参数进行设计，并分析控制系统理论设计的性能指标；掌握系统的设计与校正方法等各方面的知识，对于全面、系统、深入地理解与掌握自动控制原理具有重要的教学意义；培养应用系统设计的能力，以及分析问题和解决问题的方法，进一步拓宽专业知识面，培养实践应用技能和创新意识。
课程设计的教学目的：
1、掌握：控制系统的建模方法、线性系统的时域分析法、频域分析法、线性系统的设计；
2、理解：控制系统的基本要求、控制系统数学模型的物理意义、系统控制的参数设计和性能分析。
二、 设计的内容与要求
基础设计：在CCS 中运行调试程序代码，输出正弦信号波形，并使用CCS 的图像显示窗口，实时显示输出的正弦波。（50分）
已知，在某温度控制系统中，通过实验方法获得被控对象的传递函数为：
()190O 9.125101
s e G s s -=
+
利用MATLAB 软件，构建该温度控制系统模型，并设计一PID 控制器，使该温度控制系统在单位阶跃信号作用下达到以下性能指标要求：
1）、上升时间：r <500s t 2）、超调量：%<50%δ
3）、调节时间（5%±的误差带）：s <2500s t 4）、稳态误差：ss =0e
（二）、具体设计步骤，要求如下：
1) 绘制被控制对象()O G s 的单位阶跃响应，分析无PID 控制器时的性能指标（r t ，%δ，s t ，
ss e ）。
2) 绘制()O G s 的伯德（bode ）图，并计算出剪切频率、增益裕量、相位穿越频率、相位裕量。 3) 画出PID 温度控制系统的结构框图，选择PID 控制器传递函数()PID G s 的形式。
图 1 PID 温度控制系统的结构框图
4) 设计PID 参数（可采用频率法或经验法），写出参数设计依据和计算过程。 5) 推导采用PID 控制器后整个闭环温度控制系统的传递函数()G s ，绘制开环系统
()()()K PID O G s G s G s =?的伯德（bode ）图并计算出剪切频率、增益裕量、相位穿越频率、相位裕量。
6) 绘制闭环控制系统()G s 的单位阶跃响应，分析在PID 控制器作用下的性能指标（r t ，%δ，
s t ，ss e ）。
7) 使用MATLAB 中的SIMULINK 软件包，构建该PID 温度控制系统的模型，并直观显示给
定输入为单位阶跃信号作用下，系统的时域响应曲线。（参考模型如下图）
图 2 PID 温度控制系统的SIMULINK 模型
8) 整理以上设计过程，撰写《基于Matlab 的PID 温度控制系统课程设计报告》
三、设计方案
描述所采用的设计思路。
四、PID参数设计与SIMULINK建模
撰写PID参数（可采用频率法或经验法）设计依据和计算过程；SIMULINK模型的建立过程。
五、设计总结
分析、总结设计项目的实验结果、设计过程中出现的问题和相应的解决措施或技巧。总结在此次课程设计环节中的设计经验、收获和体会。
六、参考文献
[1].自动控制原理，张建民主编，北京:高等教育出版社，2010年6月第1 版。
[2].自动控制原理，胡寿松主编，北京:科学出版社，2001年第4版；
[3].新编自动控制原理题解，胡寿松主编，北京:高等教育出版社，2004年第4版；
[4].控制系统仿真与计算机辅助设计，薛定宇，机械工业出版社，2005年1月
[5].控制系统数字仿真与CAD (第二版)，张晓华，机械工业出版社，2006年5月
[6].控制系统的数字仿真与计算机辅助设计，钱积新等，化学工业出版社，2003年5月
[7].基于MATLAB的系统分析与设计—控制系统，楼顺天等，西安电子科技大学出版社
[8].MATLAB与控制系统仿真实践，赵广元，北京航空航天大学出版社
[9].