第六章-控制系统的频域分析与设计(第八讲)

大作业1(机电控制系统时域频域分析)

《机电系统控制基础》大作业一基于MATLAB的机电控制系统响应分析哈尔滨工业大学 2013年11月4日

1 作业题目 1. 用MATLAB 绘制系统2 ()25()() 425 C s s R s s s Φ== ++的单位阶跃响应曲线、单位斜坡响应曲线。 2. 用MATLAB 求系统2 ()25 ()()425 C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应性能指标：上升时间、峰值时间、调节时间和超调量。 3. 数控直线运动工作平台位置控制示意图如下： X i 伺服电机原理图如下： L R (1)假定电动机转子轴上的转动惯量为J 1，减速器输出轴上的转动惯量为J 2，减速器减速比为i ，滚珠丝杠的螺距为P ，试计算折算到电机主轴上的总的转动惯量J ； (2)假定工作台质量m ，给定环节的传递函数为K a ，放大环节的传递函数为K b ，包括检测装置在内的反馈环节传递函数为K c ，电动机的反电势常数为K d ，电动机的电磁力矩常数为K m ，试建立该数控直线工作平台的数学模型，画出其控制系统框图； (3)忽略电感L 时，令参数K a =K c =K d =R=J=1，K m =10，P/i =4π，利用MATLAB 分析kb 的取值对于系统的性能的影响。

2 题目1 单位脉冲响应曲线单位阶跃响应曲线

源代码 t=[0:0.01:1.6]; %仿真时间区段和输入 nC=[25]; dR=[1,4,25]; fi=tf(nC,dR); %求系统模型 [y1,T]=impulse(fi,t); [y2,T]=step(fi,t); %系统响应 plot(T,y1); xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); grid on; plot(T,y2); xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); grid on; %生成图形 3 题目2 借助Matlab，可得： ans = 0.4330 0.6860 25.3826 1.0000 即

控制系统组成及作用

第四章控制系统 4.1 控制系统的组成及其作用控制系统的组成（5部分）（1）数字控制装置作用：程序译码执行；状态信号输入采集处理，产生输出控制信号和状态显示信息（2）输入装置作用：接受现场状态信息和操作命令，（专为可识别的信息格式）（3）输出装置（输出设备）作用：接受来自数字控制装置的控制命令，转化并执行相应命令信息，产生调解、改变系统工作状态的操作和动作（4）输入输出接口作用：连接数字控制装置和输入输出设备的信息桥梁，完成I/O信号的电平转换，隔离，信号方式转换，滤波，锁存和缓冲等功能（5）功率放大电路作用：将输出接口的输出控制信号进行功率放大，以足够的功率驱动输出执行设备（输出装置），完成系统的运行

控制系统的组成实例1：控制系统的组成实例2：

作业： 1．简述机电一体化控制系统的构成 2．简述机电一体化控制系统各功能部件的作用第四章控制系统 4.2 控制系统的设计要求控制系统的设计要求包括10个部分：（1）功能实用性：指功能，性能，精度，应用范围及特点等技术指标概况（2）系统可靠性：指系统在给定条件，预定时间内能够正常工作的概率（评价：无故障工作时间和故障的排出时间（含永久性和偶发性故障））（3）运行稳定性：系统的输入量变化或受到外界干扰时，输出量被迫离开原来的稳定值过渡到另一个新的稳定状态的过程中，输出量发生超出规定限度或发生非收敛性变化的概率（包括超调，振荡，滞后，静态误差等）（4）操作宜人性：人机工程概念内容，有助于提高效率，速度，质量和可靠性（5）人机安全性：监测，自动保护，报警，显示，急停，极限保护等（6）环境保护水平：不产生环境污染（7）技术经济性：包括机电一体化设备制造的性价比和运行的性价比（8）结构工艺性：设计应满足加工，装配，检测，包装，安装，维护的最佳工艺性（9）造型艺术性：系统外形，比率，形体结构，色彩符合工业设计要求和时代美感（10）成果规范性：设计遵从相关法规，符合相关技术标准和技术规范附： ※对工业控制计算机系统的基本要求

第6章控制系统的设计与校正参考答案.doc

习题六 1. 在题图6.1（a ）(b)中，实线分别为两个最小相位系统的开环对数幅频特性曲线，图中虚线部分表示采用串联校正后系统的开环对数幅频特性曲线改变后的部分，试问： 1）串联校正有哪几种形式： 2）试指出图（a ）、(b)分别采取了什么串联校正方法？ 3）图（a ）、(b)所采取的校正方法分别改善了系统的什么性能？ L (ωL (ω 题图6.1 习题1图答案：1)、相位超前校正、相位滞后校正、相位-超前校正 2)、图(a)串联相位滞后校正，图(b)串联相位超前校正。 3)、相位滞后校正提高了低频段的增益，可减少系统的误差。相位超前校正改善了系统的稳定性，使剪切频率变大，提高系统的快速性。 2. 单位反馈系统的开环对数幅频特性曲线)(0ωL 如题图6.2所示，采用串联校正，校正装置的传递函数)1100 )(13.0() 110)(13()(++++=s s s s s G c 题图6.2 习题2图（1）写出校正前系统的传递函数)(0s G ；（2）在图中绘制校正后系统的对数幅频特性曲线)(ωL ；（3）求校正后系统的截止频率c ω和γ。解：（1）)1100 )(110(100 )0++=s s s s G （2）20)1100 )(13.0() 13(100))()(+++==s s s s s G s G s G c ，)(ωL 曲线见答案图。

（3）10=c ω，?=?--?-+?=6.63100 10arctan 23.010arctan 90310arctan 180γ 题2解图 3. 已知最小相位系统的开环对数幅频特性)(0ωL 和串联校正装置的对数幅频特性)(ωc L 如题图6.3所示。（1）写出原系统的开环传递函数)(0s G ，并求其相角裕度；（2）写出校正装置的传递函数)(s G c ；（3）画出校正后系统的开环对数幅频特性曲线)(ωL ，并求其相角裕度。 1 题图6.3 习题3图解：（1）)105.0)(1.0(100 )(0+= s s s s G ?-=4.33γ （2）1 1001 125.3)(++=s s s G c （3）) 1100)(105.0)(11.0() 1125.3(100)()()(0++++==s s s s s s G s G s G c 125.3=c ω ?=9.57γ

一种管道机器人结构与控制系统设计

摘要在现代社会中，人们总要遇到各种各样的管道设施，而许多管道系统不是架设在空中就是深埋于地下，这样一来，通过人力对管道的内部进行检测就很不方便。本文研制的移动式管道机器人本身携带CCD摄像头，可以对一定口径的管道内壁进行检测，具有较高的实用价值。本文首先对国内外管道机器人技术的发展做了综述，给出了移动式管道机器人本体结构设计方案，详细介绍了机器人的驱动机构、云台系统等环节的结构。所讨论的机器人采用上下位机的控制模式，使用了目前在国内较为先进的光纤信来传送控制信号和来自CCD摄像机的图像信号。下位机以LPC2114为核心处理器，进行了移动式管道机器人行走电机的驱动控制设计、云台电机的驱动控制设计、RS232串口通信电路以及控制系统外围电路的讨论。关键词：本体结构，控制系统，管道机器人。

Abstract In modern society, people always encounter a variety of pipeline facilities, and many are not set up in the air piping system is buried underground, so that, through human testing within the pipeline is very inconvenient. This pipe mobile robot developed to carry CCD camera itself, you can certainly detect pipe wall diameter, has a high practical value. Firstly, the domestic and international pipeline robot technology summarized in this paper, given the structure of portable pipeline design of the robot body, detailing, the robot drive mechanism, heads and other aspects of the system structure. Robot discussed by upper and lower computer control mode, using more advanced in the domestic fiber channel to transmit control signals and image signals from the CCD camera. The next crew to LPC2114 core processor for the mobile pipeline robot drive motor for control design, the design head of the motor drive control, RS232 serial communication circuit and control system peripheral circuit discussion.

实验五基于MATLAB工具箱的控制系统分析与设计.

实验五、基于MATLAB工具箱的控制系统分析与设计(2学时) （综合型实验）一、实验目的（1）掌握线性时不变系统的对象模型的构造及其相互转换；（2）掌握线性时不变系统浏览器——LTI Viewer使用方法；（3）掌握单变量系统设计工具——SISO Design Tool的使用方法；（4）掌握非线性系统的控制器优化设计和仿真；（5）自行设计一个PID控制系统并进行PID控制器的优化设计（选）。二、实验设备 MATLAB6.1系统教学软件及计算机一台。三、实验内容 1、将下述传递函数转换成tf对象。 2、将第6章的例6-16中非线性系统进行线性化处理后所得线性化状态空间模型的系数矩阵(A,B,C,D)的值转换成LTI对象，然后利用线性时不变系统浏览器—LTI Viewer对系统进行分析。 3、使用 LTI Viewer对以下滑艇系统的动力学方程进行非线性系统的线性分析 4、以下单位反馈系统。利用单变量系统设计工具SISO Design Tool。（1）对其进行分析，画出系统的根轨迹图以及系统波特图，并求解相位裕量。（2）对以上系统进行串联校正装置，其传递函数如下。对校正后进行分析，画出校正后系统的根轨迹图以及系统波特图，并求解相位裕量。 5、对以下系统。要求系统单位阶跃响应的最大上升时间为10秒、最大调节时间为30秒、最大超调量为20%。利用非线性控制器设计模块集（Nonlinear Control Design Blockset），试求PID控制器的最佳整定参数Kp、Ki和Kd。假设，三阶线性对象模型的不确定参数：40< a1<50,2.5< a2<10。

控制系统的频域分析实验报告

实验名称：控制系统的频域分析实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求用计算机辅助分析的方法，掌握频率分析法的三种方法，即Bode 图、Nyquist 曲线、Nichols 图。二、实验内容和原理（一）实验原理 1．Bode(波特)图设已知系统的传递函数模型： 1 1211121)(+-+-+???+++???++=n n n m m m a s a s a b s b s b s H 则系统的频率响应可直接求出： 1 1211121)()()()()(+-+-+???+++???++=n n n m m m a j a j a b j b j b j H ωωωωω MATLAB 中，可利用bode 和dbode 绘制连续和离散系统的Bode 图。 2．Nyquist(奈奎斯特)曲线 Nyquist 曲线是根据开环频率特性在复平面上绘制幅相轨迹，根据开环的Nyquist 线，可判断闭环系统的稳定性。反馈控制系统稳定的充要条件是，Nyquist 曲线按逆时针包围临界点(-1，j0)p 圈，为开环传递函数位于右半s 一平面的极点数。在MATLAB 中，可利用函数nyquist 和dnyquist 绘出连续和离散系统的乃氏曲线。 3．Nicho1s(尼柯尔斯)图根据闭环频率特性的幅值和相位可作出Nichols 图，从而可直接得到闭环系统的频率特性。在 MATLAB 中，可利用函数nichols 和dnichols 绘出连续和离散系统的Nichols 图。（二）实验内容 1．一系统开环传递函数为 ) 2)(5)(1(50)(-++=s s s s H 绘制系统的bode 图，判断闭环系统的稳定性，并画出闭环系统的单位冲击响应。 2．一多环系统 ) 10625.0)(125.0)(185.0(7.16)(+++=s s s s s G 其结构如图所示试绘制Nyquist 频率曲线和Nichols 图，并判断稳定性。（三）实验要求

一、控制系统的组成

4.2控制系统的组成和描述习题一、判断题（1）控制器肯定是控制系统中最先动作的构件。（）（2）执行器是能直接对被控对象起控制作用的装置。（）（3）被控对象是连动过程中最后动作的构件。（）（4）存在比较器的控制系统一定是闭环控制系统。（）二、判断下列关于楼道灯声控开关电路的说法是否正确。（1）它是一个闭环控制系统。（）（2）它能自动纠正控制误差。（）（3）灯是被控对象。（）（4）控制量是控制灯的亮灭。（）二、选择题 1.下列控制系统中，属于开环控制系统的是（） A 电冰箱的温度控制 B 计算机的CPU上的风扇的转速控制 C 现代化农业温室的温度控制 D 家用缝纫机的缝纫速度控制 2 .下面控制系统中，属于闭环控制的有（） A 电风扇机械定时开关控制系统 B 电子门铃控制系统 C 电磁炉温度自动控制系统 D 自行车制动系统 3．下列控制现象属于自动控制的是（）

A 电风扇 B 洗衣机 C 红绿灯定时转换 D 电子词典 4．下列属于闭环控制系统的是（） A 楼道里的防盗报警控制系统 B 火灾自动报警系统 C 公园音乐喷泉自动控制系统 D 电冰箱的温度控制系统 5．下列各项中，属于开环控制系统的是（） A 家用电风扇的转速调节系统 B 电冰箱温度控制系统 C 汽车自动档位控制系统 D 抽水马桶水位的控制系统 6.“皮影戏”是我国的传统的民间艺术，演员只要在屏幕和灯光之间抖动如栓在“小兔”身上的细线，屏幕上就能出现生动活泼的小兔形象，这是一种控制现象，其控制对象是（） A 细线 B “小兔” C 屏幕 D 灯光 7．普通高压锅使用过程中，当锅内压力达到一定值时，压力阀会浮起并放气，使锅内压力维持在预定值水平。该压力控制系统是( ) ①人工系统②自然系统③人工（手动）控制④自动控制 A ①③ B ①④ C ②③ D ②④ 8.闭环控制系统由下列各个环节组成（） ①控制器②执行器③被控对象④检测装置 A ①②③ B ①③④

控制系统的设计

5、控制系统的设计 5.1 控制策略的选择在3.2节转子的位移方程一节，我们已经论述过，对转子的位移方程进行变换后，可以得到如下的电流和位移之间的传递函数： X i K ms K s I s X s G -==2)()()( （5—1）由上式可以看出，该对象有两个实数极点，其中一个在正实轴上，因而是一个不稳定的二阶对象，只有通过闭环控制才有可能使之稳定地工作。然而，闭环控制也有很多种控制策略，采用古典控制论中关于连续系统的分析方法进行近似分析，经分析可知，使系统稳定的基本控制规律为PD 控制。下面对其进行分析。（1）PD 控制策略假设PD 控制器传递函数为 ]1[)(s T K s G d p c += （5—2）其中，K P 为比例系数，T d 为微分时间常数。当忽略功率放大器和位置传感器的惯性，设功放放大系数为K a ,传感器放大系数为K s ，则此时整个系统的闭环传递函数为： ) ()(1)()()(s G s G K K s G s G K s c s a c a +=Φ （5—3）将式（5—1）和式（5—2）代入式（5—3）中可以得到： x p i s a d p i s a d p i a K K K K K s T K K K K ms s T K K K s -+++=Φ2) 1()( （5—4）令k K K K K K x p i s a =- （5—5）用Routh 判据可知，该系统稳定的充要条件为包括k 在内的所有参数均大于0。由式（5—4）和（5—5），可得闭环系统的特征方程为 02=++k s T K K K K ms d p i s a

信息系统分析与设计名词解释

一、名词解释 1、软件维护指软件交互使用之后，为了改正软件中的错误或满足新的需求而修改软件的过程。 2、调试在成功地进行了测试之后，进一步诊断和改进程序中存在的错误过程。 3、可行性研究又叫可行性分析，它是所有工程项目在开始阶段必须进行的一项工作。可行性研究是指项目正式开发之前，先投入一定的精力，通过一套准则，从经济、技术、社会等方面对项目的必要性、可能性、合理性，以及项目所面临的重大风险进行分析和评价，得出项目是否可行的结论。 4、结构化程序设计是一种设计程序的技术，采用自顶向下、逐步细化的设计方法和单入口、单出口的控制技术，任何程序都可以通过顺序、选择和循环3种基本控制结构的复合实现。 5、信息系统在其使用过程中随着生存环境的变化，要不断维护、修改，当它不再适应需求的时候就要被淘汰，就要由新系统代替老系统，这种周期循环称为信息系统的生命周期。 6、供应链管理系统就是为了实现供应链上各企业的共同目标，对整个供应链的物流与信息流进行集成的管理和统一协调的计算机软件系统、网络与通信系统、有关数据、规章制度和人员的统一体。 7、这是在现代信息技术的基础上，交叉管理学、行为科学、运筹学，控制论等学科运用、人工智能、专家系统、知识工程等理论和方法，辅助支持企业，决策活动的信息系统。 8、信息系统是指利用计算机、网络、数据库等现代信息技术，处理组织中的数据、业务、管理和决策等问题，并为组织目标服务的综合系统。 9、数据字典为了对数据流程图中的各个元素进行详细的说明，数据字典的主要内容是对数据流程图中的数据项、数据结构、数据流、处理逻辑、数据存储和外部实体等几个方面进行具体的定义。数据字典配以数据流程图，就可以从文字和图形两个方面对系统的逻辑模型进行完整的描述。二、填空 1、按照生命周期法建设信息系统过程中的主要文档有:系统开发立项报告,( 可行性研究报告),系统开发计划书,( 系统分析说明书),系统设计说明书,程序设计报告,系统测试计划与测试报告,系统使用与维护手册,系统评价报告,系统开发月报与系统开发总结报告. 2、描述程序处理过程的工具称为过程设计工具，可以分为图形、表格和语言3类。其中图形工具包括(程序流程图)、(N-S图)和(PAD图)；表格工具包括(判定表)和(判定树)；语言工具包括

控制系统仿真设计

课程设计任务书

目录第1章设计题目及要求 (1) 1.1设计题目 (1) 1.2要求 (1) 第2章校正前系统性能 (2) 2.1 时域性能 (2) 2.2 频域性能 (5) 第3章校正环节设计 (6) 3.1 校正方法选择 (6) 3.2 控制参数整定 (6) 第4章校正后系统性能 (7) 4.1 时域性能 (7) 4.2 频域性能 (9) 结论 (10) 心得体会 (11)

第1章设计题目及要求 1.1设计题目：若系统的数学模型及控制环节的传递函数为G(s)=40／（s（s+3）（s+6）），设计校正装置。电动车控制系统：某电动车控制系统如图： 1.2要求：系统在阶跃响应的超调量小于5%，调节时间小于4s。

第2章校正前系统性能 2.1 时域性能 (1)、绘制未加入校正装置的系统开环阶跃响应曲线，根据系统的开环传递函数，程序如下： function [Tp,Mp,Tr,Ts]=stepa(G) [Y,t] = step(G); cs=length(t); yss=Y(cs); [ctp,tp]=max(Y); Tp=t(tp); Mp=100*(ctp-yss)/yss k=cs+1; n=0; while n==0 k=k-1; if Y(k)<0.98*yss n=1; end end t1=t(k); k=cs+1; n=0; while n==0 k=k-1; if Y(k)>1.02*yss n=1; end end t2=t(k);

if t1>t2 Ts=t1; else Ts=t2; End clear all; clear all; num=2.2; den=conv([1,0],conv([0.3,1],[0.17,1])); sys1=tf(num,den); sys2=feedback(sys1,1); figure(1); margin(sys1) figure(2); step(sys2) [Tp,Mp,Tr,Ts]=stepa(sys2) Mp = 25.8043 Tp = 1.5355 Mp = 25.8043 Tr = 1.0631

机电控制系统分析与设计

一、简述题（每小题10分，共100分） 1、机电控制系统的基本要求？答：稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）. 稳定性：对恒值系统要求当系统受到扰动后,经过一定时间的调整能够回到原来的期望值. 对随动系统,被控制量始终跟踪参据量的变化.稳定性是对系统的基本要求,不稳定的系统不能实现预定任务.稳定性,通常由系统的结构决定与外界因素无关. 快速性：对过渡过程的形式和快慢提出要求,一般称为动态性能.稳定高射炮射角随动系统,虽然炮身最终能跟踪目标,但如果目标变动迅速,而炮身行动迟缓,仍然抓不住目标. 准确性：用稳态误差来表示.如果在参考书如信号作用下,当系统达到稳态后,其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差.显然,这种误差越小,表示系统的输出跟随参考输入的精度越高. 由于被控对象具体情况的不同,各种系统对上述三方面性能要求的侧重点也有所不同.例如随动系统对快速性和稳态精度的要求较高,而恒值系统一般侧重于稳定性能和抗扰动的能力.在同一个系统中,上述三方面的性能要求通常是相互制约的.例如为了提高系统的动态响应的快速性和稳态精度,就需要增大系统的放大能力,而放大能力的增强,必然促使系统动态性能变差,甚至会使系统变为不稳定.反之,若强调系统动态过程平稳性的要求,系统的放大倍数就应较小,从而导致系统稳态精度的降低和动态过程的缓慢.由此可见,系统动态响应的快速性、高精度与动态稳定性之间是一对矛盾. 2、机电控制系统的基本结构？画图说明答：机电控制系统是机电控制技术的具体表现形式，通过控制器并合理选择或设计放大元件、执行元件、检测元件与转换元件、导向与支承元件和传动机构等．使机电装备达到所要求的性能和功能。机电控制系统是机电一体化产品及系统中承担着控制对象输出，并按照指令规定的规律变化的功能单元，是机电一体化产品及系统的重要组成部分。机电控制系统是一种自动控制系统。机电控制系统一般由指令元件，比较、综合与放大元件，转换与功率放大元件，执行元件，工作机构，检测与转换元件等6部分组成，如图1．4所示。为了研究问题方便，通常又把指令元件和比较、综合与放大元件合称为控制器 (控制元件)；将转换与功率放大元件和执行元件合称为机电动力机构；机电动力机构和工作机构合称为被控对象。对于控制精度要求不高且执行元件的输出能够按其给定规律运动时，可以采用开环控制。此时检测与转换元件也可以没有；但为了显示与检测，系统中仍应装有检测与转换元件。

第5章_用MATLAB进行控制系统频域分析

第5章用MATLAB 进行控制系统频域分析一、基于MATLAB 的线性系统的频域分析基本知识（１）频率特性函数)(ωj G 。设线性系统传递函数为： n n n n m m m m a s a s a s a b s b s b s b s G ++???++++???++=---1101110)( 则频率特性函数为： n n n n m m m m a j a j a j a b j b j b j b jw G ++???++++???++=---)()()()()()()(1101110ωωωωωω 由下面的MATLAB 语句可直接求出G(jw)。 i=sqrt(-1) % 求取-1的平方根 GW=polyval(num ，i*w)./polyval(den ，i*w) 其中（num ，den ）为系统的传递函数模型。而w 为频率点构成的向量，点右除（./）运算符表示操作元素点对点的运算。从数值运算的角度来看，上述算法在系统的极点附近精度不会很理想，甚至出现无穷大值，运算结果是一系列复数返回到变量GW 中。（２）用MATLAB 作奈魁斯特图。控制系统工具箱中提供了一个MATLAB 函数nyquist( )，该函数可以用来直接求解Nyquist 阵列或绘制奈氏图。当命令中不包含左端返回变量时，nyquist （）函数仅在屏幕上产生奈氏图，命令调用格式为： nyquist(num,den) nyquist(num,den,w) 或者 nyquist(G) nyquist(G,w) 该命令将画出下列开环系统传递函数的奈氏曲线： ) () ()(s den s num s G = 如果用户给出频率向量w,则w 包含了要分析的以弧度/秒表示的诸频率点。在这些频率点上，将对系统的频率响应进行计算，若没有指定的w 向量，则该函数自动选择频率向量进行计算。 w 包含了用户要分析的以弧度/秒表示的诸频率点,MATLAB 会自动计算这些点的频率响应。当命令中包含了左端的返回变量时，即: [re,im,w]=nyquist(G) 或

基于MATLAB的控制系统频域设计

基于MATLAB的控制系统频域设计姓名：学院：专业：班级：学号：

基于MATLAB的控制系统频域设计一实验目的 1. 利用计算机作出开环系统的波特图 2. 观察记录控制系统的开环频率特性 3. 控制系统的开环频率特性分析二预习要点 1.预习Bode图和Nyquist图的画法； 2.Nyquist稳定性判据内容。三实验方法 1、奈奎斯特图（幅相频率特性图）对于频率特性函数G(jw)，给出w从负无穷到正无穷的一系列数值，分别求出Im(G(jw))和Re(G(jw))。以Re(G(jw)) 为横坐标， Im(G(jw)) 为纵坐标绘制成为极坐标频率特性图。 MATLAB提供了函数nyquist()来绘制系统的极坐标图，其用法如下： nyquist(a,b,c,d)：绘制出系统的一组Nyquist曲线，每条曲线相应于连续状态空间系统[a,b,c,d]的输入/输出组合对。其中频率范围由函数自动选取，而且在响应快速变化的位置会自动采用更多取样点。 nyquist(a,b,c,d,iu)：可得到从系统第iu个输入到所有输出的极坐标图。 nyquist(num,den)：可绘制出以连续时间多项式传递函数表示的系统的极坐标图。 nyquist(a,b,c,d,iu,w)或nyquist(num,den,w)：可利用指定的角频率矢量绘制出系统的极坐标图。当不带返回参数时，直接在屏幕上绘制出系统的极坐标图（图上用箭头表示w的变化方向，负无穷到正无穷）。当带输出变量[re,im,w]引用函数时，可得到系统频率特性函数的实部re和虚部im及角频率点w矢量（为正的部分）。可以用plot(re,im)绘制出对应w从负无穷到零变化的部分。 2、对数频率特性图（波特图）对数频率特性图包括了对数幅频特性图和对数相频特性图。横坐标为频率w，采用对数分度，单位为弧度/秒；纵坐标均匀分度，分别为幅值函数20lgA(w)，以dB表示；相角，以度表示。 MATLAB提供了函数bode()来绘制系统的波特图，其用法如下： bode(a,b,c,d,iu)：可得到从系统第iu个输入到所有输出的波特图。 bode(a,求取系统对数频率特性图（波特图）：bode() 求取系统奈奎斯特图（幅相曲线图或极坐标图）：nyquist() b,c,d)：自动绘制出系统的一组Bode图，它们是针对连续状态空间系统[a,b,c,d]的每个输入的Bode图。其中频率范围由函数自动选取，而且在响应快速变化的位置会自动采用更多取样点。 bode(num,den)：可绘制出以连续时间多项式传递函数表示的系统的波特图。 bode(a,b,c,d,iu,w)或bode(num,den,w)：可利用指定的角频率矢量绘制出系统的波特图。

控制系统的设计与实施

控制系统的设计与实施一、教材分析：本节课内容为本节的最后一节，是本节、本章、本书的最后一个课时。在前面的学习中，学生已经了解了结构、流程、系统、控制与设计的关系。设计是技术的重要组成部分之一，而且《技术与设计2》大部分都是围绕着设计这个主题来展开的。本节可以说是这单元的“应用”部分，让学生了解控制系统设计的一般思路比较关键，只有这部分内容理解了，才能有效的进行下一个内容——控制系统的设计与实施案例。在控制系统的设计与实施案例中，重点要让学生会分析和选择案例，并最终会设计。二、学情分析：在《技术与设计1》中，学生对设计的一般过程已经有了一定的了解。但已有的设计基础更多的是停留在结构设计和外形的设计上，对功能的设计还有待提高。同时在生活中对一些产品有一定的使用经验，这些经验有成功的，也有失败的，通过控制系统的分析与设计，使学生对一定的实践经验的生活经历，上升到一定的理论认识，对失败的使用经验，能从控制与设计的角度重新的认识。三、学习目标： 1.知识与技能： 1）了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计的方案。 2）能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；或者根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行提出改进方案。 2.过程与方法：通过案例式的探讨和实践改良的技术活动，提高分析能力，培养探究精神。学习权衡的思想。 3.情感态度价值观：（1）通过对控制系统的设计与实施的分析，体会产品设计中人性化的设计思想。（2) 培养认真严谨的态度，进而树立“以人为本”的设计理念。（3) 通过多种形式的教学活动，提高学生学习技术课的兴趣。四、教学重难点： 1.教学重点：（1）控制系统设计的一般思路，了解简单的被控对象的基本特性，确定相关的量，会画方框图。（2）能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置并学会调试运行，提出改进方案。 2.教学难点：闭环系统的设计；被控量和控制量的确定。五、教学策略：本节书从理论上讲内容较难，学生理解起来比较困难，为了能有较好的课堂效果，设计如下：（1）通过一些具体的生活中例子对比来导入有关控制的设计方法，从而引入课题。（2）教师根据课本中的案例，引导学生解决问题，提高学习的自主能力。（3）寻找一些贴近学生生活实际并在前三节课已经分析过的案例，采用元件展示，学生设计连接的步骤，最后请学生代表上台连接成一个闭环控制系统。主要以“水箱注水的自动控制

一种管道机器人结构与控制系统的设计

摘要在现代社会中，大家总要碰到多种多样管道设施，而很多管道系统不是架设在空中就是深埋于地下，这么一来，经过人力对管道内部进行检测就很不方便。本文研制移动式管道机器人本身携带CCD摄像头，能够对一定口径管道内壁进行检测，含有较高实用价值。本文首先对中国外管道机器人技术发展做了综述，给出了移动式管道机器人本体结构设计方案，具体介绍了机器人驱动机构、云台系统等步骤结构。所讨论机器人采取上下位机控制模式，使用了现在在中国较为优异光纤信来传送控制信号和来自CCD摄像机图像信号。下位机以LPC2114为关键处理器，进行了移动式管道机器人行走电机驱动控制设计、云台电机驱动控制设计、RS232串口通信电路和控制系统外围电路讨论。关键词：本体结构，控制系统，管道机器人。

控制系统时域与频域性能指标的联系

控制系统时域与频域性能指标的联系经典控制理论中，系统分析与校正方法一般有时域法、复域法、频域法。时域响应法是一种直接法，它以传递函数为系统的数学模型，以拉氏变换为数学工具，直接可以求出变量的解析解。这种方法虽然直观，分析时域性能十分有用，但是方法的应用需要两个前提，一是必须已知控制系统的闭环传递函数，另外系统的阶次不能很高。如果系统的开环传递函数未知，或者系统的阶次较高，就需采用频域分析法。频域分析法不仅是一种通过开环传递函数研究系统闭环传递函数性能的分析方法，而且当系统的数学模型未知时，还可以通过实验的方法建立。此外，大量丰富的图形方法使得频域分析法分析高阶系统时，分析的复杂性并不随阶次的增加而显著增加。在进行控制系统分析时，可以根据实际情况，针对不同数学模型选用最简洁、最合适的方法，从而使用相应的分析方法，达到预期的实验目的。系统的时域性能指标与频域性能指标有着很大的关系，研究其内在联系在工程中有着很大的意义。一、系统的时域性能指标延迟时间t d 阶跃响应第一次达到终值h (∞)的50%所需的时间上升时间 t r 阶跃响应从终值的10%上升到终值的90%所需的时间；对有振荡的系统，也可定义为从0到第一次达到终值所需的时间峰值时间t p 阶跃响应越过终值h (∞)达到第一个峰值所需的时间调节时间 t s 阶跃响应到达并保持在终值h (∞)的±5%误差带内所需的最短时间超调量%σ 峰值h( t p )超出终值h (∞)的百分比，即 %σ= () ()() ∞∞-h h h t p ?100% 二、系统频率特性的性能指标采用频域方法进行线性控制系统设计时，时域内采用的诸如超调量，调整时间等描述系统性能的指标不能直接使用，需要在频域内定义频域性能指标。

控制系统设计作业(DOC)

第一题：现控有哪些控制器结构，各有何特点，作用，用在什么场合？答：（1）状态反馈：特点：1、状态反馈将系统的每个状态变量乘以相应的反馈系数，然后反馈到输入端与参考输入相加形成控制律，作为受控系统的控制输入；2、不增加系统的维数（状态反馈解耦时也不增加系统的维数）；3、比不增加补偿器的输入反馈的效果要好；4、不增加新的状态变量；5、反馈增益阵是常矩阵，反馈为线性反馈；6、不改变受控系统的能控性，但不保证系统的能观性不变；7、对于完全能控的单输入系统能实现闭环极点的任意配置，而且不影响原系统零点的分布，但如果故意制造零极点对消，那么此时闭环系统将是不能观的；8、系统能镇定的充要条件是不能控子系统为渐近稳定。作用：状态反馈增益阵K的引入不增加系统的维数，但可通过K的选择自由地改变闭环系统的特征值，从而是系统获得所要求的性能。场合：（2）输出反馈：特点：1、采用输出矢量y构成线性反馈律；2、在技术实现上的方便性；3、输入反馈的HC和状态反馈的K相当，由于m

自动控制原理例题详解-线性离散控制系统的分析与设计考试题及答案(DOC)

----------2007-------------------- 一、(22分)求解下列问题： 1. (3分)简述采样定理。解：当采样频率s ω大于信号最高有效频率h ω的2倍时，能够从采样信号)(*t e 中完满地恢复原信号)(t e 。（要点：h s ωω2>）。 2．(3分)简述什么是最少拍系统。解：在典型输入作用下，能以有限拍结束瞬态响应过程，拍数最少，且在采样时刻上无稳态误差的随动系统。 3．(3分)简述线性定常离散系统稳定性的定义及充要条件。解：若系统在初始扰动的影响下，其输出动态分量随时间推移逐渐衰减并趋于零，则称系统稳定。稳定的充要条件是：所有特征值均分布在Z 平面的单位圆内。 4．（3分）已知X(z)如下，试用终值定理计算x (∞)。 ) 5.0)(1()(2+--= z z z z z X 解：经过验证(1)X()z z -满足终值定理使用的条件，因此， 211x()lim(1)X()lim 20.5 z z z z z z z →→∞=-==-+。 5．(5分)已知采样周期T =1秒，计算G (z ) = Z [G h (s )G 0(s ) ]。 ) 2)(1(1 e 1)()()(0++-= =-s s s s G s G s G Ts h 解：11 1 12 11 11(1)(1e )()(1)Z[](1)()s s 11e (1e )e z z z G z z z z z z z --------=--=--=+---++ 6．(5分) 已知系统差分方程、初始状态如下： )k (1)(8)1(6)2(=++-+k c k c k c ，c(0)=c(1)=0。试用Z 变换法计算输出序列c (k )，k ≥ 0。解： 22 ()6()8()() ()(1)(68)3(1)2(2)6(4)1 (){2324},0 6 k k z C z C z C z R z z z z z C z z z z z z z c k k -+===-+--+---=-?+≥ 二、（10分）已知计算机控制系统如图1所示，采用数字比例控制() D z K =，其中K >0。设采样周期T =1s ，368.0e 1=-。注意，这里的数字控制器D (z )就是上课时的()c G z 。

控制系统设计与实现报告

北京科技大学控制系统设计与实现实践报告班级：专业：智能科学与技术设计人（学号）：组员（学号）指导教师：阎群完成日期：2017 年7 月13 日

教师评语

目录 1 实践任务书 (1) 1.1 实践目的 (1) 1.2 实践内容及要求 (1) 1.3 报告要求 (2) 1.4 进度安排 (2) 1.6 分组情况 (3) 2 设计要求 (4) 3 系统介绍 (4) 3.1 系统简介 (4) 3.2 对象系统介绍 (4) 3.3 系统主体结构介绍 (5) 4 实验建模研究 (6) 4.1 实验建模理论基础 (6) 4.2 单容水箱液位控制实验建模 (7) 4.3双容水箱液位控制实验建模 (7) 4.4 试验建模结果分析 (8) 5 Matlab仿真研究 (9) 5.1 模型计算 (9) 5.2 PID控制仿真研究 (10) 6单闭环水箱PID控制 (10) 6.1液位控制 (14) 6.1.1实验步骤 (14) 6.1.2结果分析 (19) 6.2流量控制 (20) 6.2.1实验步骤 (20) 6.2.2结果分析 (20) 6.3压力控制 (21) 6.3.1实验步骤 (21)

6.3.2结果分析 (21) 7 流量液位串级控制 (22) 7.1实验步骤 (22) 7.2结果分析 (23) 8实践总结 (25) 8.1 目标，过程，结果等分析 (25) 8.2对实践的收获，要求和建议 (25)

1 实践任务书 1.1 实践目的单容水箱液位模型测试： 1）熟悉本套系统，明确应该如何进行本次实验 2）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线 3）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法确定其参数4）了解单容水箱液位单闭环控制系统构成水平（垂直）双容水箱液位模型测试 1）掌握水平与垂直双容水箱液位模型的调试方法 2）熟悉双容水箱的数学模型及相应曲线单容水箱液位PID控制 1）通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2）研究系统分别用P、PI和PID调节器时的阶跃响应。 3）研究系统分别用P、PI和PID调节器时的抗扰动作用。 4）定性地分析P、PI和PID调节器的参数变化对系统性能的影响。单容水箱压力PID控制 1）通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2）分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。 3）定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。单容水箱压力PID控制 1、熟悉本套系统，明确应该如何进行本次实验 2、熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线 3、根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法确定其参数。 4、熟悉利用MATLAB建立系统数学模型的方法。 5、学会利用MATLAB/Simulink对系统建模的方法。 6、熟悉并学会稳定边界法。 7、熟悉并学会PID参数的自整定法。 8、较为深刻理解液位PID单回路控制的原理，并掌握PID相关参数的设定方法。 1.2 实践内容及要求分析单容水箱液位单闭环控制系统构成，设计、调试单容水箱液位PID控制。