自动控制课设报告 2014.12.30
自动控制原理课程设计实验报告
目录0 绪论 (1)1系统分析和模型建立 (1)1.1 背景知识 (1)1.2 模型建立 (1)1.3性能指标分析 (2)1.3.1 典型的闭环频率特性 (2)1.3.2 二阶系统闭环幅频特性与时域指标的关系 (2)1.3.3 高阶闭环系统与二阶系统的关系 (3)2系统校正 (3)2.1 基于根轨迹法系统校正 (3)2.2 基于频率法的系统校正 (8)2.2.1 电流环校正分析 (8)2.2.2 速度环校正分析 (9)2.2.3 位置环校正分析 (11)2.2.4 前馈控制 (15)3系统仿真检验 (16)3.1 基于根轨迹法校正的系统仿真检验 (16)3.2 基于频率法校正的系统仿真检验 (18)3.3 饱和环节对输出的影响 (24)4电路实现 (27)4.1 比例放大环节电路实现 (27)4.2 串联超前校正装置的实现 (27)4.3 前馈校正装置的实现 (29)5总结 (31)5.1 设计总结 (31)5.2 心得体会 (31)0绪论直流电动机以其良好的控制特性得到了广泛的应用。
本次设计正是以直流电机为模型，基于控制系统常用的性能指标，提出合理的设计方案。
本次设计是对前边所学课程的综合应用，也是与工程实践相结合的一个良好范本。
本次设计，旨在加深对自动控制原理和元件等知识的深入理解，也为后继课程的学习奠定基础。
1系统分析和模型建立1.1背景知识标准直流电机控制系统的基本方框图如图1-1所示。
图1- 11.2模型建立根据题给条件，对参数进行求取。
其中转动惯量又由力矩系数，知反电势系数。
，，求得，。
则电机的模型如图1-2所示。
1图1- 21.3性能指标分析1.3.1典型的闭环频率特性对于典型的单位反馈闭环系统，闭环幅频特性具有以下特点：(1)若开环传递函数含有串联积分环节，则闭环幅频特性在处。
否则(2)在低频段，闭环幅频特性变化缓慢，比较平滑。
(3)随着增大，闭环幅频特性会出现谐振峰，谐振峰对应的角频率成为谐振频率。
自动控制操作课程设计
自动控制操作课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解自动控制系统的基本原理，掌握控制系统的组成、分类及工作方式。
2. 使学生掌握自动控制系统的数学模型，并能运用相关公式进行简单计算。
3. 帮助学生了解自动控制系统的性能指标，如稳定性、快速性、准确性等。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析自动控制系统的能力，能对实际系统进行简单的建模与仿真。
2. 让学生学会使用自动控制设备，进行基本操作和调试，具备一定的动手实践能力。
3. 培养学生利用自动控制系统解决实际问题的能力，提高创新意识和团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动控制技术的兴趣，激发学习热情，形成积极的学习态度。
2. 引导学生认识到自动控制在国家经济建设和科技进步中的重要作用，增强学生的社会责任感和使命感。
3. 培养学生严谨的科学态度，养成勤奋刻苦、团结协作的良好品质。
本课程针对高年级学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果，以便后续的教学设计和评估。
课程内容紧密联系课本，确保学生所学知识的实用性和针对性。
通过本课程的学习，使学生能够在理论知识和实践操作方面均取得较好的成果。
二、教学内容本章节教学内容依据课程目标，紧密结合教材，确保科学性和系统性。
主要包括以下几部分：1. 自动控制原理：介绍自动控制系统的基本概念、分类及其应用，重点讲解开环控制系统和闭环控制系统的原理及特点。
2. 控制系统数学模型：讲解控制系统的数学描述方法，包括传递函数、状态空间表达式等，并通过实例进行分析。
3. 控制系统性能分析：介绍控制系统的稳定性、快速性、准确性等性能指标，结合教材章节，进行深入讲解。
4. 自动控制设备操作与调试：教授自动控制设备的基本操作方法，包括控制器参数设置、传感器和执行器的使用等，并安排实践环节，让学生动手操作。
5. 自动控制系统仿真与设计：结合教材内容，指导学生运用仿真软件对自动控制系统进行建模、仿真和分析，培养学生的实际操作能力。
自动控制原理课程设计报告1
自动控制原理课程设计课题：自动控制原理课程设计专业：电气工程及其自动化班级：期：2014.12.22-2014.12.29 成绩：重庆大学城市科技学院电气信息学院目录1设计目的 (1)2设计要求 (1)3设计题目 (1)4实现过程 (2)4.1校正前系统的Bode图计算与稳定性（手工） (2)4.2校正前系统的根轨迹计算与闭环系统稳定性（手工） (3)4.3校正前系统幅频特性Matlab分析 (5)4.4校正前系统的奈奎斯特图Matlab仿真分析 (6)4.5校正后系统的Matlab仿真分析 (7)4.5.1校正装置的幅频特性 (7)4.5.2校正后系统幅频特性分析 (8)4.5.3校正后系统奈奎斯特图分析 (9)4.5.4校正后系统的截止频率ωc、相位裕量γ、穿越频率ωx和幅值裕量h计算 (11)5总结 (11)6参考文献 (11)自动控制原理课程设计报告1设计目的更加熟练掌握Bode图的作图方法，能够使用劳斯判据判定系统稳定性。
能够画出根轨迹图，并且根据分析出系统的稳定性。
掌握根据要求设计校正装置，学会使用Matlab分析Bode图，系统稳定性，能够作出根轨迹图，并且分析系统相关参数，能够使用Matlab分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。
计算校正后系统的截止频率ωc、相位裕量γ、穿越频率ωx和幅值裕量h。
用MATLAB分别画出系统校正前、后的开环系统奈奎斯特图，并进行分析。
能够利用所学知识分析校正装置对系统的影响。
2设计要求1、手动画出未校正系统的Bode图，分析系统是否稳定。
2、手动画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定。
3、设计系统的串联滞后超前校正装置，使系统达到下列指标。
（1）静态速度误差系数K v ≥ 100s-1；（2）相位裕量γ ≥ 40°。
（3）截止频率ωc＝20rad/s。
4、给出校正装置的传递函数。
5、用MATLAB分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。
自动控制系统课程设计报告
自动控制系统课程设计报告课程名称：自动控制系统课程设计报告设计题目：错位控制无环流可逆调速系统设计院系：班级：设计者：学号：同组人：指导教师：设计时间：课程设计（论文）任务书指导教师签字：系（教研室）主任签字：年月日目录一、错位控制无环流可逆调速系统的原理................................................................... - 4 -1、可逆调速系统的原理.................................................................................... - 4 -2、环流的介绍.................................................................................................... - 4 -1、环流的定义............................................................................................. - 4 -2、环流的分类........................................................................................... - 5 -3、错位控制无环流系统 ................................................................................. - 5 -1、静态环流的错位消除原理.................................................................. - 5 -2、错位控制无环流系统的结构............................................................. - 5 -3、错位控制无环流系统的优缺点 ........................................................ - 6 -二、系统的设计 ................................................................................................................... - 6 -1、主电路的设计及参数选择 ........................................................................ - 6 -1、变压器的选择...................................................................................... - 6 -2、晶闸管的选择...................................................................................... - 7 -3、电抗的选择........................................................................................... - 7 -2、同步变压器及触发器的设计.................................................................... - 7 -1、触发电路的设计.................................................................................... - 7 -2、同步变压器的设计............................................................................. - 8 -3、保护电路的设计........................................................................................... - 9 -1、过电流保护........................................................................................... - 9 -2、过电压保护........................................................................................... - 9 -3、缓冲电路............................................................................................... - 9 -4、检测环节 ...................................................................................................... - 10 -1、转速检测............................................................................................. - 10 -2、电流检测 ............................................................................................... - 10 -3、电压检测............................................................................................. - 10 -5、控制电路的设计......................................................................................... - 11 -1、AVR电压内环的设计 ..................................................................... - 11 -2、ACR电流环的设计.......................................................................... - 12 -3、ASR转速环的设计........................................................................... - 13 -4、AVR、ACR和ASR的限幅设计 .................................................. - 14 -5、AR反相器的设计............................................................................. - 14 -三、设计小结...................................................................................................................... - 15 -四、参考文献...................................................................................................................... - 15 -一、错位控制无环流可逆调速系统的原理1、可逆调速系统的原理图1 两组晶闸管装置发并联线路较大功率的可逆直流调速系统多采用晶闸管—电动机系统。
自动控制原理课程设计报告材料
自动控制原理课程设计报告材料一、引言自动控制原理是现代工程领域中一门重要的学科，它涉及到控制系统的设计、分析和优化。
本课程设计报告旨在介绍我所完成的自动控制原理课程设计，并详细阐述设计过程、实验结果及分析。
二、设计目标本次课程设计的目标是设计一个能够实现温度控制的自动控制系统。
通过该系统，能够实时监测温度变化并根据设定的温度范围自动调节加热器的工作状态，以保持温度在设定范围内稳定。
三、设计原理1. 系统框架设计的自动控制系统由传感器、控制器和执行器组成。
传感器负责实时监测温度变化，控制器根据传感器的反馈信号进行判断和控制决策，执行器则根据控制器的指令调节加热器的工作状态。
2. 控制算法本次设计采用了经典的比例-积分-微分（PID）控制算法。
PID控制器通过计算误差的比例、积分和微分部分的权重，来调节执行器的输出信号，以实现对温度的精确控制。
3. 系统建模为了进行系统控制算法的设计和分析，我们需要对系统进行建模。
本次设计中，我们采用了一阶惯性环节模型来描述加热器和温度传感器之间的关系。
四、实验步骤1. 硬件搭建首先，我们搭建了一个实验平台，包括加热器、温度传感器、控制器和执行器等硬件设备。
确保各个设备之间的连接正确并稳定。
2. 参数调节接下来，我们通过对PID控制器的参数进行调节，使得系统能够快速响应、稳定控制。
通过试验和调整，我们得到了最优的PID参数。
3. 实验数据采集在实验过程中，我们采集了一系列的温度数据，包括初始温度、设定温度和实际温度等。
同时，记录了控制器的输出信号和执行器的工作状态。
4. 数据分析与结果验证通过对实验数据的分析，我们验证了设计的自动控制系统的性能。
分析结果表明，该系统能够准确地控制温度在设定范围内波动，并具有良好的稳定性和鲁棒性。
五、实验结果与讨论1. 温度控制精度经过多次实验，我们得到了控制系统的温度控制精度。
结果表明，系统能够将温度控制在设定范围内，误差较小。
2. 响应时间实验结果显示，系统对温度变化的响应时间较短，能够快速调节加热器的工作状态以保持温度稳定。
自动控制课程设计总结
自动控制课程设计总结自动控制课程设计总结摘要:本文总结了我参与的自动控制课程设计的经历和感受。
在课程设计中,我们学习了自动控制的基本概念、理论和方法,并在实践中应用这些知识进行了一些实际项目的设计和实现。
在这个过程中,我们遇到了一些挑战,如如何选择合适的控制器、如何优化控制效果等,但我们也从中学到了很多,如如何根据实际情况选择合适的控制策略、如何在实践中不断提高自己的技能等。
本文还总结了我们在课程设计中的一些经验和教训,包括如何设计合理的课程内容和教学方法、如何评估学生的学习效果等。
最后,本文还提出了一些自动控制课程设计的展望和建议,以帮助其他教师和学生更好地进行课程设计和实现。
关键词:自动控制;课程设计;实践项目;经验总结;教训与建议正文:一、自动控制的基本概念和理论自动控制是一类重要的学科,主要研究如何通过控制器来实现系统的自动控制。
自动控制的基本概念包括系统模型、控制器设计、控制策略等。
其中,系统模型是指描述系统性质的数学模型,控制器设计是指根据系统模型设计出适合的控制器,控制策略是指控制器根据系统的状态和输入输出信号,采取的控制措施。
自动控制的基本理论包括控制原理、控制律、PID控制等。
其中,控制原理是指控制器输出信号与预期输出信号之间的误差关系,控制律是指控制器的输出信号与预期输出信号之间的数学表达式,PID控制是指根据系统的特性和目标,采用比例、积分和微分等控制方法来实现控制系统的稳定性和精度要求。
二、自动控制课程设计的经历和感受在进行自动控制课程设计时,我们主要从以下几个方面入手:1. 确定课程目标和教学内容根据学生的实际情况和课程的要求,确定课程的教学目标和教学内容。
我们主要学习了自动控制的基本概念、理论和方法,包括控制系统的建模、控制器的设计、控制策略的实现等。
2. 设计课程教学方法设计合适的教学方法可以有效提高学生的学习效果。
我们采用了讲座、案例分析、实践项目等方式进行教学,其中案例分析和实践项目是课程设计的重点。
自动控制原理课程设计报告
一、自动控制的相关概念1含义所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。
2控制系统类型（1）开环控制系统只有输入量的前向控制作用，输出量并不反馈回来影响输入量的控制作用，因而，我们将它称为开环控制系统（Open-Loop Control System）。
开环控制系统可用下图表示。
开环系统的优点——结构简单，系统稳定性好，调试方便，成本低。
因此，在输入量和输出量之间的关系固定，且内部参数或外部负载等扰动因素不大，或这些扰动因素可以预测并进行补偿的前提下，应尽量采用开环控制系统。
开环控制的缺点——当控制过程中受到来自系统外部的各种扰动因素，如负载变化、电源电压波动等，以及来自系统内部的扰动因素，如元件参数变化等，都将会直接影响到输出量，而控制系统不能自动进行补偿。
因此，开环系统对元器件的精度要求较高。
（2）闭环控制系统闭环控制系统（Close-Loop Control System）又称反馈控制系统（Feedback Control System），是在闭环控制系统中，把输出量检测出来，经过物理量的转换，再反馈到输入端去与给定值（参考输入）进行比较（相减），并利用比较后的偏差信号，以一定的控制规律产生控制作用，抑制内部或外部扰动对输出量的影响，逐步减小以至消除这一偏差，从而实现要求的控制性能。
闭环控制的优点——抑制扰动能力强，与开环控制相比，对参数变化不敏感，并能获得满意的动态特性和控制精度。
闭环控制的缺点——但是引入反馈增加了系统的复杂性，如果闭环系统参数的选取不适当，系统可能会产生振荡，甚至系统失稳而无法正常工作，这是自动控制理论和系统设计必须解决的重要问题。
3自动控制系统的组成·被控对象（或过程）——又称控制对象或受控对象，指需要对它的某个特定的量进行控制的设备或过程。
自动控制原理课程设计报告
课题：课题十六专业：电气工程及其自动化班级：六班姓名学号：罗一航（12153505）刘梁国（12155618）指导教师：贾渭娟设计日期：2014.12.22~2014.12.29 成绩：重庆大学城市科技学院电气信息学院目录1 设计目的 (2)2 设计要求 (2)3 实现过程 (3)3.1设计题目 (3)3.2 计算过程 (3)3.2.1 计算根轨迹图 (3)3.2.2 计算Bode图 (6)3.2.3 设计系统的串联校正装置 (8)3.2.4 给出校正装置的传递函数 (9)3.2.5 画出校正前，校正后幅频特性图 (9)3.2.6 画出校正前、后开环系统的奈奎斯特图 (10)3.2.7 校正器对系统性能的影响 (12)4 总结 (13)参考文献 (13)自动控制原理课程设计任务书1 设计目的1）掌握控制系统设计与校正的步骤和方法。
（2）掌握对控制系统相角裕度、稳态误差、剪切频率、相角穿越频率以及增益裕度的求取方法。
（3）掌握利用Matlab对控制系统分析的技能。
熟悉MATLAB这一解决具体工程问题的标准软件，能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题，并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。
（4）提高控制系统设计和分析能力。
（5）所谓校正就是在系统不可变部分的基础上，加入适当的校正元部件，使系统满足给定的性能指标。
校正方案主要有串联校正、并联校正、反馈校正和前馈校正。
确定校正装置的结构和参数的方法主要有两类，分析法和综合法。
分析法是针对被校正系统的性能和给定的性能指标，首先选择合适的校正环节的结构，然后用校正方法确定校正环节的参数。
在用分析法进行串联校正时，校正环节的结构通常采用超前校正、滞后校正和滞后-超前校正这三种类型。
超前校正通常可以改善控制系统的快速性和超调量，但增加了带宽，而滞后校正可以改善超调量及相对稳定度，但往往会因带宽减小而使快速性下降。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
系统稳定条件为 解得：0< K <14
当 K=14 时，S1 一行全为零，说明系统存在共轭虚根，其由辅助方程 P(s)=0.35S2+14=0
5
重庆大学城市科技学院自动控制原理课程设计报告
求得： 所以，根轨迹与虚轴的交点为 根轨迹图如下 ，对应的 K=14。
图 1 未校正系统的根轨迹图
6
重庆大学城市科技学院自动控制原理课程设计报告
解得
故
所以校正装置为 校正后系统的开环传递函数
验证： 相角裕量:
9
重庆大学城市科技学院自动控制原理课程设计报告
幅值裕量：
由于相角裕量不满足 候，满足条件。
，所以适当增大 的值，由验证可知，当
的时
2.4 MATLAB 仿真
2.4.1 画出校正前，校正后的幅频特性图
1）校正前的幅频特性图
图 4 校正前的幅频特性图
1.2
设计要求
1．前期基础知识，主要包括 MATLAB 系统要素，MATLAB 语言的变量与
语句，MATLAB 的矩阵和矩阵元素，数值输入与输出格式，MATLAB 系统工作 空间信息，以及 MATLAB 的在线帮助功能等。 2．控制系统的时域分析，主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零 极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系 统的稳态误差的求取。 3．控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、 纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。 4．控制系统的频域分析，主要包括系统 Bode 图、Nyquist 图、稳定性判据 和系统的频域响应。 5．控制系统的校正，主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域 法滞后校正以及校正前后的性能分析。
1
重庆大学城市科技学院自动控制原理课程设计报告
目
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
录
一 自动控制原理课程设计任务书 ......................................................................................... 3 设计目的 ..................................................................................................................... 3 设计要求 ..................................................................................................................... 3 设计成果要求 ............................................................................................................. 3 考核内容与方式 ......................................................................................................... 4 设计内容 ..................................................................................................................... 4
二 设计与分析 ......................................................................................................................... 5 2.1 2.2 2.3 2.4 校正前的根轨迹图 ..................................................................................................... 5 画 Bode 图 ................................................................................................................... 7 设计系统的串联校正装置 ......................................................................................... 8 MATLAB 仿真 ............................................................................................................. 10
1.3
设计成果要求
课程设计报告
3
重庆大学城市科技学院自动控制原理课程设计报告
1.4
考核内容与方式
考核的内容包括：学习态度；技术水平与实际能力；论文(计算书、图纸)
撰写质量；创新性；采取审定与答辩相结合的方式，成绩评定按百分制记分。
1.5
设计内容
课题 5：单位负反馈系统的开环传递函数为
Gk ( s) K s(0.1s 1)(0.25s 1)
相应的源程序如下：
10
重庆大学城市科技学院自动控制原理课程设计报告
2）校正后的幅频特性图
图 5 校正后的幅频特性图
相应的源程序如下：
11
重庆大学城市科技学院自动控制原理课程设计报告
3)校正前、后的综合幅频特性图
幅值裕量：
=17.24 dB>12 dB
所以要达到要求的性能指标，设计采用串联超前校正。 校正后，在系统剪切频率处的超前相角为
因此 α =( 校正后系统剪切频率 )/ )=1.41/0.59=2.4 =3.8dB，可计
,校正网络的对数幅值 -20lg
算出为未校正系统对数幅值为 -3.8dB 频率
处的频率，既可作为校正后系统的剪切
4
重庆大学城市科技学院自动控制原理课程设计报告
二 设计与分析
2.1 校正前的根轨迹图
计算过程：
系统的开环传递函数为 ① n=3 , m=0 ，有三条根轨迹； ② 开环极点：P1=0 , P2= -10 , P3= -4;有三个无限零点； ③ 实轴上分布： （–∞，–10] , [–4 ,0]是根轨迹； ④ 渐近线: ， 、 ； ⑤ 分离点： 解得： ⑥ 渐近线与虚轴的交点： X=8.08 ⑦ 根轨迹与虚轴的交点： 列劳斯表 S3 S2 S1 S0 K 且 K > 0, 0.025 0.35 1 K
重庆大学城市科技学院自动控制原理课程设计报告
摘
要
所谓校正， 就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置， 使系统整个特性发生变化， 从而满足给定的各项性能指标。系统校正的常用方法 是附加校正装置。按校正装置在系统中的位置不同，系统校正分为串联校正、反 馈校正和复合校正。按校正装置的特性不同，又可分为超前校正、滞后校正和滞 后-超前校正、PID 校正。 这里我们主要讨论串联校正。 一般来说， 串联校正设计比反馈校正设计简单， 也比较容易对信号进行各种必要的形式变化。在直流控制系统中，由于传递直流 电压信号，适于采用串联校正;在交流载波控制系统中，如果采用串联校正，一 般应接在解调器和滤波器之后， 否则由于参数变化和载频漂移，校正装置的工作 稳定性很差。 串联超前校正是利用超前网络或 PD 控制器进行串联校正的基本原理，是利 用超前网络或 PD 控制器的相角超前特性实现的，使开环系统截止频率增大，从 而闭环系统带宽也增大使响应速度加快。 串联滞后校正是利用滞后网络或 PID 控制器进行串联校正的基本原理，利用 其具有负相移和负幅值的特斜率的特点，幅值的压缩使得有可能调大开环增益， 从而提高稳定精度，也能提高系统的稳定裕度。
重庆大学城市科技学院自动控制原理课程设计报告
课 专 班 学 姓
题：自动控制原理课程设计课题（5） 业： 级： 电气工程及其自动化 06 班 12152241 湛成 杨英男 2014.12.22—2014.12.30
号： 12152607 名： 张波
指导教师： 设计日期： 成 绩：
重庆大学城市科技学院电气信息学院
附 录 ..................................................................................................................................... 17 参 考 文 献 ........................................................................................................................... 18
画出未校正前 bode 图如下所示：
32
-20db/dec 4
10
0 (0.1) -40db/dec -60db/dec
图 3 未校正前 bode 图
由计算可知 相角裕量： =900=900-21.80-450 =23.20<400
8
重庆大学城市科技学院自动控制原理课程设计报告
相角穿越频率
ω ω g=6.3
2.2
画 Bode 图
43 11
-20db/dec -40db/dec 10 7.5 -60db/dec
0 4 (0.1)
图 2 未校正系统的 bode 图
判断稳定性计算过程如下 起始频率ω = -20v db/dec= - 20db/dec 计算截止频率ω c：