自控课程设计报告
自动控制原理课程设计报告(自控)
自动控制系统课程设计课题名称单位负反馈系统的校正设计学院（系）信息工程与自动化专业班级 08自动化姓名杨宝贵学号 *********指导老师乔永凤设计日期 2010.12.20目录一、设计目的------------------------- 3二、设计任务与要求--------------------- 32.1设计任务 ------------------------- 32.2设计要求 ------------------------- 3三、设计方法步骤及设计校正构图----------- 33.1校正前系统分析--------------------- 3 3.2校正方法 ------------------------- 6 3.3校正装置 ------------------------- 73.4校正后系统分析--------------------- 9四、课程设计小结与体会----------------- 12五、参考文献------------------------- 13一 、设计目的1. 掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。
2. 掌握对系统相角裕度、稳态误差和穿越频率以及动态特性分析。
3. 掌握利用MATLAB 对控制理论内容进行分析和研究的技能。
4. 提高分析问题解决问题的能力。
二、设计任务与要求2.1设计任务设单位负反馈系统的开环传递函数为：))101.0)(1(/()(++=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045≥γ；2) 在单位斜坡输入下的稳态误差为0625.0≥ss e ； 3) 系统的穿越频率大于2rad/s 。
2.2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MA TLAB 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。
自动控制原理专业课程设计方案报告
自控课程设计 课程设计(论文)设计（论文）题目 单位反馈系统中传输函数研究学院名称 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 任课老师 Z Z Z Z Z设计（论文）成绩单位反馈系统中传输函数研究一、设计题目设单位反馈系统被控对象传输函数为 )2)(1()(00++=s s s K s G （ksm7）1、画出未校正系统根轨迹图，分析系统是否稳定。
2、对系统进行串联校正，要求校正后系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统速度误差系数=10。
（2）相角稳定裕度γ>45º , 幅值稳定裕度H>12。
（3）系统对阶跃响应超调量Mp <25%,系统调整时间Ts<15s3、分别画出校正前，校正后和校正装置幅频特征图。
4、给出校正装置传输函数。
计算校正后系统截止频率Wc和穿频率Wx。
5、分别画出系统校正前、后开环系统奈奎斯特图，并进行分析。
6、在SIMULINK中建立系统仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性步骤和回环非线性步骤，观察分析非线性步骤对系统性能影响。
7、应用所学知识分析校正器对系统性能影响（自由发挥）。
二、设计方法1、未校正系统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根在s平面上改变轨迹。
1）、确定根轨迹起点和终点。
根轨迹起于开环极点，最终开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。
故起于0、-1、-2，最终无穷处。
2）、确定分支数。
根轨迹分支数和开环有限零点数m和有限极点数n中大者相等，连续而且对称于实轴；本题中分支数为3条。
3）、确定根轨迹渐近线。
渐近线和实轴夹角为φa，交点为：σa。
且：φa=(2k+1)πn−m k=0,1,2······n-m-1; σa=∈pi−∈zin−m;则：φa=π3、3π3、5π3；σa=0−1−23=−1。
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计一、引言自动控制原理课程设计是为了帮助学生深入理解自动控制原理的基本概念、原理和方法，通过实际项目的设计与实现，培养学生的工程实践能力和创新思维。
本文将详细介绍自动控制原理课程设计的标准格式，包括任务目标、设计要求、设计方案、实施步骤、实验结果及分析等内容。
二、任务目标本次自动控制原理课程设计的目标是设计一个基于PID控制算法的温度控制系统。
通过该设计，学生将能够掌握PID控制算法的基本原理和应用，了解温度传感器的工作原理，掌握温度控制系统的设计和实现方法。
三、设计要求1. 设计一个温度控制系统，能够自动调节温度在设定范围内波动。
2. 使用PID控制算法进行温度调节，实现温度的精确控制。
3. 使用温度传感器实时监测温度值，并将其反馈给控制系统。
4. 设计一个人机交互界面，能够实时显示温度变化和控制系统的工作状态。
5. 设计一个报警系统，当温度超出设定范围时能够及时发出警报。
四、设计方案1. 硬件设计方案：a. 使用温度传感器模块实时监测温度值，并将其转换为电信号输入到控制系统中。
b. 控制系统使用单片机作为主控制器，通过PID控制算法计算控制信号。
c. 控制信号通过电路板连接到执行器，实现温度的调节。
d. 设计一个报警电路，当温度超出设定范围时能够触发警报。
2. 软件设计方案：a. 使用C语言编写单片机的控制程序，实现PID控制算法。
b. 设计一个人机交互界面，使用图形化界面显示温度变化和控制系统的工作状态。
c. 通过串口通信将温度数据传输到电脑上进行实时监控和记录。
五、实施步骤1. 硬件实施步骤：a. 搭建温度控制系统的硬件平台，包括温度传感器、控制系统和执行器的连接。
b. 设计并制作电路板，将传感器、控制系统和执行器连接在一起。
c. 进行硬件连接调试，确保各个模块正常工作。
2. 软件实施步骤：a. 编写单片机的控制程序，实现PID控制算法。
b. 设计并编写人机交互界面的程序，实现温度变化和控制系统状态的实时显示。
自动控制课程设计
自动控制课程设计汇报人：2024-01-02•自动控制概述•自动控制原理•自动控制系统设计目录•自动控制系统实例分析•自动控制系统的应用与发展•课程设计任务与要求01自动控制概述定义与特点定义自动控制是一门研究如何通过自动调节和控制系统的参数、结构和行为，实现系统预定目标的学科。
特点自动控制具有快速响应、高精度、高稳定性和可靠性等特点，广泛应用于工业、农业、军事、航空航天等领域。
通过自动化控制，可以大幅提高生产效率，降低人工成本。
提高生产效率自动控制系统能够精确控制生产过程中的各种参数，从而提高产品质量。
保证产品质量在一些危险的环境中，自动控制系统可以替代人工操作，保障生产安全。
保障生产安全自动控制的重要性控制器用于接收输入信号，根据控制算法计算输出信号，控制被控对象的运行状态。
执行器根据控制器发出的控制信号，调节被控对象的参数或状态。
传感器用于检测被控对象的参数变化，并将检测信号转换为可处理的电信号。
调节机构根据执行器的调节信号，调整被控对象的参数或状态。
自动控制系统的基本组成02自动控制原理01开环控制系统是一种没有反馈的控制系统，其控制过程是单向的。
02开环控制系统的优点是结构简单，控制精度高，但抗干扰能力较弱。
03开环控制系统适用于对精度要求较高，但环境干扰较小的场合。
01闭环控制系统是一种具有反馈的控制系统，其控制过程是双向的。
02闭环控制系统通过实时监测被控对象的输出，将实际输出与期望输出进行比较，从而调整控制信号。
03闭环控制系统具有较好的抗干扰能力和适应性，适用于对精度和稳定性要求较高的场合。
A BC D控制系统的性能指标稳定性指系统在受到扰动后能否回到原始平衡状态的能力。
准确性指系统输出与期望输出的偏差大小，即系统的误差大小。
快速性指系统对输入信号的响应速度，即系统达到稳定状态所需的时间。
抗干扰性指系统对外部干扰的抵抗能力，即系统在受到干扰后仍能保持稳定和准确性的能力。
01常见的分析方法有：劳斯判据、赫尔维茨判据、奈奎斯特判据等。
自动控制课程设计15页
自动控制课程设计15页一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握自动控制的基本理论、方法和应用，培养学生分析和解决自动控制问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）掌握自动控制的基本概念、原理和特点；（2）熟悉常见自动控制系统的结构和特点；（3）了解自动控制技术在工程应用中的重要性。
2.技能目标：（1）能够运用自动控制理论分析实际问题；（2）具备设计和调试简单自动控制系统的能力；（3）掌握自动控制技术的实验方法和技能。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的创新意识和团队合作精神；（2）增强学生对自动控制技术的兴趣和热情；（3）培养学生关注社会发展和科技进步的意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.自动控制基本理论：包括自动控制的概念、原理、特点和分类；2.控制系统分析：涉及线性系统的时域分析、频域分析以及复数域分析；3.控制器设计：包括PID控制、模糊控制、自适应控制等方法；4.常用自动控制系统：如温度控制、速度控制、位置控制等系统的原理和应用；5.自动控制系统实验：包括实验原理、实验设备、实验方法和数据分析。
三、教学方法为了达到本课程的教学目标，将采用以下教学方法：1.讲授法：用于传授基本理论和概念，使学生掌握基础知识；2.讨论法：通过分组讨论，培养学生分析问题和解决问题的能力；3.案例分析法：分析实际工程案例，使学生了解自动控制技术的应用；4.实验法：动手进行实验，培养学生实际操作能力和实验技能。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法，将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，如《自动控制原理》等；2.参考书：提供相关领域的经典著作和论文，供学生深入研究；3.多媒体资料：制作课件、视频等，辅助讲解和展示；4.实验设备：准备自动控制实验装置，供学生进行实验操作。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，将采用以下评估方式：1.平时表现：包括课堂参与度、提问回答、小组讨论等，占总成绩的20%；2.作业：布置适量作业，检查学生对知识点的理解和应用能力，占总成绩的30%；3.考试：包括期中和期末考试，主要测试学生对课程知识的掌握程度，占总成绩的50%。
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。
自动控制设计(自动控制原理课程设计)
自动控制原理课程设计本课程设计的目的着重于自动控制基本原理与设计方法的综合实际应用。
主要内容包括：古典自动控制理论（PID ）设计、现代控制理论状态观测器的设计、自动控制MATLAB 仿真。
通过本课程设计的实践，掌握自动控制理论工程设计的基本方法和工具。
1 内容某生产过程设备如图1所示，由液容为C1和C2的两个液箱组成，图中Q 为稳态液体流量)/(3s m ，i Q ∆为液箱A 输入水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ，1Q ∆为液箱A 到液箱B 流量对稳态值的微小变化)/(3s m ，2Q ∆为液箱B 输出水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ，1h 为液箱A 的液位稳态值)(m ，1h ∆为液箱A 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ，2h 为液箱B 的液位稳态值)(m ，2h ∆为液箱B 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ，21,R R 分别为A ，B 两液槽的出水管液阻))//((3s m m 。
设u 为调节阀开度)(2m 。
已知液箱A 液位不可直接测量但可观，液箱B 液位可直接测量。
图1 某生产过程示意图要求1. 建立上述系统的数学模型；2. 对模型特性进行分析，时域指标计算，绘出bode,乃示图，阶跃反应曲线3. 对B 容器的液位分别设计：P ，PI ，PD ，PID 控制器进行控制；4. 对原系统进行极点配置，将极点配置在－1＋j 和－1－j ；（极点可以不一样）5. 设计一观测器，对液箱A 的液位进行观测（此处可以不带极点配置）；6. 如果要实现液位h2的控制，可采用什么方法，怎么更加有效？试之。
用MATLAB 对上述设计分别进行仿真。
（提示：流量Q=液位h/液阻R ，液箱的液容为液箱的横断面积，液阻R=液面差变化h ∆/流量变化Q ∆。
）2 双容液位对象的数学模型的建立及MATLAB 仿真过程一、对系统数学建模如图一所示，被控参数2h ∆的动态方程可由下面几个关系式导出： 液箱A ：dt h d C Q Q i 111∆=∆-∆ 液箱B ：dth d C Q Q 2221∆=∆-∆ 111/Q h R ∆∆= 222/Q h R ∆∆= u K Q u i ∆=∆消去中间变量，可得：u K h dt h d T T dt h d T T ∆=∆+∆++∆222122221)( 式中，21,C C ——两液槽的容量系数21,R R ——两液槽的出水端阻力 111C R T =——第一个容积的时间常数 222C R T =——第二个容积的时间常数 2R K K u =_双容对象的放大系数其传递函数为：1)()()()(212212+++=∆∆=S T T S T T KS U S H S G二．对模型特性进行分析，绘出bode,奈氏图，阶跃反应曲线 当输入为阶跃响应时的Matlab 仿真： 令T1=T2=6；K=1112361)()()(22++=∆∆=S S S U S H S G 2)16(1+=S单位阶跃响应的MATLAB 程序： num1=[1];den1=[36 12 1]; G1=tf(num1,den1); figure(1); step(G1);xlabel('时间(sec)');ylabel('输出响应');title('二阶系统单位阶跃响应'); step(G1,100); 运行结果如下：阶跃反应曲线：图1c(∞)=1; c(t p )=1; t p =45.5s; t d =10s; t s =45.5s; 最大超调量：δ(t p )= [c(t p )- c(∞)]/ c(∞)*100%=0%稳态误差分析： 开环传递函数112361)()()(22++=∆∆=S S S U S H S G ，稳态误差1=ss e ；用MATLAB绘制的奈氏图如下图2所示，其程序如下：nyquist([1],conv([6 1],[6 1]))图2在工程实践中，一般希望正相角裕度r为45o~60o,增益裕度Kg10≥dB,即Kg3≥。
自控原理课程实验报告
一、实验目的1. 理解并掌握自动控制原理的基本概念和基本分析方法。
2. 熟悉自动控制系统的典型环节，包括比例环节、积分环节、比例积分环节、惯性环节、比例微分环节和比例积分微分环节。
3. 通过实验，验证自动控制理论在实践中的应用，提高分析问题和解决问题的能力。
二、实验原理自动控制原理是研究自动控制系统动态和稳态性能的学科。
本实验主要围绕以下几个方面展开：1. 典型环节：通过搭建模拟电路，研究典型环节的阶跃响应、频率响应等特性。
2. 系统校正：通过在系统中加入校正环节，改善系统的性能，使其满足设计要求。
3. 系统仿真：利用MATLAB等仿真软件，对自动控制系统进行建模和仿真，分析系统的动态和稳态性能。
三、实验内容1. 典型环节实验（1）比例环节：搭建比例环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数对系统性能的影响。
（2）积分环节：搭建积分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析积分时间常数对系统性能的影响。
（3）比例积分环节：搭建比例积分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数和积分时间常数对系统性能的影响。
（4）惯性环节：搭建惯性环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析时间常数对系统性能的影响。
（5）比例微分环节：搭建比例微分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数和微分时间常数对系统性能的影响。
（6）比例积分微分环节：搭建比例积分微分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数、积分时间常数和微分时间常数对系统性能的影响。
2. 系统校正实验（1）串联校正：在系统中加入串联校正环节，改善系统的性能，使其满足设计要求。
（2）反馈校正：在系统中加入反馈校正环节，改善系统的性能，使其满足设计要求。
3. 系统仿真实验（1）利用MATLAB等仿真软件，对自动控制系统进行建模和仿真，分析系统的动态和稳态性能。
（2）根据仿真结果，优化系统参数，提高系统性能。
四、实验步骤1. 搭建模拟电路：根据实验内容，搭建相应的模拟电路，并连接好测试设备。
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自控课程设计报告
专业：电气自动化
班级：电气1010
姓名：彭伟洺
学号：06101032
指导老师：闫荷花
时间：第4~4 周（2012年 3 月1日——20112年3月16 日）
⏹ 1.1写出传递函数：
✓ 1.
s
R R S G 20)(22
+=
✓ 1 R2=20K
✓
s
s s +2
1.1.1 MA TLAB 命令仿真
绘制系统的阶跃响应曲线、伯特图及simulink 仿真结果。
阶跃响应曲线
伯特图 simulin 仿真结果
⏹ 1、2 R2=200K
s s s 10102+
绘制系统的阶跃响应曲线、伯特图及simulink 仿真结果
✓
1.2.1 MATLAB 命令仿真
绘制系统的阶跃响应曲线、伯特图及simulink 仿真结果。
⏹ 1、3 R2=2K
s s s 1.01.02+
1.3.1 MA TLAB 命令仿真
绘制系统的阶跃响应曲线、伯特图及simulink 仿真结果。
阶跃响应曲线 伯特图 simulin 仿真结果
⏹ 1.4 结果分析（对比当R2值不同时，系统的响应）
R2的值越大，系统响应时间越短。
稳定性越好。
2 二阶系统仿真
⏹ 2.1 当R5=40K 、100K 、140K
分别写出传函：
6
5266
10101010++s R s
R5=40K 时
6
5266
101041010+⨯+s s
阶跃响应曲线
R5=100K 时
6
6266
10101010++s s
R5=140K 时 6
6266
10104.11010+⨯+s s
2.2 MATLAB 命令绘制系统的阶跃响应曲线及用工具箱simulink
进行仿真：
2.3分别绘制开环伯特图和闭环伯特图
闭环开环
2.4 结果分析
根据仿真曲线分析不同阻尼比（即不同的开环放大倍数K ），观测不同参数下二阶系统的阶跃响应，测试出时域性能指标(如.
s t p t n 等)，并分析其参数变化对动态性能和稳定性的影响。
R5=40K
R5=100K
R5=140K
①最大超调量δ%=0.53% ②系统调整时间ts=19.6 ③第一个峰值时间tp=1.53 ④上升时间tr=1.21 ⑤振荡次数N = 3
⑥总结阻尼比（即不同的开环放大倍数K ）与系统主要动态性能指标的变化关系
K 越大，系统约稳定
①最大超调量δ%=2.64% ②系统调整时间ts=8.08 ③第一个峰值时间tp=3.64 ④上升时间tr = 1.64 ⑤振荡次数N = 1
⑥总结阻尼比（即不同的开环放大倍数K ）与系统主要动态性能指标的变化关系
K 越大，系统约稳定
①最大超调量δ%=3.42% ②系统调整时间ts=5.98 ③第一个峰值时间tp=4.42 ④上升时间tr=2.13 ⑤振荡次数N = 1
⑥总结阻尼比（即不同的开环放大倍数K ）与系统主要动态性能指标的变化关
K 越大，系统约稳定
3．1 典型二阶系统如下所示：
22
2
2)(n
n n s s s G ϖξϖϖ++=
式中，n ϖ是无阻尼振荡频率，ξ是阻尼系数。
要求绘制出当ξ=0.5，n ϖ分别为2、4、6、8、10、12时系统的单位阶跃响应。
n ϖ=2 n ϖ=4
n
ϖ=8 n ϖ=6
n ϖ=10 n ϖ=12
结果分析：n ϖ变化时，系统响应有什么变化
n ϖ越大，系统响应时间越短
控制系统的校正
校正前
校正后
✓ 对1）、2）系统通过阶跃响应分析系统校正前后的稳定性和系统品质，进一步分析开环增益对系统的影响。
✓ （利用MATLAB 的工具箱sisotool ）
（1） )101.0)(104.0(100
)(++=s s s S G
校正装置传递函数为 1
51
5.0)(++=
s s S G
1
51
5.0)(++=
s s S G
校正后 )
5.19364.19)(508.2)(1.103()
2(25000)(2+++++=
s s s s s S G
（2）
)1002.0)(11.0(200
)(++=
s s s S G
校正装置传递函数为 1005.0105.0)(++=
s s S G
校正前
校正后
校正后
)10625.1136)(34.22)(8.550()
20(10)(4
27⨯+++++=s s s s s S G。