自控课程设计1
自控课设完全版
分数：华南理工大学广州学院课程设计报告题目：自动控制原理课程设计课程：自动控制原理课程设计专业：班级：姓名：学号：电信学院自动控制原理课程设计指导老师评价表第一部分任务书《自动控制原理》课程设计任务书一、课题名称自动控制原理课程设计二、课程设计目的课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的理论、实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地消化、巩固、掌握课堂教学内容、开拓思维、培养专业素养、指导学生的实践和动手环节、提高学生全面素质具有很重要的意义。
自动控制原理课程设计目的：1）利用电阻、电容、电感建立一阶、二阶、三阶数学模型。
2）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）装置的作用及设计，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。
3) 学会使用MA TLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试。
三、课程设计任务和要求1、理论分析：用MA TLAB进行系统时域、频域分析，报告要有相应程序和响应曲线、结论。
1）、时域分析：分析系统在典型输入信号（单位阶跃信号、单位斜坡信号、脉冲信号、正弦信号）作用下，系统输出响应；画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定。
用MATLAB软件进行系统时域分析，报告中要有程序和响应曲线。
（参考教材第三章第七节基于MATLAB的控制系统时域分析）2）频域分析：画出未校正开环系统的Bode图，分析系统是否稳定3）、根据设计系统的串联校正装置，使系统达到规定的性能指标根据给定的性能指标选择合适的校正方式G C(s)对原系统进行校正（必须有校正过程计算过程），使其满足工作要求。
串联校正利用MATLAB对校正后系统的性能进行分析，与未校正前系统进行比较分析。
2、实物制作和调试利用面包板、电阻R、电容C、电感L建立一阶、二阶、三阶数学模型，面包板是由于板子上有很多小插孔，专为电子电路的无焊接实验设计制造的。
自控课程设计1
课程设计报告( 2006-- 2007年度第一学期)名称：自动控制理论课程设计题目：院系：自动化系班级：自动化046学号：200403020128学生姓名：张金营指导教师：于希宁孙建平刘鑫屏孙海蓉魏乐黄宇设计周数：1周成绩：日期：年月日一、目的与要求本课程为《自动控制理论A》的课程设计，是课堂的深化。
设置《自动控制理论A》课程设计的目的是使MATLAB成为自动化专业学生的基本技能，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的学习奠定良好的基础。
作为自动化专业的学生很有必要学会应用这一强大的工具，并掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能，以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。
通过使用这一软件工具把学生从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来，而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。
通过此次计算机辅助设计，掌握以下基本技能：1.能用MATLAB软件分析复杂控制系统的性能。
2.能用MATLAB软件定性或定量设计控制系统以满足具体的性能指标要求。
3.能灵活应用MATLAB的CONTROL SYSTEM 工具箱和SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。
二、设计正文2.1.数学模型题目设计：2.1.1 某一以微分方程描述系统的传递函数，其微分方程描述如下：(3)(2)(2)(1)111048y y y u u u++=++求其传递函数。
解：建立模型的MA TLAB代码如下：num=[1,4,8];%分子多项式den=[1,11,11,10];%分母多项式G=tf(num,den)%建立传递函数模型程序运行结果如下：Transfer function:s^2 + 4 s + 8------------------------s^3 + 11 s^2 + 11 s + 102.1.2 已知某系统的传递函数2()3248111110ss sGs s s++=+++，求其分子分母多项式并绘制零极点图。
自动控制专题课程设计
自动控制专题课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解自动控制的基本原理和概念，掌握控制系统的数学模型、传递函数及状态空间表示。
2. 学生能够运用控制理论知识，分析控制系统的稳定性、快速性和准确性等性能指标。
3. 学生能了解常见的自动控制算法，如PID控制、模糊控制等，并掌握其适用范围和优缺点。
技能目标：1. 学生具备运用数学软件（如MATLAB）进行控制系统建模、仿真和性能分析的能力。
2. 学生能够结合实际控制问题，设计简单的自动控制方案，并通过实验或仿真验证其有效性。
3. 学生掌握自动控制相关电路的搭建和调试技巧，能够进行简单的控制系统硬件设计。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习自动控制专题，培养对工程技术的兴趣和热情，增强科技创新意识。
2. 学生能够认识到自动控制在国家经济、社会发展和人民生活中的重要作用，树立社会责任感。
3. 学生在团队合作中进行控制系统的设计与实践，培养沟通协调能力和团队合作精神。
课程性质：本课程为高二年级选修课程，旨在帮助学生掌握自动控制基本理论，提高实践操作能力，培养学生的创新意识和团队合作精神。
学生特点：高二学生在数学、物理等学科方面具备一定的基础，具备一定的逻辑思维能力和动手操作能力，对新技术和新知识充满好奇心。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，采用讲授、讨论、实验等多种教学方法，提高学生的参与度和积极性，确保课程目标的实现。
在教学过程中，注重目标分解和评估，及时调整教学策略，提高教学质量。
二、教学内容1. 自动控制基本原理：控制系统概述、开环与闭环控制、反馈控制原理、控制系统的数学模型。
教学安排：2课时，对应教材第一章内容。
2. 控制系统的数学描述：传递函数、状态空间表示、系统响应分析。
教学安排：3课时，对应教材第二章内容。
3. 控制系统性能分析：稳定性分析、快速性分析、准确性分析。
教学安排：3课时，对应教材第三章内容。
4. 常见自动控制算法：PID控制、模糊控制、自适应控制。
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解自动控制原理的基本概念，掌握控制系统数学模型的建立方法；2. 掌握控制系统性能指标及其计算方法，了解各类控制器的设计原理；3. 学会分析控制系统的稳定性、快速性和准确性，并能够运用所学知识对实际控制系统进行优化。
技能目标：1. 能够运用数学软件（如MATLAB）进行控制系统建模、仿真和分析；2. 培养学生运用自动控制原理解决实际问题的能力，提高学生的工程素养；3. 培养学生团队协作、沟通表达和自主学习的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动控制原理的兴趣，激发学生探索科学技术的热情；2. 培养学生严谨、务实的学术态度，树立正确的价值观；3. 增强学生的国家使命感和社会责任感，认识到自动控制技术在国家经济建设和国防事业中的重要作用。
本课程针对高年级本科学生，结合学科特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果，为后续的教学设计和评估提供依据。
课程注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和解决实际问题的能力，为培养高素质的工程技术人才奠定基础。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 自动控制原理基本概念：控制系统定义、分类及其基本组成；控制系统的性能指标；控制系统的数学模型。
2. 控制器设计：比例、积分、微分控制器的原理和设计方法；PID控制器的参数整定方法。
3. 控制系统稳定性分析：劳斯-赫尔维茨稳定性判据；奈奎斯特稳定性判据。
4. 控制系统性能分析：快速性、准确性分析；稳态误差计算。
5. 控制系统仿真与优化：利用MATLAB软件进行控制系统建模、仿真和分析；控制系统性能优化方法。
6. 实际控制系统案例分析：分析典型自动控制系统的设计原理及其在实际工程中的应用。
教学内容按照以下进度安排：第一周：自动控制原理基本概念及控制系统性能指标。
第二周：控制系统的数学模型及控制器设计。
第三周：PID控制器参数整定及稳定性分析。
第四周：控制系统性能分析及MATLAB仿真。
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。
自动控制课程设计简单
自动控制课程设计简单一、课程目标知识目标：1. 理解自动控制的基本概念，掌握自动控制系统的数学模型及特性。
2. 学会分析自动控制系统的性能，了解系统稳定性、快速性和准确性的评价标准。
3. 掌握典型自动控制系统的结构及其工作原理。
技能目标：1. 能够运用数学模型对自动控制系统进行描述，并绘制系统方框图。
2. 学会使用控制原理分析自动控制系统的性能，并提出相应的优化方案。
3. 能够运用所学知识，设计简单的自动控制实验，并完成实验报告。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动控制技术的兴趣，激发学生探索未知领域的热情。
2. 培养学生严谨的科学态度，强调实验数据的真实性，提高学生的实践能力。
3. 增强学生的团队协作意识，培养学生在合作中解决问题、分享成果的能力。
本课程针对高中年级学生，结合学科特点和教学要求，注重理论与实践相结合，旨在提高学生对自动控制技术的理解和应用能力。
通过本课程的学习，使学生能够掌握自动控制的基本原理，具备分析、设计和优化自动控制系统的能力，并培养他们积极探索、严谨求实、团结协作的精神风貌。
二、教学内容1. 自动控制基本概念：控制系统定义、分类及性能指标（对应教材第1章）。
- 控制系统的数学模型及特性- 控制系统的方框图表示2. 自动控制系统分析方法：稳定性、快速性、准确性分析（对应教材第2章）。
- 控制系统的传递函数- 控制系统的稳定性判断- 控制系统的性能分析3. 典型自动控制系统：比例、积分、微分控制（对应教材第3章）。
- PID控制原理及参数调整- 典型控制系统实例分析4. 自动控制实验设计：实验原理、实验步骤及实验报告撰写（对应教材第4章）。
- 实验方案设计- 实验数据采集与处理- 实验报告撰写要求教学内容安排与进度：第1周：自动控制基本概念及数学模型第2周：控制系统稳定性、快速性、准确性分析第3周：典型自动控制系统原理与实例第4周：自动控制实验设计及实践教学内容注重科学性和系统性，结合教材章节组织，确保学生能够循序渐进地掌握自动控制相关知识。
生活中自动控制课程设计
生活中自动控制课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生了解和掌握生活中的自动控制原理和应用，提高学生运用科学知识解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：学生能够理解自动控制的基本概念、原理和常见自动控制系统的组成；掌握常用自动控制仪表的使用方法；了解自动控制在生产、生活中的应用。
2.技能目标：学生能够运用所学知识分析实际问题，具备设计简单自动控制系统的的能力；能够熟练使用相关自动控制仪表，进行实际操作。
3.情感态度价值观目标：培养学生对科学技术的热爱，提高学生创新意识和实践能力，使学生认识到自动控制在现代社会中的重要性，培养学生节能环保意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.自动控制基本概念：介绍自动控制的基本概念、分类和特点；2.自动控制系统：讲解常见自动控制系统的组成、原理和应用，如PID控制系统、模糊控制系统等；3.自动控制仪表：介绍常用自动控制仪表的原理、结构和使用方法，如压力表、流量计等；4.自动控制实例分析：分析生产、生活中的自动控制实例，如温度控制器、照明控制系统等；5.自动控制设计：讲解自动控制系统的设计方法和步骤，培养学生设计、调试自动控制系统的能力。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解自动控制基本概念、原理和应用，使学生掌握基本知识；2.讨论法：学生针对实际案例进行讨论，培养学生的分析问题和解决问题的能力；3.案例分析法：分析生产、生活中的自动控制实例，使学生更好地理解自动控制原理；4.实验法：安排实验课程，让学生动手操作，提高学生的实践能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用国内权威出版的《自动控制原理》教材，为学生提供系统、全面的知识体系；2.参考书：推荐学生阅读相关自动控制领域的经典著作，拓展知识面；3.多媒体资料：制作课件、教学视频等，以图文并茂的形式展示自动控制原理和实例；4.实验设备：配备自动控制实验装置，为学生提供实际操作机会，提高实践能力。
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二○○九～二○一○学年第一学期
信息科学与工程学院
自动化系
课程设计计划书
姓名：石磊
学号： 200704134174 班级：自动化0701
课程名称：自动控制原理
学时学分： 1 周 1 学分
指导教师：吴怀宇
2010 年1 月14 日
一、题目、任务及要求
题目：已知单位负反馈系统被控制对象的传递函数，如：
(G s
，用Bode 图设计方法对系统进行串联校正
设计。
任务：用Bode 图设计方法对系统进行串连校正设计，使系统满足动态及静态性
指标。
如：
（1）系统校正后，相角稳定裕度0(402)γ≥±； （2）系统校正后，辐值裕度GM 10dB ≥； （3）系统校正后，截止频率1/c W rad s ≥。
二、设计步骤规范化要求
根据自动控制理论，利用波德图进行串联校正设计的步骤如下： （1）根据要求的稳态品质指标，求系统的开环增益值；
（2）根据求得的值，画出校正前系统的Bode 图，并计算出剪切频率、相位
穿越频率、相位裕量、增益裕量,以检验性能指标是否满足要求。
若不满足要求，则执行下一步；
（3）分析（写出详细的理论分析过程，包括三种串联校正方法的特点及比较）并选择串联校正的类型（引前、滞后或滞后-引前校正），画出串联校正结构图 ；
（4）确定校正装置传递函数的参数；
（5）画出校正后的系统的Bode 图，并校验系统性能指标。
若不满足，跳到第三步。
否则进行下一步。
（6）提出校正的实现方式及其参数。
三、设计过程
1．在系统未校正之前
有题目可知()()()
100166.011.0126
++=
S S S S G
1）由题意，系统的开环增益K=126.
2）由上面系统的开环传递函数得：系统由一个比例环节，一个积分环节，两个惯性环节构成
3）待校正系统的转折频率为：
101
.011==
W ,4.60200166
.012==
W
4）待校正系统的幅频渐近特性：
L （w ）=()()
2
2
00166.01log 201.01log 20log 2012620w w w Log +-+--
5）待校正系统的相频特性为：
()w w w 00166.0arctan 1.0arctan 900
---=ϕ
校正前系统阶跃响应曲线如下图（a ）：
（a ）校正前系统阶跃响应曲线
系统的Bode 图如下图（b ）
(b) 校正前Bode 图
图中对数幅频特性渐近线转折频率w1=10和w2=600. L(10)=20logk=20log126，因为系统为Ⅰ型系统，低频段的延长线与零分贝的交点为k=126.
根据系统的开环对数幅频渐近特性，因w c 发生在-40db/dec 直线段 由图可知：
()()4010
log log 10-=--c w L w L
即：
401
log 85.210-=--c w
则系统的穿越频率为：2.35=c w 系统的相频特性为： ()00166.0*18.35arctan 1.0*18.35arctan 90
---=c w ϕ
34.313
.7490
---=
5.167
-= 根据相位裕度的定义，有：
()()0
5.125
.167180
180
=-=+=c c w w ϕγ<0
40
由：()0
180
00166.0arctan 1.0arctan 90
-=---=g g g w w w ϕ
计算得相角穿越频率为：rad w g 0.75=/s ()()
()
22.01
00166
.01
1.0126
2
2
=++=
g
g
g
g w w w w A
根据增益裕度的定义，有：()
g
w A h 1
=
=4.55，若开环放大系数k 增大 4.55倍，即
k=126*4.55=572.67，则系统处于临界稳定状态，要使系统获得满意的过度过程通常要求系统有一定的相位裕度，可以采用减小开环放大系数k k 的办法来达到，但是减小k k 一般会使阶跃输入时的稳态误差变大，因此需要进行系统校正。
又易得：()dB w A h GM g 2.13log 20log 20=-==
2.对于不稳定的系统进行校正：
（1）对于本系统如果采用串联滞后校正，
则：系统相角稳定裕度0002551540=+=+=εγγ
5500166.0arctan 1.0*arctan 90
180
220
2
=---=c c w w γ
则35arctan 1.0arctan 22=+c c w w 可求得： 12<c w rad/s 不满足要求的：12>=c w ，因此，不能采用滞后校正。
（2）如果采用串联-滞后超前校正
则：系统的相角稳定裕度0002551540=+=
+=εγγ
所以为使系统相角裕度和穿越频率满足要求，引入串联超前校正网络。
则串联超前校正系统方框图如下图（c ）：
(c)串联超前校正系统方框图
在校正后系统剪切频率处的超前相角应为：
040
53
.1253
.1240
=+-=ϕ
故：22.040
sin 140sin 10
0=+-=α
在校正后系统剪切频率m c w w =2 处，校正网络的增益应为
()dB 64.622.0/1log 10=
根据前面计算1C W 的原理，可以计算出未校正系统增益为dB 64.6-处的频率即为校正后系统的剪切频率2C W ，即
()40
/log 22.0/1log 101
2=c c w w 或()22.0/1log 4
1log
1
2=
c c w w
于是：m c c w s w w ====-141254.51465.1*188.3516.4 校正网络的两个交接频率分别为：
1
100.24147
.254.511
-==
=
=s
w w m
α
τ
1
25.1101
-==
s
w c τα
为补偿超前校正网络衰减的开环增益，放大倍数需要再提高61.4/1=α倍。
经过超前校正后，系统开环传递函数为：
()()()()()⎪
⎭⎫
⎝⎛+++⎪
⎭
⎫ ⎝⎛+=
=15.110100166.011.0100.241260s s s s s s G s G s G c
所以)()()s
s s s s s G s G s G c ++++==2
3
4
0109216.00010725.00000015.0126
25.5
其相角稳定裕度为：
12
.465
.11054.51arctan
54.51*00166.0arctan 154.5arctan 00
.2454.51arctan
90
180
=---+-=γ因12.46=γ,满足题目要求：0(402)γ≥±，所以该系统可以采用超前校正。
超前校正后系统阶跃响应曲线如下图（d ）：
（d ）校正后系统阶跃响应曲线
校正后系统的Bode 图如下图（e ）：
（e）校正后BODE图
四．参考文献：
[1]. 吴怀宇，廖家平，自动控制原理，武汉：华中科技大学出版社，2007.2
[2].胡寿涛，自动控制原理，北京：电子工业出版社，2003.4
[3].李友善，自动控制原理，北京：国防工业出版社，1998.6
五．设计心得与体会
通过此次的课程设计，是我掌握了如何对不稳定系统进行校正。
在此次的课程设计中，我曾经遇到一些难题，开始进行该课程设计时我不知道如何选取合适的校正装置，仅仅通过课堂所学的关于超前校正，滞后校正，滞后-超前校正的知识，我不能很好的着手开始该题目的设计。
带着问题我在读书馆查询了有关资料，回到书本把超前校正，滞后校正，滞后-超前校正的联系和区别进行了温习，使我在原有的关于校正知识的基础上更深一步的理解了相关方面的知识。
所以通过此次的自动控制原理课程设计，让我对原先的知识有了更深刻的认识，也提高了我分析问题，解决问题的能力，自我感觉还是有蛮大的收获，没有浪费自己所花费在该次设计上面的时间！。