自动控制课程设计~~~
自动控制课程设计项目
自动控制课程设计项目一、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，具备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：学生能够理解自动控制的基本概念、原理和常用的控制算法，掌握自动控制系统的设计和分析方法。
2.技能目标：学生能够运用MATLAB等工具进行自动控制系统的仿真和实验，具备实际操作和调试自动控制系统的能力。
3.情感态度价值观目标：学生能够认识到自动控制技术在现代社会中的重要性，培养对自动控制研究的兴趣和热情，树立正确的科学态度和创新精神。
二、教学内容根据课程目标，教学内容主要包括自动控制理论、控制算法、控制系统设计和分析等。
具体安排如下：1.自动控制基本概念：介绍自动控制系统的定义、分类和性能指标，学习常用的控制变量和控制规律。
2.经典控制理论：学习线性系统的稳定性、可控性和可观测性，掌握PID控制、根轨迹法、频域分析法等设计方法。
3.现代控制理论：学习线性时变系统、非线性系统和离散系统的控制方法，掌握状态空间法、李雅普诺夫法等分析方法。
4.控制系统仿真：利用MATLAB进行控制系统仿真，学习仿真工具的使用和仿真结果的分析。
5.控制系统应用：分析实际自动控制系统的实例，学习控制系统在工业、交通、医疗等领域的应用。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等，以激发学生的学习兴趣和主动性。
1.讲授法：教师通过讲解和演示，系统地传授知识，帮助学生建立知识体系。
2.讨论法：教师引导学生针对问题进行讨论，培养学生的思考能力和团队合作精神。
3.案例分析法：教师通过分析实际案例，引导学生运用所学知识解决实际问题，提高学生的应用能力。
4.实验法：学生动手进行控制系统实验，培养实际操作和调试能力，加深对理论知识的理解。
四、教学资源本课程的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备等。
具体如下：1.教材：选用国内外优秀的自动控制教材，如《自动控制原理》、《现代控制系统》等。
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pid
自动控制 课程设计pid一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握PID控制原理，理解比例（P）、积分（I）、微分（D）各自的作用及相互关系。
2. 使学生了解自动控制系统中PID参数调整对系统性能的影响。
3. 引导学生运用数学工具描述控制系统的动态特性。
技能目标：1. 培养学生运用PID算法解决实际控制问题的能力。
2. 让学生掌握使用仿真软件进行PID控制器设计和参数优化的方法。
3. 培养学生通过实验分析控制效果，进而调整PID参数的能力。
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。
2. 培养学生的团队合作意识，提高沟通与协作能力。
3. 引导学生关注自动化技术在生活中的应用，认识到科技发展对社会进步的重要性。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程将目标分解为以下具体学习成果：1. 学生能够阐述PID控制原理，并解释P、I、D参数对系统性能的影响。
2. 学生能够运用仿真软件设计PID控制器，并完成参数优化。
3. 学生能够通过实验，观察和分析控制效果，根据实际情况调整PID参数。
4. 学生在课程学习中展现出积极的学习态度和良好的团队合作精神。
二、教学内容1. 理论部分：a. 控制系统基本概念及性能指标介绍（对应教材第2章）b. PID控制原理及其数学描述（对应教材第3章）c. PID参数调整对系统性能的影响分析（对应教材第4章）2. 实践部分：a. 使用仿真软件（如MATLAB/Simulink）进行PID控制器设计与仿真（对应教材第5章）b. 实际控制实验，观察和分析PID参数调整对系统性能的影响（对应教材第6章）3. 教学进度安排：a. 第1周：控制系统基本概念及性能指标学习b. 第2周：PID控制原理及其数学描述学习c. 第3周：PID参数调整对系统性能的影响分析d. 第4周：仿真软件操作培训及PID控制器设计e. 第5周：实际控制实验操作及结果分析教学内容遵循科学性和系统性原则，结合教材章节，确保学生能够逐步掌握自动控制及PID控制相关知识。
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。
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计是针对自动控制原理课程的学习内容和要求进行的实践性教学任务。
其目的是通过设计和实现一个自动控制系统，加深学生对自动控制原理的理解和应用能力。
一般来说，自动控制原理课程设计包括以下几个步骤：
1. 选题：根据课程要求和学生的实际情况，选择一个合适的自动控制系统作为课程设计的对象。
可以选择一些简单的控制系统，如温度控制、水位控制等，也可以选择一些复杂的控制系统，如飞行器控制、机器人控制等。
2. 系统建模：对选定的控制系统进行建模，包括确定系统的输入、输出和状态变量，建立系统的数学模型。
可以使用传递函数、状态空间等方法进行建模。
3. 控制器设计：根据系统模型和控制要求，设计合适的控制器。
可以使用经典控制方法，如比例积分微分（PID）控制器，也可以使用现代控制方法，如状态反馈控制、最优控制等。
4. 系统仿真：使用仿真软件（如MATLAB/Simulink）对设计的控制系统进行仿真，验证控制器的性能和稳定性。
5. 硬件实现：将设计的控制器实现到实际的硬件平台上，如单片机、PLC等。
可以使用编程语言（如C语言、Ladder图等）进行编程。
6. 系统调试：对实际的控制系统进行调试和优化，使其达到设计要求。
可以通过实验和测试来验证系统的性能。
7. 实验报告：根据课程要求，撰写实验报告，包括实验目的、方法、结果和分析等内容。
通过完成自动控制原理课程设计，学生可以深入理解自动控制原理的基本概念和方法，掌握控制系统的设计和实现技术，提高自己的实践能力和创新能力。
《自动控制原理》课程设计
名称：《自动控制原理》课程设计题目：基于自动控制原理的性能分析设计与校正院系：建筑环境与能源工程系班级：学生姓名：指导教师：目录一、课程设计的目的与要求------------------------------3二、设计内容2.1控制系统的数学建模----------------------------42.2控制系统的时域分析----------------------------62.3控制系统的根轨迹分析--------------------------82.4控制系统的频域分析---------------------------102.5控制系统的校正-------------------------------12三、课程设计总结------------------------------------17四、参考文献----------------------------------------18一、课程设计的目的与要求本课程为《自动控制原理》的课程设计，是课堂的深化。
设置《自动控制原理》课程设计的目的是使MATLAB成为学生的基本技能，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奠定基础。
使相关专业的本科学生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，学生应达到以下的基本要求：1.能用MATLAB软件分析复杂和实际的控制系统。
2.能用MATLAB软件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。
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指导教师评定成绩：
审定成绩：
重庆邮电大学
移通学院
自动控制原理课程设计报告
系部：
学生姓名：
专业：
班级：
学号：
指导教师：
设计时间：2013年12 月
重庆邮电大学移通学院制
目录
一、设计题目
二、设计报告正文
摘要
关键词
设计内容
三、设计总结
四、参考文献
一、设计题目
《自动控制原理》课程设计（简明）任务书——供2011级机械设计制造及其自动化专业（4-6班）本科学生用
引言：《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，更不同于课堂教学。
它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。
一设计题目：Ｉ型二阶系统的典型分析与综合设计
二系统说明：
该Ｉ型系统物理模拟结构如图所示。
系统物理模拟结构图
其中：Ｒ＝1MΩ；C =1uF；R0=41R
三系统参量：系统输入信号：x(t)；
系统输出信号：y(t)；
四设计指标：
设定：输入为x(t)=a×1（t）（其中：a=5）
要求动态期望指标：M p﹪≤20﹪；t s≤4sec；
五基本要求：
a)建立系统数学模型——传递函数；
b)利用根轨迹方法分析和综合系统（学号为单数同学做）；
c)利用频率特性法分析和综合系统（学号为双数同学做）；
d)完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验；
六课程设计报告：
1.按照移通学院课程设计报告格式写课程设计报告；
2.报告内容包括：课程设计的主要内容、基本原理；
3.课程设计过程中的参数计算过程、分析过程，包括：
（1）课程设计计算说明书一份；
（2）原系统组成结构原理图一张（自绘）；
（3）系统分析，综合用精确Bode图一张；
（4）系统综合前后的模拟图各一张（附实验结果图）；
4.提供参考资料及文献
5.排版格式完整、报告语句通顺；
6.封面装帧成册。
二、设计正文
摘要
根据被控对象及给定的技术指标要求，设计自动控制系统，既要保证所设计的系统有良好的性能，满足给定技术指标的要求，还要考虑方案的可靠性和经济性。
由系统物理结构图建立数学模型，通过对系统稳态和动态性能的分析，其均不满足给定技术指标，主要采用了串联滞后校正。
在对系统进行校正时，采用了基于根轨迹的串联滞后校正，对系统校正前后的性能进行了分析和比较，并用visio软件绘制系统物理模拟图和结构框图，以及用MATLAB软件进行仿真和计算。
确定了校正环节的传递函数，根据所确定的传递函数，计算物理模拟图的参数，最后确定了系统的物理模拟图。
关键字: 校正visio MATLAB
一）系统说明（概述）
1.设计目的
⑴掌握自动控制原理课程中所学的理论知识；
⑵掌握反馈系统的基本理论和方法，对工程实际系统进行
全面分析
和综合；
⑶掌握控制系统的设计和校正方法；
⑷掌握利用matlab对控制理论进行分析，研究和仿真技
能；
⑸提高分析问题和解决问题的能力。
2.系统原理（简介）
首先，是一个积分环节，第二个，是一个一阶惯性环节第三个是比例环节
图1 系统物理模拟结构
3.各环节的性能、功能特性说明
积分环节是当输入信号为零时，输出信号才能保持不变，而且能保持在任何位置上。
在控制系统中，引用积分环节可
以消除被控量的偏差。
并且由于惯性环节系统的阻力，一开
始输出并不与输入同步按比例变化，直到过渡过程结束,输出
才能与输出保持比例，从而保证了控制过程作无差控制。
4.设计基本要求
⑴要求输出等于给定输入所要求的期望输出值。
⑵要求输出尽量不受扰动的影响。
⑶衡量一个系统是否完成除以上两点，还要求稳，快，准
5.设计指标
设定：输入为r(t)=a*1t（其中：a=5 ）
要求动态期望指标：σ
p ﹪≤20﹪；t
s
≤4sec；
二）系统建模
1.各个环节模型
（1）环节结构图（电路原理图）
（2）写出输入输出关系
（3）写出传递函数G(s),画出结构方框图
(1)比例环节：
具有比例运算关系的元部件称为比例环节，其特点：输入输出量成正比。
输入X
输出U
G⑴=-
CSR
1
(2)惯性环节：
一阶惯性环节的微分方程是一阶的，且输出响应需要一定时间后才能达到稳态值，因此称为一阶惯性环
节。
其特点：输出信号对输入信号的响应存在惯性（输入信号阶跃加入后，输出信号不能突然变化，只能随时间增加逐渐变化）。
输入 :U 输出 :Y
G ⑵=
1
//
R CS R =-14
RCS
(3)积分环节
输出量与输入量成积分关系的环节，称为积分环节。
其特点：输出量与输入量的积分成正比例，当输入消失，输出保持不变，具有记忆功能；积分环节受到扰动自身无法达到稳定。
G ⑶=-R
R
=-1
系统模型：系统的框图结构 比例环节:
X Kp - U
其中Kp=
Rf
Ri =1 惯性环节:
U
1
+-Ts Kp
Y
Kp=
Ri
Rf
T=f f C R 积分环节:
)(S Ei Tis
1
- )(S Eo
Ti=f i C R
三）对系统进行分析
由一个积分环节串联一介惯性环节的单位负反馈系统。
数学模型如图2所示
X(t)
⊗_
Ts
1
Ts
4 Y(t)
图2
图中T=RC=1,K=Ro/R=4
作系统的开环传递为 Go(s)=
)
1(4+s s
闭环极点为s=—0.5±j3
核算系统的动态性能
β=770，ξ=0.25，w n=2
M p=45%>20% 系统的超调量不满足要求。
4=8s>4s
T s=
w n
ζ
系统的超挑时间不满足要求。
作系统的根轨迹如图3所示
图3
系统的阶跃响应曲线如图4所示
图4
四）系统矫正
所以在系统根轨迹上找不到不满足性能指标的主导极点，须
做矫正
计算新的主导极点。
原系统的超调量不满足要求，所以新的β=600，则ζ=0.5 T s ==w
n
ζ
4=4s,计算w n =2,得出新的主导极点
s=-ξ
w n ±j
ζ2
1-
=-1±j
3
1-
计算出的新的主导极点位置在原系统根轨迹的左边,所以确定采用微分矫正.
计算微分矫正补偿角ϕ.
将新的主导极点值s=1±j 3
1-代入开环传递函数求得幅角值
为
arg[Go(s)]=arg[
)
1(4
+s s ]=arg[s]-arg[s+1]=-1200-900=-2100
不满足幅角条件.应该增加微分校正装置Gc(s),使得幅角条件为 arg[Gc （s ）]+arg[Go(s)]=±1800 所以,微分校正补偿角为
ϕ= arg[Gc （s ）]=±1800-arg[Go(s)]=30o
由作图法确定 极点的位置为
-Z D
=-1.46，-P D
=-2.7
所以，校正装置的传递函数为 Gc(s)=Kgc
其中，Kgc 为待定补偿增益值，用于补偿新的根轨迹过主导极点的幅值条件
这样，带有串联微分矫正装置的新的开环传递函数成为
Gc(s)Go （s ）=
)
7.2)(1()
45.1(4+++s s s s Kgc
有幅值条件计算增益补偿值Kgc. 将主导极点S=-1±j
3代入幅值条件
|
)
7.2)(1()
45.1(4+++s s s s Kgc |=1
求得增益补偿Kgc 为
Kgc=1.17
设计网络参数。
加有串联微分校正装置的系统如图5所示
图5
校正后的根轨迹如图6所示
图6 校正后的阶跃响应曲线如图7所示
图7 五）综合后系统模拟图
1M
R0
Rf
1M
R0R2
R1
R
510K
510K
C C2
C
R
510K Y(t)
x(t)
5.系统的Bode图
三、设计总结
通过这次课程设计，我加深了对自动控制理论的理解，掌握了反馈控制系统的基本理论和基本方法以及对一型二阶系统使用根轨迹法分析，然后得到我们所期望的系统。
并学会使用了3新个软件，Mathtype，Matlab和Visio，通过这次课程设计，提高了我的自主动手能力并且发现自己的平时学习的不足，查漏补缺，所以虽然这次课程设计有点累，但是想到当自己完成时得到一切，还是很值得的。
四、参考文献
《自动控制原理》孙亮杨鹏主编北京工业出版社《自动控制理论基础》左为恒北京机械工业出版社
《自动控制原理讲义》汪纪峰老师。