自动控制原理课程设计报告
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。
昆明学院自动控制原理课程设计报告
自动控制原理课程设计报告课程名称：自动控制原理设计题目：自动控制原理MATLAB仿真院系：自动控制与机械工程学院班级：2013级电气工程及其自动化3班姓名：烤火卡学号：指导教师：李云娟自动控制原理课程设计报告一．实验目的和意义：1.了解matlab 软件的基本特点和功能，熟悉其界面，菜单和工具条；掌握线性系统模型的计算机表示方法，变换以及模型间的相互转换。
了解控制系统工具箱的组成，特点及应用；掌握求线性定常连续系统输出响应的方法，运用连续系统时域响应函数（impulse,step,lsim）,得到系统的时域响应曲线。
2.掌握使用MATLAB软件作出系统根轨迹；利用根轨迹图对控制系统进行分析；掌握使用MATLAB软件作出开环系统的波特图，奈奎斯图；观察控制系统的开环频率特性，对控制系统的开环频率特性进行分析。
3.掌握MATLAB软件中simulink工具箱的使用；熟悉simulink中的功能模块，学会使用simulink对系统进行建模；掌握simulink的方真方法。
二．实验原理（1）MATLAB语言的特点及其主要功能：MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分它将数值分析，矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连 matlab开发工作界面接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图中处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
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 课程设计报告 范文
目录一、课设的任务与要求 (1)I、课设的题目与问题 (1)II课设的范化要求 (1)二、设计正文 (2)I、第一问 (3)1-1 题目的处理 (3)1-2 题目的代码 (3)1-3 运行的的结果 (3)1-4 比较 (4)II 、第二问 (4)2-1 题目的处理 (5)2-2 题目的代码 (5)2-3 运行的结果 (5)K>0 (6)K<0 (6)III、第三问 (6)3-1 题目的处理 (6)3-3 运行的结果 (7)3-4 结论 (8)IV、第四问 (8)第四问中的第一小题 (8)4-1-1题目的分析 (8)4-1-2题目的代码 (8)4-1-3运行结果 (9)4-1-4 系统的校正 (9)4-1-4-1 超前校正 (9)4-1-4-2 滞后校正 (10)第四问中的第二小题 (11)4-2-1题目的分析 (11)4-2-2题目的代码 (11)4-2-3 运行的结果 (12)4-2-4 系统校正 (12)4-2-4-1 超前校正 (12)4-2-4-2 滞后校正 (13)三、附录 (16)第一问 (16)第二问 (17)K>0 (17)K<0 (17)第三问 (18)第四问 (19)第一题 (19)未校正的单位阶跃响应图 (19)未校正前的BODE 图 (19)超前校正 (19)滞后校正 (21)第二题 (21)未校正的单位阶跃响应图 (22)可得未校正前的BODE 图 (22)超前校正 (22)滞后校正 (23)滞后—超前校正 (24)四、总结 (26)五、参考文献 (26)一、课设的任务与要求I 、课设的题目与问题题目：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数)11.0()(+=s s K s G k问题： 1. 分析系统单位阶跃响应的时域性能指标2. 当(),k ∈-∞+∞时，绘制系统的根轨迹，分析系统的稳定性3. 对系统进行频域分析，绘制其Nyquist 图及Bode 图，确定闭环系统的稳定性4. 用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性能指标：4.1设计串联校正满足下列性能指标（1）在单位斜坡信号t t r =)(作用下，系统的稳态误差01.0≤ss e ；（2）系统校正后，相位裕量0''45)(>c ωγ。
《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。
自动控制原理课程设计报告PPT课件
16
16
U
w
1100/4//420/223023
电机
4
4
（3）、电机的转速与卷进轴的转速相同，所以电机的转速与纸张的线速
度成线性关系。
w
V
K2
卷进轴
（4）、由三个滑轮和一个弹簧秤组成的测力系统对纸20/223023
张力测量系统
5
5
（5）、将测得的张力反馈到比较装置与预设张力进行比较
m 400 37.0550 200
m 22.9450
2、计算衰减率
m
sin1 1 1
1 sin m 1 sin m
0.44
1100/4//420/223023
13
13
3、确定新的开环截止频率
Lo
()
m
1 2
20lg
1
Lo
(c
)
c
4.15
1 20lg 1 2
3.6db
4、确定两转折频率：
F
F
1
反馈
四;系统的结构框图
F1(
K1
s)
K2
F2（s）
1100/4//420/223023
6
6
五：传递函数
由系统的结构框图可以求函数为得， 系统的开环传递：
G0
s
K1K2 Km Kn
TmS 1TnS 1
闭环传递函数：
Gc
s
Tm S
1
K1K2 Km Kn
TnS 1 K1K2KmKn
1100/4//420/223023
1
1 T
c 2.75
5、补偿增益：
2
1 T
1
c
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-北京科技大学
北京科技大学自动控制原理课程设计学院：班级：学号：指导教师：姓名：目录一．引言 (3)二．系统模型的建立 (3)三．系统控制的优化 (3)3.1 PID调节参数的优化 (3)3.2 积分分离PID的应用 (3)四，结语 (3)双轮自平衡智能车行走伺服控制算法摘要：全国第八届“飞思卡尔”智能汽车大赛已经结束。
光电组使用大赛提供的D车模，双轮站立前进，相对于以前的四轮车，双轮车的控制复杂度大大增加。
行走过程中会遇到各种干扰，经过多次的实验，已经找到了一套能够控制双轮车的方法。
双轮机器人已经广泛用于城市作战，排爆，反恐，消防以及空间消防等领域。
实验使用单片机控制双电机的转速,达到了预期的效果。
关键词:自平衡;智能;控制算法Motion Servo Control Algorithm forDual Wheel Intelligent CarAbstract: The 8th freescale cup national Intelligent Car competition of has been end.The led team must used D car which has only 2tires.It is more difficult to control prefer to control A car which has 4tires.There is much interference on the track. A two-wheeled robots have been widely used in urban warfare, eod, counter-terrorism, fire control and space fire control and other fields。
We has searched a good ways to control it.We used MCU to control the speed of motors and get our gates.Key Words: balance by self; intelligent; control algorithm一．引言双轮自平衡车是智能汽车中一个重要的组成部分。
- 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)。
成绩：自动控制原理课程设计报告学生姓名：黄国盛班级：工化144学号：201421714406指导老师：刘芹设计时间：2016.11.28-2016.12.2目录1.设计任务与要求 (1)2.设计方法及步骤 (1)2.1系统的开环增益 (1)2.2校正前的系统 (1)2.2.1校正前系统的Bode图和阶跃响应曲线 (1)2.2.2MATLAB程序 (2)3.3校正方案选择和设计 (3)3.3.1校正方案选择及结构图 (3)3.3.2校正装置参数计算 (3)3.3.3MATLAB程序 (4)3.4校正后的系统 (4)3.4.1校正后系统的Bode图和阶跃响应曲线 (4)3.4.2MATLAB程序 (6)3.5系统模拟电路图 (6)3.5.1未校正系统模拟电路图 (6)3.5.2校正后系统模拟电路图 (7)3.5.3校正前、后系统阶跃响应曲线 (8)4.课程设计小结和心得 (9)5.参考文献 (10)1.设计任务与要求题目2：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数()()00.51KG s s s =+用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。
任务：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性能指标：（1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差0.05ss e rad <；（2）系统校正后，相位裕量45γ> 。
（3）截止频率6/c rad s ω>。
2.设计方法及步骤2.1系统的开环增益由稳态误差要求得：20≥K ，取20=K ；得sG 1s 5.0201)s(0.5s 20)s (20+=+=2.2校正前的系统2.2.1校正前系统的Bode 图和阶跃响应曲线图2.2.1-1校正前系统的Bode 图图2.2.1-2校正前系统的Bode图图2.2.1-3校正前系统的阶跃响应曲线2.2.2Matlab程序（1）校正前系统的Bode图实现程序代码如下：>>G=tf(20,[0.510]);margin(G);（2）校正前系统的阶跃响应图实现程序代码如下：>>G=tf(20,[0.510]);step(feedback(G,1));3.3校正方案选择和设计3.3.1校正方案选择及结构图由图2.2.1-2校正前系统的bode 图。
确定截止频率和相角裕度：17.60=c ω180=γ因为⎪⎩⎪⎨⎧=<=> 456*0*0γγωωc c ，考虑滞后校正。
而用迟后校正在*c ω处系统又没有足够的相角贮备量，即51618)(180)(**0*0=+<=∠+=γωωγc c j G 故采用“滞后—超前”校正。
校正结构图如下：图 3.3.1校正结构图3.3.2校正装置参数计算选择校正后系统的截止频率6'*==c ωω，超前部分应提供的最大超前角为33618456)(**=+-=+-=c c m ωγγϕ则84177.139211.339211.3sin 1===-+=a a mm ，ϕϕ在c ω=6处作垂线，与)(0ωL 交于点A ,确定A 关于dB 0线的镜像点B ；以点B 为中心作斜率为dec dB /20+的直线，分别与过srad a c C /05062.11684177.1*=⨯==ωω两条垂直线交于点C 和点D ，则C 点频率：srad a c C /05062.11684177.1*=⨯==ωωD 点频率：s rad a c D /257735.384177.16===ωω从点C 向右作水平射线，从点D 向左作水平射线，在过D 点的水平线上确定c E ωω1.0=的点E ；过点E 作斜率为dec dB /20-的直线交dB 0线于点F ，相应频率为F ω，则E 点频率：srad c E /6.061.01.0*=⨯==ωωsrad a c D /257735.384177.16===ωωDC 延长线与dB 0线交点处的频率s rad c c /344816.6617.62200===ωωωF 点频率：s rad E D F /308069.0344816.66.0257735.30=⨯==ωωωω故可写出校正装置传递函数105062.111257735.31308069.016.01111)s (++⋅++=++⋅++=s s s s s s s s G C D F E C ωωωω以下进行验算。
校正后系统开环传递函数为)105062.11)(1308069.0(1)s(0.5s )1257735.3)(16.0(20)s ()s ()s (0++⋅+++⋅==s s s s G G G C )1336519.3(0.293743s 1)s(0.5s 1)1.973629s s 511603.0(20)1s )(0.09049316s 1)(3.24602s(0.5s )1s )(0.3069621(1.666667s 2022++⋅+++⋅=+++++=s 3.3.3MATLAB 程序：校正环节的传递函数实现程序代码如下：>>Gc=tf([0.5116031.9736291],[0.2937433.3365191]);3.4校正后的系统3.4.1校正后系统的Bode 图和阶跃响应曲线图 3.4.1-1校正后系统Bode图图 3.4.1-2校正后系统Bode图图 3.4.1-3校正后系统阶跃响应曲线校正后系统的截止频率、相位裕度为*/6c c s rad ωω==︒>=∠+=4549)(180 c j G ωγ=*γ设计要求全部满足。
3.4.2MATLAB 程序（1）校正后系统Bode 图实现程序代码如下：>>G=tf(20,[0.510]);Gc=tf([0.5116031.9736291],[0.2937433.3365191]);sys=G*Gc;margin(sys);（2）校正后系统阶跃响应图实现程序代码如下：>>G=tf(20,[0.510]);Gc=tf([0.5116031.9736291],[0.2937433.3365191]);sys=G*Gc;step(feedback (sys,1));3.5系统模拟电路图3.5.1未校正系统模拟电路图图 3.5.1未校正系统模拟电路图3.5.2校正后系统模拟电路图图3.5.2校正后系统模拟电路图3.5.3校正前、后系统阶跃响应曲线：图3.5.3-1MATLAB系统校正前、后系统阶跃响应曲线图3.5.3-2MULTISIM系统校正前、后系统阶跃响应曲线4.课程设计小结和心得Ⅰ课程设计总结校正方法选择遇到的问题：1、若直接选择超前校正，实现代码和过程如下：>>G=tf(20,[0.510]);margin(G);%校正前Bode图>>wc1=8.3;[m,p,w]=bode(G);%该句分别返回频域响应幅值向量m、相角向量p和频率向量w M1=spline(w,m,wc1);%spline为三次曲线插值函数，该句作为通过插值求函数m(w) a=M1^(-2);%的取值，其中w=wc1T=1/(wc1*sqrt(a));%求a、T的值Gc=tf([a*T1],[T1])Transfer function:%程序输出0.2135s+1------------0.068s+1%MATLAB求得超前校正传函为（0.2135s+1）/（0.068s+1）>>sys=G*Gc;margin(sys);%校正后Bode图为使相位裕度达到45以上，截至频率至少要调到8.3rad/s，比设计要求6rad/s大很多。
2、若直接采用滞后校正，实现代码及过程如下：>>G=tf(20,[0.510]);margin(G);%校正前Bode图>>mama=45;phy1=-180+mama+6;[m,p,w]=bode(G);wc1=spline(p,w,phy1);%利用未校正系统的Bode图求校正后系统期望的截止频率wc1 M1=spline(p,m,phy1);b=1/M1;T=10/(b*wc1);Gc=tf([b*T1],[T1])sys=G*Gc;margin(sys);%校正后Bode图Transfer function:6.174s+1-----------59.26s+1%MATLAB求得滞后校正传函为（6.174s+1）/（59.26s+1）校正后截止频率比设计要求小很多。
也不符合要求。
3、在模拟电路的设计中发现校正后电路阶跃响应在多次测试中不一致，最终确认为校正的一阶微分环节电阻过大导致系统不稳定。
为保证调节时间不变，将对应电容调大十倍，电阻降低到十分之一。
4、校正后的系统模拟电路阶跃响应稳定电压偏小，最终确认是误把补偿电阻都设置为100k,遗漏了补偿电阻的计算和调整。
重新计算和调整补偿电阻使阶跃响应正常。
5、在MULTISIM中模拟阶跃输入使不能用函数发生器的1V方波或者1V电源加开关等，只能用脉冲信号模拟，将脉冲频率调到0.05Hz左右可看的系统的阶跃响应曲线。
Ⅱ课程设计心得1、通过本次自动控制原理课程设计，对超前、滞后、滞后-超前三种频域校正方法进行理解和实践。
学会对系统进行频域下的分析及如何确定校正方案。
频域法所加网络不影响系统的稳态精度，而且能改善系统的动态性能，利用频域法设计校正装置时，要将时域性能指标转化到频域，根据相角裕量以及幅值裕量来设计系统的校正网络。
2、此次课程设计使用了MATLAB R2007b软件，使我们掌握了MATLAB在自动控制系统方面的应用。
通过查阅相关书籍，学习了MATLAB自动控制系统模型建立和仿真的实现代码。
对MATLAB的强大功能有了更进一步的了解。
3、在此期间确实学习到了很多的知识和技能。
加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识点多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个原理，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中需要我们自学相关的理论知识。
平时看课本时有些不求甚解的知识点，做完课程设计便理解了，并且加深了记忆。
参考文献[1]张德丰.MATLAB自动控制系统设计[M].北京:机械工业出版社，2010.314－320.[2]师宇杰.自动控制原理:基于MATLAB仿真的多媒体授课教材（上册）[M].北京:国防工业出版社，2007.269－288.[3]孙亮.MATLAB语言与控制系统仿真[M].北京:北京工业大学出版社，2006.287－295.[4]张德丰.MATLAB控制系统设计与仿真[M].北京:清华大学出版社，2014.276－287.[5]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社，2006.324－348.。