自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计课件
如模型参考自适应控制、自适应PID控制等，用于不确定系统的控制。
智能控制算法
如模糊控制、神经网络控制等，用于复杂系统的控制。
控制算法的仿真和验证
建立数学模型
根据实际系统建立数学模型，包括连续时间 系统、离散时间系统等。
仿真软件选择
选择合适的仿真软件，如Simulink、 Matlab等。
促进创新
课程设计能够培养学生的系统分 析、设计和调试能力，提高解决 实际问题的能力。
通过实践探索，激发学生的创新 思维，为未来的研究和开发奠定 基础。
课程设计的任务和要求
设计任务
01
学生需根据给定的控制要求，设计一个实际的控制系统，包括
系统建模、分析和优化等环节。
设计要求
02
设计方案需满足稳定性、快速性和准确性的要求，同时考虑实
控制器设计
基于系统模型，设计合适的控 制器，以满足控制要求。
实验测试
搭建实际控制系统，进行实验 测试，验证设计的可行性和有 效性。
02
控制系统基础知识
控制系统的基本概念
控制系统的定义
控制系统是由控制器、受控对象 和反馈通路组成的一种闭环系统， 用于实现特定的控制目标。
控制系统的组成
控制系统通常包括输入、输出、 控制对象、传感器、控制器和执 行器等组成部分。
选择合适的控制策略
根据设计要求选择合适的控制算法和控制 策略。
控制器设计
基于被控对象的模型，设计合适的控制器 ，以满足性能要求。
系统建模
建立被控对象的数学模型，为后续设计提 供依据。
控制系统设计的实例分析
温度控制系统设计
以温度为被控对象，设计一个自动控制系统，实现温度的自动调 节。
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。
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计1000字随着科学技术的不断发展，自动控制技术在现代工业生产中已经广泛应用。
在这其中，自动控制原理是自动控制技术中最基础、最重要的理论课程之一。
本文通过对自动控制原理课程设计的阐释，介绍一下该课程的内容、目的和方法。
一、自动控制原理的内容自动控制原理的内容涉及科学基础理论、数学工具和计算机方法，它主要包括以下几个方面：1. 控制系统的基础概念：控制系统的基本概念、控制系统的分类、控制系统的组成和控制系统的传动机构等。
2. 控制系统的数学模型：从物理规律和经验中推导出数学模型，建立控制系统的数学模型。
3. 控制系统的性能评价：针对控制系统的稳态性、动态性、准确性等性能指标进行评价。
4. 控制系统的设计方法：根据控制要求，通过合适的控制方法设计出控制方案。
5. 控制系统的稳态分析：控制系统的稳态特性分析，包括稳态误差计算、校正系数设计等方面。
二、自动控制原理课程设计的目的自动控制原理课程设计的主要目的是为了让学生在学习自动控制原理的基础理论的同时，完成具体的控制系统设计和仿真实验。
这可以帮助学生更好地掌握自动控制原理的方法和技巧。
1. 提高学生的实践能力：通过自动控制原理课程设计，学生可以更好地了解自动控制原理的实际应用及其特点，提高了学生的实践动手能力。
2. 增强学生自主学习能力：课程设计需要运用数学知识、自动控制原理、计算机技术进行综合应用，这提高了学生对多种知识的综合应用能力。
3. 培养学生的团队协作能力：课程设计过程中，需要学生们共同完成，这有助于团队协作能力的提升。
三、自动控制原理课程设计的方法自动控制原理课程设计方法主要包括以下几个方面：1. 确定课程内容和设计要求：课程设计前，应该明确整个课程设计的要求和任务，确定设计方案与设计目标。
2. 建立数学模型和仿真平台：根据课程要求，选择合适的模型，进行控制系统的建模。
确定仿真平台，配置必要的软硬件环境。
3. 设计算法：针对控制系统的稳态性、动态性、准确性等性能指标，结合数学模型，设计合适的控制算法。
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。
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计专业：电气工程及其自动化设计题目：二阶系统的综合设计班级：电自1141班学生姓名：Jason学号12指导教师：王彬分院院长：许建平教研主任：高纯斌电气工程学院目录第一章课程设计内容与要求分析 (2)1.1 课程设计内容 (2)1.2 课程设计要求分析 (2)1.2.1 二阶系统综合设计要求分析 (2)1.2.2 直流电机调速设计要求分析 (3)第二章二阶系统综合设计 (4)2.1 校正系统参数及特性图和结构图的确定 (4)2.2 MATLAB仿真实现过程 (6)2.2.1 程序编写 (6)2.2.2 Simulink仿真过程 (8)第三章直流电机调速 (10)3.1 开环直流电机调速 (10)3.2 单闭环晶闸管直流调速系统实验 (10)第四章自控课设总结 (12)参考文献 (13)致谢 (13)第一章课程设计内容与要求分析1.1 课程设计内容本次课程设计内容主要分为两大部分，第一部分为利用有源串联超前校正网络进行二阶系统校正。
通过校正装置开关的开合来比较校正前后的效果差异，主要利用MATLAB进行相关程序的编写和仿真，结合最终的结果经过分析论证最终得出相应结论。
第二部分为直流电动机开环调速实验和单闭环晶闸管直流调速系统实验。
二阶系统综合设计要求：1）开关S闭合引入校正网络后，在单位阶跃输入信号作用时，’≥4.4弧度/秒，相位裕量γ’≥45°；开环截止频率ωc2）根据性能指标要求，确定串联超前校正装置传递函数；3）手工绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线；4）利用Matlab仿真软件辅助分析设计，并验算设计结果，绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线；5）在Matlab-Simulink下建立系统仿真模型，求校正前、后系统单位阶跃响应特性，并进行系统性能比较；6）根据计算结果确定有源超前网络元件参数R、C值。
直流电动机调速设计要求：1）未接入反馈回路时直流电动机的转速随负载的变化而产生变化；2）通过晶闸管直流调速系统对系统进行调速；3）接入反馈后在给定电压和负载下产生一个转速，通过负载的改变系统转速能恢复到原来的状态；4）利用电力系统试验台进行试验。
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。
自动控制原理课程设计---单位负反馈系统设计校正
自动控制原理课程设计---单位负反馈系统设计校正
单位负反馈系统是自动控制原理课程设计中的重要内容，它是将输入信号与反馈信号进行比较、控制，从而达到调节系统性能的一种手段。
其目的是提高系统的稳定性和可靠性，缩小输入量的波动对输出量的影响，保持系统性能的稳定性和提高系统的控制性能，增强系统的鲁棒性。
系统的校正是保证其良好性能的前提，系统校正理论是所有反馈控制系统的基础之一，是实现系统自动控制的根本。
一、系统校正要点
1、调节器模式：调节器的类型是校正的核心，调节器的模式决定着反馈控制系统的性能。
常用的调节器有PI、PD、PID参数调节器，应根据实际情况灵活选择。
2、参数校正：选择调节器模式后，需要进行具体参数的校正，校正的过程一般有两种：经验法和数学模型法可以采用。
3、现场校正：现场校正过程主要是现场对参数进行实践调整，包括检查输入信号校正等，此类校正只能通过仪器进行，由于仪器的精度不同，校正效果也会有所不一样。
二、系统校正实施
1、系统检查：在校正实施前需要进行系统检查，检查项包括仪表精度以及反馈控制系统的结构与结构，检查后才能确定最佳的参数；
2、参数设置：在校正过程中，参数设置是提高反馈控制系统可用性的关键，特别是PID参数的调节，这要求改变参数时，要结合理论，灵活调整，以保证系统满足要求；
3、系统性能：在系统校正完成后，对系统性能进行检查，要求系统要满足设定的所有参数，结果必须与预期的结果保持一致，否则可以继续微调参数设置，以更好的满足需要。
总之，系统校正是自动控制原理中重要的一环，它既涉及到调整调节器参数，也涉及到系统调试等过程，必须根据实际情况，灵活选择，层层检查，从而实现反馈控制系统的良好性能。
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校正后绘制的系统的阶跃响应曲线如图1-4所示，由图可知时域性能指标：超调量σ%=16.0814%＜25%，已达到题目要求；静态速度误差系数=6rad/s，也已达到要求。
5设计结论
通过应用根轨迹方法设计校正装置，使系统满足题目的性能指标的要求，首先要根据给定的动态时域性能指标，确定期望的闭环主导极点的区域位置，若是二阶系统，可以直接求出极点，高阶可以求出主导极点，绘制未校正系统的根轨迹，若期望的主导极点不在此根轨迹上，而且可以看出此根轨迹不能提供满意的动态性能，说明只能靠改变增益来满足系统的性能指标，必须使用校正装置来改造闭环系统的根轨迹，使其通过主导极点，用SISOTOOL，很方便满足条件，且很快可以求出校正装置传递函数，若校正后的根轨迹已经通过期望的闭环主导极点，则应该检验相应的闭环比例系数是否满足要求，若不满足，可以在原点附近增加偶极子的方法来提高开环比例系数，同时保持根轨迹通过期望的主导极点。
sisotool(s1)%on调用SISOTOOL根轨迹设计校正方案
运行程序后，还有如图1-1所示未校正系统的阶跃给定响应曲线。由曲线可知，系统阶跃响应超调量接近40%，不满足题目超调量的要求（由阻尼比ζ=0.407求得σ%=25%）。
图1-1未校正系统的阶跃响应曲线
图1-2未校正系统的根轨迹曲线
4.3由题目要求确定校正装置传递函数并校验校正装置是否符合要求
西安石油大学
课程设计
电子工程学院电气自动化专业
自动化1001班
题目根轨迹法校正
学生张杰
指导老师魏娜
二0一0年十二月
《自动控制理论I》
课程设计任务书
题目
根轨迹法校正
学生姓名
张杰
学号
201005200141
专业班级
电气1001
设
计
内
容
与
要
求
设计内容：
附加题41号：
已知系统开环传递函数如下
试用根轨迹解析方法对系统进行滞后串联校正设计，使系统满足：
6设计总结………………………………………………………………（8）
参考文献…………………………………………………………… …（8）
2课题设计题目，要求及思路
题目：已知系统开环传递函数如下
试用根轨迹解析方法对系统进行滞后串联校正设计，
要求使系统满足：
（1）闭环主导极点的阻尼比ζ=0.407，
（2）静态速度误差系数 =6rad/s。
二阶系统的性能指标和参数之间具有明确的解析式，而高阶系统没有这一特点，只能通过寻找对系统动态性能起决定作用的主导极点，从而近似成二阶系统，在留有余量的情况下，作为设计依据。因此，可以把讨论对系统性能指标的要求转化为对系统期望主导极点在S平面上分布的要求。所以，根轨迹法校正就是迫使被校正系统的根轨迹通过期望主导极点而达到校正的目的。
思路：
利用根轨迹设计校正系统，即对系统增加零点和极点，合理配置零极点的分布即可实现对某些性能指标的改进。
3设计思想
设计思想:
当系统的性能指标给定为时域指标（如超调量、阻尼系数、自然频率等）时，用根轨迹法对系统进行校正比较方便。这是因为系统的动态性能取决于它的闭环零、极点在S平面上的分布。
因此，根轨迹法校正的特点就是：如何选择控制器的零、极点，去促使系统的根轨迹朝有利于提高系统性能的方向变化，从而满足设计要求。
（1）闭环主导极点的阻尼比ζ=0.407；
（2）静态速度误差系数 =6rad/s；
设计要求：
（1）编程绘制原系统的单位阶跃响应曲线，并计算出原系统的动态性能标；
（2）利用SISOTOOL设计校正方案（得到相应的控制器参数）；
（3）绘制校正后系统阶跃响应曲线，并计算出校正后系统的动态性能指标；
（4）整理设计结果，得出设计结论并提交设计报告。
4编制的程序及仿真图…………………………………………………...（4）
4.1求校正装置的放大系数 …………………………………………（4）
4.2校验原系统的阶跃响应超调量是否满足要求………………………（4）
4.3由题目要求确定校正装置传递函数并校验校正装置是否符合要求…（4）
5设计结论………………………………………………………………（6）
6设计总结
通过利用《自动控制理论》课程设计这次机会，我们基本上掌握了MATLAB编程和仿真的应用方法，并加深了对自动控制知识的理解。在做这次设计同时，我感受到了MATLAB的先进功能，它集成许多工具箱和仿真功能，具有很强的数值计算能力，使烦躁无味且很抽象的自动控制变得简便易学，吸引了大家的积极性。
参考文献
用以下程序绘制未校正系统的Bode图与单位阶跃响应曲线。
n1=[4]%传递函数分子
d1=conv([1 0],[1 2.5])%分母用conv表示卷积
s1=tf(n1,d1)%转换成传递函数；
figure(1);margin(s1);holdon
figure(2);sys=feedback(s1,1);step(sys)%求得未校正传递函数的阶跃响应曲线；
《自动控制理论》课程设计指导书．薛朝妹，霍爱清．西安石油大学电子工程学院
《自动控制原理》胡寿松科学出版社
《自动控制原理与应用》梁南丁北京大学出版社
/起止时间
2007年12月24日至2007年12月30日
指导教师签名
年月日
系（教研室）主任签名
年月日
学生签名
张杰2010年12月24日
报告目录
1任务书…………………………………………………………………...（2）
2课程设计的题目………………………………………………………...（4）
3设计思想………………………………………………………………...（4）
在调用SISOTOOL工具里设置阻尼比为0.407，并使校正的增益为3.75，添加零点和极点，并反复移动，一直到阶跃响应满足题目要求。
最后得到使校正后系统满足：（1）闭d/s的校正传递函数如下：
图1-3校正后系统的根轨迹曲线和校正后系统的Bode图
4编制的程序及仿真图
4.1求校正装置的放大系数 。
要求:(1)静态速度误差系数 =6rad/s。
根据自动控制理论，对I型系统有 1.6rad/s，校正装置的放大系数为
= =3.75rad/s
(2)闭环主导极点的阻尼比ζ=0.407，
根据自动控制理论，求得σ%=25%
4.2校验原系统的阶跃响应超调量是否满足要求。