自动控制原理大作业
自动控制原理大作业报告
背景：卫星通讯具有通讯距离远、覆盖范围大、通讯方式灵活、质量高、容量大、组网迅速基本不受地理和自然环境限制等一系列优点。
近来，采用小口径天线的车载卫星天线得到越来越广泛的应用。
系统采用8052单片机，对步进电动机运转和锁定进行有效控制。
在我做的大作业中选取了其中自动控制的部分进行分析和校正。
系统的提出：天线方位角位置随动系统建摸系统的原理图如图所示。
系统的任务是使输出的天线方位角θ0(t)跟踪输入方位角θi(t)的变化，试建立该系统的数学模型。
系统的参数值如下：电源电压V=10v；功率放大器的增益和时间常数K1=1，T1=0.01s；伺服电动机的电枢回路电阻Rd =8Ω，转动惯量Ja=0.02Kg m2，粘性摩擦系数f a=0.01N m s/rad，反电势系数C e=0.5V s/rad，转矩系数C m=0.5N m/A；减速器各齿轮的齿数为Z1=25，Z2= Z3=250；负载端的转动惯量JL=1 Kg m2粘性摩擦系数fL=1N m s/rad。
预定目标：阶跃响应的稳态误差为0，斜坡响应的稳态误差小于5%，阶跃响应的超调量小于25%，调节时间小于0.5s解：采用组合系统建摸法，根据原理图可以将系统划分为六个环节：输入电位器，差分放大器，功率放大器，电动机，减速器和输出电位器。
首先建立各个环节的数学模型，然后将它们组合起来则可得系统的数学摸型。
1环节的数学模型(1) 输入电位器与输出电位器由于输入电位器与输出电位器的线路和电位器的结构均相同，故这两个环节的传递函数是一样的。
对电位器环节的输出电压与输入角位移的特性进行线性化处理则可视其为一比例环节。
由图可知；当动触头位于电位器中心时其输出电压为零；朝前或朝后转动5圈其输出电压变化均为10V。
于是可得它们的传递函数为(2) 差分放大器与功率放大器放大器通常工作在放大状态，可不考虑饱和的影响。
差分放大器的时间常数比起功率放大器以及系统的其他环节的时间常数要小得多，可以忽视不计。
自动控制原理大作业
自动控制原理大作业学院：航天学院专业：飞行器设计与工程姓名：XX学号：XXXXXXXXXXX目录自动控制原理大作业 (1)设计任务书 (3)一、设计过程 (3)1. 人工设计 (3)2. 系统校正前后bode图 (5)3. 性能指标验算数据 (5)二、计算机辅助设计 (6)1. Simulink仿真框图 (6)2. Bode图 (7)3. 校正后的bode图： (7)4. 校正前的bode图 (7)5. 阶跃响应曲线 (8)校正后阶跃响应曲线 (8)校正前阶跃响应曲线 (9)6. 校正装置电路图 (9)三、设计结论 (10)四、设计后的心得体会 (10)五、参考文献 (10)设计任务书（钻机控制系统)技术要求：增益；阶跃信号输入时超调量22%，调整时间为0.7s;阶跃输入且干扰为零时误差为0；干扰为阶跃,输入为0时,稳态响应为0。
01。
一、设计过程1.人工设计已知阶跃信号输入时超调量,调整时间根据高阶系统性能指标关系的经验公式可得：,，系统是单位负反馈系统，所以误差信号就是偏差信号E(s).设和分别为R（s）、D（s）产生的误差信号，那么有按题目要求解得K=100代入可知，校正前的开环传递函数为：采用超前补偿即可满足。
超前补偿网络公式满足:解得，取，补偿后系统的开环传递函数为2.系统校正前后bode图3.性能指标验算数据幅值穿越频率：相位裕度：稳态误差:所以设计的补偿网络提高了相位裕度，并且满足了稳态误差要求。
二、计算机辅助设计1.Simulink仿真框图2.Bode图3.校正后的bode图：4.校正前的bode图5.阶跃响应曲线校正后阶跃响应曲线校正前阶跃响应曲线6.校正装置电路图其中三、设计结论校正后的传递函数为：幅值穿越频率:相位裕度：稳态误差:满足设计要求。
四、设计后的心得体会通过本次设计,我对自动控制原理这门课程有了更加系统的理解。
然后学会了如何使用matlab来仿真自动控制原理中的各个环节,并绘制bode图。
哈工大自动控制原理大作业
Harbin Institute of Technology自动控制原理设计论文课程名称：自动控制原理设计题目：液压伺服系统校正院系：测控技术与仪器系班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学自动控制原理大作业一、 设计任务书考虑图中所示的系统。
要求设计一个校正装置，使得稳态速度误差常数为-14秒，相位裕度为，幅值裕度大于或等于8分贝。
利用MATLAB 画出已校正系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应曲线。
二、 设计过程1、 人工设计1）、数据计算由图可知，校正前的开环传递函数为：0222s+0.10.025(20s 1)G =0.1(s 0.14)(1)44s s s s s +=++++ 其中按频率由小到大分别含有积分环节和放大环节，-20dB/dec ；一阶微分环节，10.05/w rad s =，0dB/dec;振荡环节，22/w rad s =，-40dB/dec;稳态速度误差：0202s+0.1e ()lim (s)lim 0.025(s 0.14)ss s s sG ss s →→∞===++。
显然，此时的相位裕度和稳态速度误差都不满足要求。
为满足题目要求，可以引入超前校正，提高系统的相位裕度和稳态速度误差。
2）、校正装置传递函数 （1）、稳态速度误差常数的确定为使稳态速度误差常数为-14秒,设加入的开环放大倍数为k,加入校正装置后的稳态速度误差满足： 11e ()4k 0.025kss v ∞=== 解得K=160；将K=160带入，对应的传递函数为：0222s+0.14(20s 1)G (s)=1600.1(s 0.14)(1)44s s s s s +=++++ 则校正前（加入k=160的放大倍数后）幅值穿越频率：018.00/c w rad s =，相位裕度：o 00.1631c r =； （2）、校正装置的确定这里采用超前补偿，由前面算得k=160，故设加入的校正装置传递函数为：111G (s)T 1c aT s s +=+ 设计后要求o =50γ,则o 0-=500.163149.8369o o γγ-=；a 满足：01sin 49.83691a a -=+ 解得：a =7.33，取a =8.取1010/18.00/c w rad s w rad s =<=作为第一个转折频率，取第二个转折频率为21*80/w a w rad s ==；在伯德图上过3rad/s 处做斜率为-20dB/dec 的线。
自动控制原理(大作业)
线性离散系统的分析题（共100分）
1 试用部分分式法、幂级数法和反演积分法，求下列函数的z 反变换：（10分） (1) )
2)(1(10)(--=z z z z E (2) 2
11
213)(---+-+-=z z z z E 2 试确定下列函数的终值：（10分） (1) 2
11
)1()(---=z Tz z E (2) )
1.0)(8.0()(2
--=z z z z E
3 设开环离散系统如图所示，试求开环脉冲传递函数G (Z )。
（10分）
第3题图
4 当z
z z z z z C 5.05.112)(2323+-++=时，计算系统前4个采样时刻c (0)，c (T )，c (2T )和c (3T )的响应。
（10分）
5已知线性离散系统的闭环脉冲传递函数为2
.01.0)(22-++=Φz z z z z ，试判断该系统是否稳定。
（10分）
6 设有零阶保持器的离散系统如下图所示，试求：
（1）当采样周期T 为1s 和0.5s 时，系统的临界开环增益K c ；
（2）当r (t )=1(t )，K =1，T 分别为2s ，4s 时，系统的输出响应c (kT )。
（15分）
第6题图
7 试用部分分式法、幂级数法和反变换公式法求函数）1.0)(8.0()(2
--=z z z z E 的z 反变换。
（15分）
8 设下图所示各系统均采用单速同步采样，其采样周期为T 。
试求各采样系统的输出C (z )表示式。
（20分）
第8题图。
自动控制原理大作业
自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。
自动控制是相对人工控制概念而言的。
自动控制原理：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，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。
相关简介：自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。
它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制。
二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。
应时而生：20世纪60年代初期，随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新的阶段——现代控制理论。
它主要研究具有高性能、高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。
目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论、信息论、仿生学、人工智能为基础的智能控制理论深入。
自动控制系统为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的整体，这就是自动控制系统。
在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度、压力或飞行轨迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的相关机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。
反馈控制系统在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。
下面是一个标准的反馈模型：开方：公式：X(n+1）=Xn+（A/Xn^2-Xn）1/3设A=5，开3次方5介于1^3至2^3之间（1的3次方=1，2的3次方=8）X_0可以取1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8，1.9，2.0都可以。
自动控制原理作业题(后附答案)
自动控制原理作业题(后附答案)-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII自动控制原理作业题第一章基本概念一、简答题1 简述自动控制的基本概念2 简述自动控制系统的基本组成3 简述控制系统的基本控制过程4 简述自动控制系统的基本分类5 试比较开环控制和闭环控制的特点6 简述自动控制系统的性能评价指标二、分析计算题1 液位自动控制系统如图所示。
试分析该系统工作原理，画出系统原理框图，指出被控对象、被控参量和控制量2 发动机电压调节系统如图所示，试分析其工作原理，画出系统原理框图，指出其特点。
3液面控制系统如图所示。
试分析该系统的工作原理，指出系统中的干扰量、被控制量及被控制对象，并画出系统的方框图。
4控制系统如图所示。
简述该系统的工作原理，说明该系统的给定值、被控制量和干扰量，并画出该系统的方块图。
图1-7发电机-电动机调速系统操纵电位计发电机伺服电机减速器负载Θr给定值Ur 前置放大器功放执行元件被控量Wm这是一个开环控制的例子+E-EUr操纵电位计R1R2R3R4放大器直流发电机伺服电机Wd Wm发电机-电动机调速系统减速器负载5火炮随动控制系统如图所示。
简述该系统的工作原理，并画出该系统的原理框图。
第二章 线性控制系统的数学模型一、简答题1 简述建立控制系统数学模型的方法及其数学表示形式2 简述建立微分方程的步骤3 简述传递函数的基本概念及其特点4 给出组成控制系统典型基本环节二、分析计算题1 有源电网络如图所示，输入量为)(1t u ，输出量为)(2t u ，试确定该电网络的传递函数2 电枢控制式直流电动机原理图如图所示，输入量为)(1t e ，输出量为)(t o θ，试确定其微分方程。
图中，电动机电枢输入电压；电动机输出转角；电枢绕组的电阻；电枢绕组的电感；流过电枢绕组的电流；电动机感应电势；电动机转矩；电动机及负载这和到电动机轴上的转动惯量；电动机及负载这和到电动机轴上的粘性摩擦系数。
自动控制原理大作业
自动控制原理大作业1.什么是自动控制？（填空）自动控制：是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。
2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么？（填空）开环控制和闭环控制3.开环控制和闭环控制的概念？开环控制：控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系特点：开环控制实施起来简单，但抗扰动能力较差，控制精度也不高。
闭环控制：控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，而且还有反向联系，既有被控量对被控过程的影响。
主要特点：抗扰动能力强，控制精度高，但存在能否正常工作，即稳定与否的问题。
掌握典型闭环控制系统的结构。
开环控制和闭环控制各自的优缺点？（分析题：对一个实际的控制系统，能够参照下图画出其闭环控制方框图。
）4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面？各自的定义？（填空或判断）（1）、稳定性：系统受到外作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力（2）、快速性：通过动态过程时间长短来表征的（3）、准确性：有输入给定值与输入响应的终值之间的差值来表征的第二章1.控制系统的数学模型有什么？（填空）微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性2.了解微分方程的建立？（1）、确定系统的输入变量和输入变量（2）、建立初始微分方程组。
即根据各环节所遵循的基本物理规律，分别列写出相应的微分方程，并建立微分方程组（3）、消除中间变量，将式子标准化。
将与输入量有关的项写在方程式等号的右边，与输出量有关的项写在等号的左边3.传递函数定义和性质？认真理解。
（填空或选择）传递函数：在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉普拉斯变换域系统输入量的拉普拉斯变换之比4.七个典型环节的传递函数（必须掌握）。
了解其特点。
（简答）。
自动控制原理作业题(后附答案)
自动控制原理作业题(后附答案)-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII自动控制原理作业题第一章基本概念一、简答题1 简述自动控制的基本概念2 简述自动控制系统的基本组成3 简述控制系统的基本控制过程4 简述自动控制系统的基本分类5 试比较开环控制和闭环控制的特点6 简述自动控制系统的性能评价指标二、分析计算题1 液位自动控制系统如图所示。
试分析该系统工作原理，画出系统原理框图，指出被控对象、被控参量和控制量2 发动机电压调节系统如图所示，试分析其工作原理，画出系统原理框图，指出其特点。
3液面控制系统如图所示。
试分析该系统的工作原理，指出系统中的干扰量、被控制量及被控制对象，并画出系统的方框图。
4控制系统如图所示。
简述该系统的工作原理，说明该系统的给定值、被控制量和干扰量，并画出该系统的方块图。
图1-7发电机-电动机调速系统操纵电位计发电机伺服电机减速器负载Θr给定值Ur 前置放大器功放执行元件被控量Wm这是一个开环控制的例子+E-EUr操纵电位计R1R2R3R4放大器直流发电机伺服电机Wd Wm发电机-电动机调速系统减速器负载5火炮随动控制系统如图所示。
简述该系统的工作原理，并画出该系统的原理框图。
第二章 线性控制系统的数学模型一、简答题1 简述建立控制系统数学模型的方法及其数学表示形式2 简述建立微分方程的步骤3 简述传递函数的基本概念及其特点4 给出组成控制系统典型基本环节二、分析计算题1 有源电网络如图所示，输入量为)(1t u ，输出量为)(2t u ，试确定该电网络的传递函数2 电枢控制式直流电动机原理图如图所示，输入量为)(1t e ，输出量为)(t o θ，试确定其微分方程。
图中，电动机电枢输入电压；电动机输出转角；电枢绕组的电阻；电枢绕组的电感；流过电枢绕组的电流；电动机感应电势；电动机转矩；电动机及负载这和到电动机轴上的转动惯量；电动机及负载这和到电动机轴上的粘性摩擦系数。
- 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)。
自动控制原理大作业
学院：航天学院
专业：飞行器设计与工程
姓名：XX
学号：XXXXXXXXXXX
目录
自动控制原理大作业................... 错误!未定义书签。
设计任务书............................ 错误!未定义书签。
一、设计过程
错误!未定义书签。
1.人工设计
错误!未定义书签。
2.系统校正前后bode图
错误!未定义书签。
3.性能指标验算数据
错误!未定义书签。
二、计算机辅助设计
错误!未定义书签。
1.Simulink仿真框图
错误!未定义书签。
2.Bode图
错误!未定义书签。
3.校正后的bode图：
错误!未定义书签。
4.校正前的bode图
错误!未定义书签。
5.阶跃响应曲线
错误!未定义书签。
校正后阶跃响应曲线.............. 错误!未定义书签。
校正前阶跃响应曲线.............. 错误!未定义书签。
6.校正装置电路图
错误!未定义书签。
三、设计结论
错误!未定义书签。
四、设计后的心得体会
错误!未定义书签。
五、参考文献
错误!未定义书签。
设计任务书
（钻机控制系统）技术要求：增益；阶跃信号输入时超调量22%，调整时间为；阶跃输入且干扰为零时误差为0；干扰为阶跃，输入为0时，稳态响应为。
一、设计过程
1.人工设计
已知阶跃信号输入时超调量,调整时间
根据高阶系统性能指标关系的经验公式
可得：，，
系统是单位负反馈系统，所以误差信号就是偏差信号E(s)。
设和分别为R(s)、D(s)产生的误差信号，那么有
按题目要求
解得K=100
代入可知，校正前的开环传递函数为：
采用超前补偿即可满足。
超前补偿网络公式
满足：
解得,取，
补偿后系统的开环传递函数为
2.系统校正前后bode图
3.性能指标验算数据
幅值穿越频率：
相位裕度：
稳态误差:
所以设计的补偿网络提高了相位裕度，并且满足了稳态误差要求。
二、计算机辅助设计
1.Simulink仿真框图
2.Bode图
3.校正后的bode图：
4.校正前的bode图
5.阶跃响应曲线
校正后阶跃响应曲线
校正前阶跃响应曲线
6.校正装置电路图
其中
三、设计结论
校正后的传递函数为：
幅值穿越频率：
：
相位裕度
满足设计要求。
四、设计后的心得体会
通过本次设计，我对自动控制原理这门课程有了更加系统的理解。
然后学会了如何使用matlab来仿真自动控制原理中的各个环节，并绘制bode图。
同时，在如何选择穿越频率方面，积累了经验。
在完成这次设计的同时，复习巩固了之前的知识，收获很多。
五、参考文献
《自动控制原理》，梅晓榕
11。