自动控制原理论文
自动控制原理论文
自动控制原理论文自动控制原理是现代控制工程的基础理论之一，它研究的是自动控制系统的设计、分析和应用。
自动控制系统是一种能够根据系统的输入和输出自动调节控制对象的状态或行为的系统，它在工业生产、交通运输、航空航天等领域都有着广泛的应用。
本文将从控制系统的基本概念、控制系统的分类、控制系统的性能指标和控制系统的设计方法等方面进行论述。
首先，控制系统是由控制器、执行器和被控对象组成的。
控制器接收输入信号，经过处理后输出控制信号，控制被控对象的状态或行为。
执行器接收控制信号，执行控制指令，改变被控对象的状态或行为。
被控对象是控制系统要控制的对象，其状态或行为受到控制器和执行器的影响。
控制系统的基本概念对于理解控制系统的工作原理和设计方法具有重要意义。
其次，控制系统根据控制对象的性质和控制方式可以分为连续控制系统和离散控制系统。
连续控制系统是指控制对象的状态或行为是连续变化的，控制器和执行器的输入和输出信号也是连续变化的。
离散控制系统是指控制对象的状态或行为是离散变化的，控制器和执行器的输入和输出信号也是离散变化的。
控制系统的分类对于选择合适的控制方法和设计控制系统具有重要意义。
再次，控制系统的性能指标包括稳定性、灵敏度、动态性能和鲁棒性等。
稳定性是指控制系统在受到干扰或参数变化时能够保持稳定的特性。
灵敏度是指控制系统对于输入信号和参数变化的敏感程度。
动态性能是指控制系统对于输入信号的响应速度和抑制能力。
鲁棒性是指控制系统对于模型不确定性和外部干扰的抵抗能力。
控制系统的性能指标对于评价控制系统的性能和改进控制系统的性能具有重要意义。
最后，控制系统的设计方法包括传统控制方法和现代控制方法。
传统控制方法是指基于数学模型和经验法则设计控制系统的方法，如PID控制器和根轨迹法则。
现代控制方法是指基于状态空间理论和优化理论设计控制系统的方法，如状态反馈控制和最优控制。
控制系统的设计方法对于实现控制系统的性能指标和满足控制要求具有重要意义。
自动控制原理毕业设计论文
毕业设计（论文）题目：锅炉汽温的非线性控制系统设计院系：专业年级：学生姓名：学号：指导教师：【摘要】电厂锅炉主汽温具有大延迟、大惯性、非线性等特点，传统的PID控制很难取得满意的控制品质，本文在线性PID的基础上，引入跟踪微分器及非线性模块，构造出一种新型的非线性PID控制器，进而提出了汽温非线性PID控制方案，对其进行仿真，并进行了抗干扰能力和鲁棒性测试。
结果表明相比于线性PID，非线性PID 具有更好地控制品质，并且具有较强的抗干扰能力和鲁棒性。
关键词：非线性PID控制器；电厂锅炉主汽温；使用Matlab仿真目录第一章引言..................................................... - 1 -1.1选题的背景及意义 (1)1.2国内外发展水平及面临的问题 (1)1.3课题研究内容 (2)第二章非线性PID控制器......................................... - 4 -2.1非线性理论 (4)2.1.1非线性控制的经典方法及局限性.............................. - 4 -2.1.2 非线性系统理论的最新发展及问题........................... - 5 - 2.2跟踪微分器（TD） (6)2.2.1 跟踪微分器的数学表达式................................... - 7 -2.2.2 跟踪微分器的数学模型的搭建（simulink下的实现）........... - 8 -2.2.3 跟踪微分器的仿真实现与分析.............................. - 10 - 2.3非线性组合 .. (13)2.3.1 几种典型的非线性组合.................................... - 13 -2.3.2非线性组合的数学模型实现................................. - 14 -2.3.3非线性组合的simulink搭建及仿真实现...................... - 14 - 2.4非线性PID控制器 .. (15)2.5α、δ对非线性函数FAL的影响及假设 (17)2.5.1 α对非线性函数fal的影响............................... - 17 - 2.6δ对跟踪微分器的影响. (20)第三章电厂主汽温控制系统方案 ................................... - 22 -3.1火电厂主汽温常规控制方案 (22)3.1.1 串级调节系统............................................ - 22 -3.1.2 仿真实例................................................ - 23 -3.2火电厂主汽温非线性PID控制方案 (24)第四章主汽温非线性控制的仿真研究 ............................... - 26 -4.1线性比例与非线性比例作用的比较与分析 (26)4.1.1参数设置................................................. - 26 -4.1.2 仿真实现与结果分析...................................... - 26 -4.2线性积分与非线性积分作用的比较与分析 (27)4.2.1 参数设置................................................ - 27 -4.2.2 仿真实现与结果分析...................................... - 27 -4.3线性比例微分与非线性比例微分作用的比较与分析. (28)4.3.1 参数设置................................................ - 28 -4.3.2 仿真实现与结果分析...................................... - 29 -4.4线性PID与非线性PID作用的比较与分析 (30)4.4.1 参数设置................................................ - 30 -4.4.2 仿真实现与结果分析...................................... - 30 -4.5非线性PID抗干扰能力测试与分析 (31)4.5.1 PID抗干扰能力测试....................................... - 31 -4.5.2 不含TD非线性PID抗干扰能力测试......................... - 32 -4.5.3 含TD的非线性PID抗干扰能力测试......................... - 33 -4.6非线性PID鲁棒性测试与分析. (34)第五章结论.................................................... - 37 -5.1结论 (37)5.2展望 (37)致谢................................................. 错误!未定义书签。
自动控制原理论文
自动控制原理论文自动控制原理，也被称为控制理论，是研究和设计控制系统的一门学科。
控制系统是用来改变或维持被控对象的状态或行为的一组设备和过程。
自动控制原理通过分析系统的数学模型和反馈机制来设计和优化控制系统，以实现期望的系统行为。
首先是系统建模。
系统建模是自动控制原理的第一步，其目的是将被控对象抽象为一个数学模型。
常见的数学模型有差分方程模型、微分方程模型和传递函数模型等。
对于线性时不变系统，传递函数模型是最常用的一种表示方法。
通过建立合适的数学模型，可以更好地理解系统的动态特性，并为控制器设计提供基础。
接下来是控制器设计。
控制器是自动控制系统的核心部分，其作用是根据系统的输入和输出信号实时调整控制量，使被控对象的输出信号与期望信号尽可能接近。
常见的控制器设计方法有比例控制、比例积分控制和比例积分微分控制等。
控制器设计的目标是在满足系统稳定性和鲁棒性的前提下，使系统的响应速度快、稳定性好。
然后是性能评估。
性能评估是对控制系统在不同工况下的性能进行定量分析。
常见的性能指标有超调量、调整时间和稳态误差等。
性能评估可以帮助我们了解控制系统的优缺点，进一步提高系统的控制性能。
最后是仿真分析。
仿真分析是在计算机上建立控制系统的数学模型，并进行模拟实验。
通过仿真分析，可以评估不同控制策略的性能，进行参数调整和优化。
仿真分析还可以帮助我们理解控制系统的动态特性，预测系统的行为。
总之，自动控制原理论文需要包含系统建模、控制器设计、性能评估和仿真分析等方面的内容。
在撰写论文时，需要深入研究自动控制原理的基本理论和方法，并结合实际案例进行分析和探讨。
同时，还需要运用数学建模和计算机仿真技术来验证理论结果，并提出进一步的优化方案。
自动控制原理论文
自动控制原理论文自动控制原理是现代控制工程的基础理论之一，它主要研究自动控制系统的基本原理、方法和技术。
自动控制系统是一种能够在没有人为干预的情况下，根据给定的规律，自动地对被控对象进行控制的系统。
它在工业生产、交通运输、航空航天、军事防卫等领域都有着广泛的应用。
自动控制原理的研究对象主要包括控制系统的建模、分析、设计和实现。
其中，控制系统的建模是自动控制原理的基础，它是指根据被控对象的特性和控制要求，将被控对象和控制器之间的关系用数学模型来描述。
常见的被控对象包括机械系统、电气系统、热力系统等，而控制器则可以是PID控制器、状态空间控制器、模糊控制器等。
通过建立准确的数学模型，可以为控制系统的分析和设计提供有力的支持。
控制系统的分析是指对已建立的数学模型进行稳定性、灵敏度、性能等方面的分析。
稳定性是控制系统的基本特性之一，它决定了系统在受到干扰或参数变化时的稳定性能。
灵敏度则是指控制系统对于参数变化的敏感程度，而性能则是指控制系统在实际工作中的控制质量。
通过对控制系统的分析，可以评估系统的性能指标，为系统的设计和改进提供依据。
控制系统的设计是自动控制原理的核心内容，它主要包括控制器的设计和参数的选择。
在控制器的设计中，需要根据被控对象的特性和控制要求，选择合适的控制策略和控制器结构。
同时，还需要对控制器的参数进行合理的选择和调整，以实现系统的稳定性、快速性和抗干扰能力。
在控制系统的设计过程中，需要综合考虑系统的动态特性、稳定性要求、性能指标等因素，以实现系统的最优控制。
控制系统的实现是自动控制原理的最终目标，它是指将设计好的控制系统实现到实际工程中，并进行调试和优化。
在控制系统的实现过程中，需要考虑系统的可靠性、实时性、成本等因素，以实现系统的可行性和实用性。
同时，还需要对控制系统进行调试和优化，以保证系统在实际工作中能够达到预期的控制效果。
总的来说，自动控制原理是一门理论与实践相结合的学科，它不仅包括控制系统的基本原理和方法，还涉及到工程技术和应用领域。
自动控制原理论文
自动控制摘要：综述了自动控制理论的发展情况，指出自动控制理论所经历的三个发展阶段，即经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论。
最后指出，各种控制理论的复合能够取长补短，是控制理论的发展方向。
自动控制理论是自动控制科学的核心。
自动控制理论自创立至今已经过了三代的发展：第一代为20世纪初开始形成并于50年代趋于成熟的经典反馈控制理论；第二代为50、60年代在线性代数的数学基础上发展起来的现代控制理论；第三代为60年代中期即已萌芽，在发展过程中综合了人工智能、自动控制、运筹学、信息论等多学科的最新成果并在此基础上形成的智能控制理论。
经典控制理论(本质上是频域方法)和现代控制理论(本质上是时域方法)都是建立在控制对象精确模型上的控制理论，而实际上的工业生产系统中的控制对象和过程大多具有非线性、时变性、变结构、不确定性、多层次、多因素等特点，难以建立精确的数学模型。
因此，自动控制专家和学者希望能从要解决问题领域的知识出发，利用熟练操作者的丰富经验、思维和判断能力，来实现对上述复杂系统的控制，这就是基于知识的不依赖于精确的数学模型的智能控制。
本文将对经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论的发展情况及基本内容进行介绍。
1自动控制理论发展概述自动控制是指应用自动化仪器仪表或自动控制装置代替人自动地对仪器设备或工业生产过程进行控制，使之达到预期的状态或性能指标。
对传统的工业生产过程采用自动控制技术，可以有效提高产品的质量和企业的经济效益。
对一些恶劣环境下的控制操作，自动控制显得尤其重要。
自动控制理论是与人类社会发展密切联系的一门学科，是自动控制科学的核心。
自从19世纪Ma xw el l对具有调速器的蒸汽发动机系统进行线性常微分方程描述及稳定性分析以来，经过20世纪初Ny q ui s t，Bo de，H a rr is，E va ns，Wi e nn er，N ic ho l s等人的杰出贡献，终于形成了经典反馈控制理论基础，并于50年代趋于成熟。
自动控制原理课程设计论文
Harbin Institute of Technology自动控制原理课程设计论文课程名称：自动控制原理课程设计设计题目：控制系统的设计与仿真院系：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课程设计任务书 设计题目：控制系统的设计与仿真一 题目要求1．已知控制系统直流电机的主要参数如下：电机转动惯量=m J 1.1B.FTS^2 负载转动惯量=l J 35kg.m^2 电机转矩灵敏度=t K 6B.FT/A 反电势系数=e K 8.1v/rad/s 电机电枢电阻=a R 4 电机电枢电感=a L 0.03H2．控制系统固有传递函数（或框图）待求；3．性能指标A（1）开环放大倍数60≥K （2）剪切频率 9040≤≤C ω （3）相位裕度50≥γ （7）角速度=•θ97°/s （8）角加速度=••θ350°/s ² （9）稳态误差≤SS e 0.5° 性能指标B（1）开环放大倍数400100≤≤K （2）剪切频率 10050≤≤C ω （3）相位裕度 60≥γ （7）角速度=•θ80°/s （8）角加速度=••θ300°/s ² （9）稳态误差≤SS e 0.2°二 设计过程 2.0固有传递函数已知控制系统直流电机的主要参数如下：电机转动惯量=m J 1.1B.FTS^2 负载转动惯量=l J 35kg.m^2 电机转矩灵敏度=t K 6B.FT/A 反电势系数=e K 8.1v/rad/s 电机电枢电阻=a R 4Ω 电机电枢电感=a L 0.03H根据已知参数可以根据自动控制元件书上有关直流电动机上的内容， 结合起来求出控制系统的固有传递函数,如图2.0 其中1m=3.281ft(英尺),J=Jm+Jl图2.0经过计算，得出固有函数的方框图)1049.0)(133(725.1)(0++=s s s G2.1人工设计2.1.1分析与选择校正方法原传递函数进行标准化化简得)11049.0/1)(1133/1(12367.0)1049.0)(133(725.1)(0++=++=s s s s s G可轻易得出原传递函数无剪切频率任务要求中对开环放大倍数K 的要求为开环放大倍数60≥K原放大倍数K0=0.12367，放大环节需要增加，设定开环放大倍数增致K=150，得到G1，则Kc=1212.9)11049.0/1)(1133/1(150)(2++=s s s G2.1.2总体设计方案—基于图解法合理运用校正环节析图像可知，需要加积分环节，而且放大环节需要增加 设定开环放大倍数增致K=150，得到G2 其中Kc=150/0.12367=1212.9)11049.0/1)(1133/1(150)(2++=s s s s G计算此时剪切频率c ω以及相角裕度γ11)1049.0/1(1)133/1(150)(222=++=c c c c j j j j G ωωωω相位裕度 ︒-=192.0γ 剪切频率 97.3=c ω分析Bode 图可知，仍需要加入环节使得剪切频率增大，且相位裕度增大， 所以加入一阶微分环节5s+1，经过整理加入校正环节11)1049.0/1(1)133/1()15(150)(22=+++=c c c c c j j j j j Ge ωωωωω当前的放大倍数 K=150 相位裕度 ︒=3.62γ 剪切频率 7.69=c ω 性能指标要求A 为：（1）开环放大倍数60≥K （2）剪切频率 9040≤≤C ω（3）相位裕度50≥γ性能指标B（1）开环放大倍数400100≤≤K （2）剪切频率 10050≤≤C ω （3）相位裕度 60≥γ可知现在已经达成性能指标A 和B 的要求 此时有ss s Gc )15(9.1212)(+=2.1.3顺馈校正性能指标A 要求：角速度=•θ97°/s ，角加速度=••θ350°/s ²，稳态误差≤SS e 0.5° 性能指标B 要求：角速度=•θ80°/s ，角加速度=••θ300°/s ²，稳态误差≤SS e 0.2° 设输入信号为R （t ）=ASinwt ，带入=•θAw ，=••θAw^2 稳态误差为)(w ss j E A e =加入顺馈环节可以有效减小系统稳态误差 设顺馈环节为Gb(s),有)(1)()(1)(2s G s G s G s E b +-=应有)()(2s G s G b =1时误差减小，15)(+=s ss G b2.1.4人工绘制校正前，后以及校正装置的Bode 图校正前开环传递函数)11049.0/1)(1133/1(12367.0)(0++=s s s G校正后)11049.0/1)(1133/1()15(150)(+++=s s s s s Ge校正装置ss s Gc )15(9.1212)(+=2.2计算机辅助设计2.2.1对被控对象仿真（1）被控对象开环传递函数仿真框图系统在Simulink 下的框图如图 2.1图2.1其Bode 图形如图2.2-200-150-100-50M a g n i t u d e (d B )10-310-210-110101102103104-180-135P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = Inf dB (at Inf rad/sec) , Pm = InfFrequency (rad/sec)图2.22.2.2加入放大环节后的仿真（1）加入放大环节后开环传递函数的仿真框如图2.3图2.32.2.3加入积分环节后校正系统的仿真（2）加入积分环节后开环传递函数的仿真框如图图2.4图2.4其Bode 图如图2.5-150-100-50050M a g n i t u d e (d B )10-110101102103-270-225-180-135-90P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = -1.04 dB (at 3.74 rad/sec) , Pm = -0.192 deg (at 3.97 rad/sec)Frequency (rad/sec)图2.5可以看出当前的放大倍数 K=150 相位裕度 ︒-=192.0γ 剪切频率 97.3=c ω2.2.4加入微分环节后系统的仿真（1）加入微分环节后开环传递函数的仿真框如图2.6图2.6Bode 图如图2.7-100-5050100M a g n i t u d e (d B )10-210-110101102103104-180-135-90P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = Inf dB (at Inf rad/sec) , Pm = 62.3 deg (at 69.7 rad/sec)Frequency (rad/sec)图2.7可以看出当前的放大倍数K=150；相位裕度︒=3.62γ；剪切频率7.69=c ω所以也是校正后的开环传递函数2.2.5校正环节的仿真校正环节的仿真框如图2.8图2.8对应Bode 图如图2.97580859095100105M a g n i t u d e (d B )10101010-90-45P h a s e (d e g )Bode Diagram Gm = Inf , Pm = InfFrequency (r ad/sec)图2.92.2.6校正后闭环系统的仿真（1）校正后闭环系统的仿真方框图如图2.10图2.10（2）对稳态误差的仿真输入A:26.883 Sin3.608t情况下稳态误差的仿真，如图2.11图2.11输入B:21.333 Sin3.75t情况下稳态误差的仿真，如图2.12图2.12通过读取scope观察稳态误差极小，满足条件3 校正装置电路图3.1校正装置的方框图校正环节的电路图，如图3.1TsTs K s Gc )1()(+=图3.14总结1．在这次自动控制原理课程设计中，通过已经得到了的实际的工程背景，我学会了利用Matlab 绘制Bode 图以及仿真的手段来分析以及解决实际问题的方法。
自动控制理论论文15篇(基于控制系统分析的自动控制理论课程建设及实践)
自动控制理论论文15篇基于控制系统分析的自动控制理论课程建设及实践自动控制理论论文摘要：在多年自动控制理论教学实践中，笔者对“控制理论”学以致用，在充分分析课程特点、考察教学过程的基础上，利用控制理论基本思想，发挥专业优势，分别针对目标制定、反馈设置、干扰抑制、控制手段等方面找到教学活动的对应环节，摸索出适合电类、机电类专业学生学习的教学方法。
同时，对其他课程体系建设具有一定的借鉴作用。
关键词自动控制理论自动论文自动自动控制理论论文:基于控制系统分析的自动控制理论课程建设及实践[摘要]自动控制理论课是电类专业的基础课程，在课程设置和学生培养中占有重要地位。
利用控制理论基本思想，指导该课程的建设过程，分析了教学过程的系统构成特性、制约因素及相应的解决方法。
通过多年的教学实践，取得了较好的教学效果。
[关键词]自动控制理论；系统分析；反馈；课程建设0 引言深化教学改革，提高教学质量，强化素质教育是当前高等学校教改的重要主题，而更重要的是教育思维模式的更新与变革。
所谓“教有法无定法”，但每位肩负“传道、授业、解惑”职责的教师都希望收到事半功倍的效果。
在专业课自动控制理论多年的教学工作中，笔者也在不断理解社会发展变革对其的新要求，调整具体的授课思路与方法，摸索新的教学策略。
本文将控制理论恰当地应用到自动控制理论教学之中，采取反馈控制手段，在教学实践中，有效地提高教学质量。
1 课程特点及控制系统结构自动控制理论课程是电气类、机电类专业的一门理论性很强的专业基础课，在学生培养过程中占有重要的地位，一般都在大学三年级第一学期或第二学期开设。
这门课有其自身的特点，如知识系统连接较为紧密、计算性强、作图方法多；课程中知识点多且抽象，而且对数学基础要求较高，涉及到的数学知识包括高等数学、线性代数、积分变换、复变函数等；与工程实际联系较为紧密。
在教学中必须要遵循由浅入深、从易到难的规律，对先修课程应有一定程度的理解，并在此基础上以系统的、整体的观念实施教学。
自动控制原理论文六篇
自动控制原理论文六篇自动掌握原理论文范文11．1授课理论性较强授课理论性强不利于培育理论联系实际的科学观点，不利于提升同学对专业的学习爱好。
为保证掌握理论的完整性和透彻性，若老师在授课过程中把过多时间和精力集中于原理讲解和公式推导上，就很难有充分的时间将理论学问与系统应用实例相结合，造成许多同学误认为该课程是一门应用数学课程，简单产生畏难心理。
另外，定单班的同学面临毕业即就业，没有升学再深造的压力，他们所关怀的是所学学问是否会用到将来的工作岗位中。
因此，课堂上讲授过多或过深的理论学问不利于提升同学对专业的学习爱好。
1．2缺少煤矿电气背景的相关实例通过与工作后的毕业生沟通，发觉有一条信息特别突出:大部分毕业生很难将自动掌握原理中所学的分析与设计方法应用到工程实践中。
这主要是由于所学课程大部分实例与同学所学专业相关性不强，多数同学对案例中涉及的专业背景不熟识，导致同学对学习课程的必要性、重要性和有用性熟悉模糊，学习爱好不高，学习“自动掌握原理”死搬硬套，应付考试的现象严峻，缺少敏捷运用和开拓创新的思路。
上述这些问题直接弱化了“自动掌握原理”作为专业基础课程的作用。
2“自动掌握原理”授课内容调整为顺应煤炭电气化进展需求和人才培育定位，突出煤矿电气特色教学目标，从课程教学内容、教学实例等方面进行讨论和探究，对课程的基础理论与实践教学进行优化。
2．1优化授课的内容体系、深度和广度讨论各章节基本内容的联系，调整课程授课体系，以系统建模、分析和综合设计为主，突出煤炭行业背景，注意基础学问的敏捷运用。
“自动掌握原理”在传统教学上始终沿用自动化专业的授课体系，造成“自动化类”和“非自动化类”的界限模糊。
对于定单班该课程学时数少的状况，若按“自动化类”体系授课，只能加大课时信息量，造成同学对教学内容难以准时有效消化，影响教学效果。
讨论如何在有限学时内让同学娴熟把握掌握原理的基本理论，并突出煤炭电气工程实践力量培育，成为构建定单班授课体系的关键。
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自动控制原理课程设计专业：测控技术与仪器设计题目：控制系统的综合设计超前校正班级：学生姓名：学号：10号指导教师：分院院长：教研室主任：电气工程学院目录第一章课程设计内容与要求分析 (1)1.1 设计内容 (1)1.2 课程设计要求 (1)1.3 课程设计报告要求 (2)第二章超前校正理论与计算 (4)2.1 采用超前校正的一般步骤 (4)2.2 理论计算过程 (4)第三章Matlab程序设计 (7)3.1 关于MATLAB (7)3.2 MATLAB程序的功能特点 (7)3.3 MATLAB仿真设计 (8)3.4 绘制原系统对数频率特性 (8)3.5 绘制校正装置对数频率特性 (9)3.6 绘制校正后系统对数频率特性 (10)第四章Simulink仿真设计 (12)4.1 Simulink仿真设计 (12)4.2 原系统单位阶跃响应 (13)4.3 校正后系统单位阶跃响应 (14)4.4 校正前、后系统单位阶跃响应 (15)4.5 校正前、后系统阶跃响应曲线比较 (16)第五章硬件电路设计及参数R、C值 (17)5.1 硬件电路 (17)5.2 参数R、C的值 (19)总结 (20)参考文献 (21)附录 (22)第一章 课程设计内容与要求分析1.1设计内容针对二阶系统)1()(+=s s Ks W ，利用有源串联超前校正网络（如图所示）进行系统校正。
当开关S 接通时为超前校正装置，其传递函数11)(++-=Ts Ts K s W cc α，其中132R R R K c +=，1)(132432>++=αR R R R R ，C R T 4=，“-”号表示反向输入端。
若K c =1，且开关S 断开，该装置相当于一个放大系数为1的放大器（对原系统没有校正作用）。
图1-1超前校正电路1.2 课程设计要求1.引入该校正装置后，单位斜坡输入信号作用时稳态误差1.0)(≤∞e ，开环截止频率ωc ’≥4.4弧度/秒，相位裕量γ’≥45°。
2.根据性能指标要求，确定串联超前校正装置传递函数。
3.设校正装置R 1=100K ，R 2=R 3=50K ，根据计算结果确定有源超前校正网络元件参数R 4、C 值。
c4.绘制引入校正装置后系统电路原理图（设给定的电阻和电容：R=100K，C=1μF、10μF若干个）。
5.利用Matlab仿真软件辅助分析，绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线,并验算设计结果。
6.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。
7.利用自动控制原理实验箱完成硬件系统设计，包括：搭建校正前后系统电路、输入阶跃信号并通过示波器观察校正前后系统输出响应曲线。
1.3 课程设计报告要求1.设计报告包括内容（1）理论计算校正装置的过程。
（2）绘制系统电路图时各环节参数的计算过程（包括有源校正装置R4和C的计算过程）。
（3）利用Matlab仿真软件辅助分析设计的程序及校正前、后对数频率特性曲线。
（4）利用Matlab-Simulink建立校正前、后系统仿真模型。
（5）硬件电路及参数R，C的值。
（6）求单位阶跃响应曲线。
（7）计算校正前后系统超调量、调节时间，给出结论。
（8）硬件系统设计过程及设计结果，给出结论。
2.课程设计报告内容包括：（1）根据模拟电路图1-1确定原系统数学模型、理论计算设计过程及结果、仿真设计过程及结果。
（2）校正前后系统性能计算及分析（包括计算校正前、后系统超调量、调节时间和阶跃响应稳态误差）。
（3）确定校正装置参数的过程，给出设计结论。
（4）在设计过程中出现的问题及解决的办法。
（5）课程设计总结，包括：本次课程设计过程中的收获、体会，以及对该课程设计的意见、建议等。
（6）上交电子版设计报告，包括Matlab仿真结果。
（7）设计中参考文献列表。
第二章 超前校正理论与计算此次课程设计利用有源串联超前校正网络进行系统校正。
掌握系统校正方法及校正的应用，能够设计串联校正的步骤，了解校正对系统性能的改善，实现系统的校正。
2.1 采用超前校正的一般步骤1.根据传递函数确定未校正装置的%σ、s t2.设计校正前系统模拟电路图3.设计校正装置，给出设计过程4.设计校正后系统模拟电路图5.研究校正装置对系统动态性能指标的影响6.比较校正前后控制系统的响应曲线（通过实验比较）2.2理论计算过程根据实验室所提供设备、器件对下图系统进行校正，设计合理的校正装置使图2-1系统数学模型校正后的系统满足：1.系统稳态速度误差100≥v k2.相位裕量︒≥50)(c ωγ 设计校正装置3.通过上面方框图求出原系统的%σ、s t 。
首先由稳态性能指标的要求，可计算出放大系数100K =，系统传递函数为 ：100()(1)10W s s s =+ ，闭环传递函数为：2()1000()1()101000W s s W s s s φ==+++则，21000nω=，0.158ζ=由%100%σ=⨯得，%60%σ=， 4.50.9s nt s ζω==4.设计校正装置的传递函数，并给出设计过程。
（1）由100()(1)10W s s s =+可知，该系统含有一个积分环节和一个惯性环节，低频段的波特图斜率为20/db dec -，转折频率为110ω=，斜率变为40/db dec -。
系统的穿越频率c ω可以近似计算得出：（认为110cω>>）100()110c ccA ωωω≈=，得出31.6c ω=。
其相角裕量为31.6()180(90arctan)17.510c γω=+--=o o o ，可见，相角裕量不满足要求。
为了不影响低频段和改善动态响应性能，采用超前校正。
（2）根据系统相位裕量︒≥50)(c ωγ的要求，微分校正电路最大相位移应为max 5017.532.5ϕ≥-=o o o 。
（3）考虑'c c ωω>，原系统相角位移将更负一些，故max ϕ应相应的加大。
取max 40ϕ=o ，于是可以写出max 1arcsin 401d d γϕγ-==+o 即1sin 400.641d d γγ-==+o ，解得 4.6d γ=。
（4）设系统校正后的穿越频率'c ω为校正装置（0/+1/0特性）两个交接频率1ω和2ω的几何中点即'c ωω==因为在'cωω=时，'()1cA ω=，如果认为'11c ωω>>和'21c ωω<<，则得''1''100()110c c cc A ωωωωω≈= 解得：121.6ω=、299.36ω=、'46.32c ω=。
（5）校正后系统的对数频率特性，其传递函数为100(1)21.6()()(1)(1)1099.36c sW s W s s s s +=++ （6）校正后的相位裕量：46.3246.3246.32()180(90arctanarctan arctan )52.81021.699.36c γω=+--+-=o o o 所得结果满足系统要求，否则，可以重新估计最大相角位移，再行计算。
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。
利用Matlab 仿真软件辅助分析，绘制校正前、后及校正装置对数。
（7）串联校正装置的传递函数为：121.6()199.36c sW s s+=+，可以用相位。
第三章Matlab程序设计3.1 关于MATLABMATLAB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，并在很大程度上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、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。
在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。
可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。
3.2 MATLAB程序的功能特点1.友好的工作平台和编程环境2.简单易用的程序语言3.强大的科学计算机数据处理能力4.出色的图形处理功能5.应用广泛的模块集合工具箱6.实用的程序接口和发布平台7、应用软件开发（包括用户界面）3.3 MATLAB 仿真设计利用Matlab 进行仿真设计（校正），就是借助Matlab 相关语句进行上述运算，完成：1.确定校正装置。
2.绘制校正前、后、校正装置对数频率特性。
3.确定校正后性能指标。
从而达到利用Matlab 辅助分析设计的目的。
已知原系统的开环传递函数为：)1(10)(+=s s s G要求系统在单位阶跃输入信号作用时，开环截止频率ωc '≥4.4弧度/秒，相位裕量γ'≥450，利用Matlab 进行串联超前校正。
打开Matlab 程序，界面如图所示，输入以下程序。
3.4 绘制原系统对数频率特性求出原系统幅值穿越频率c ω、相位穿越频率j ω、相位裕量Pm[即γ(ωc )]、幅值裕量Gmnum=[10]; den=[1,1,0];G=tf(num,den); %求原系统传递函数 bode(G); %绘制原系统对数频率特性margin(G); %求原系统相位裕度、幅值裕度、截止频率 [Gm,Pm,wj,wc]=margin(G);grid; %绘制网格线原系统（校正前系统）伯德图如图3-1所示，其截止频率、相位裕量、幅值裕量从图中可见。
图3-1 校正前系统伯德图另外，在MATLAB Workspace下，也可得到此值。
由于截止频率和相位裕量都小于要求值，故采用串联超前校正较为合适。
3.5绘制校正装置对数频率特性求校正装置G c(s)（即Gc）传递函数L=20*log10(10/(4.4*sqrt(4.4^2+1))); %求原系统在ωc'=4.4处的对数幅值L rd=10^(-L/10); %求校正装置参数rdwc=4.4;T= sqrt(rd)/wc; %求校正装置参数Tnumc=[T,1];图3-2 校正装置伯德图3.6绘制校正后系统对数频率特性求校正后系统传递函数G'(s)（即Ga）numa=conv(num,numc);dena=conv(den,denc);Ga=tf(numa,dena); %求校正后系统传递函数Ga bode(Ga); %绘制校正后系统对数频率特性校正前、后及校正装置伯德图如图3-3所示，从图中可见：穿越频率w c=4.4相位裕量Pm=49.30幅值裕量Gm=inf dB(即∞)校正后各项性能指标均达到要求。