自动控制原理及系统仿真课程设计
《自动控制原理》控制系统的simulink仿真实验一
《自动控制原理》控制系统的simulink仿真实验一、实验目的1.初步了解Matlab中Simulink的使用方法，熟悉simulink模块的操作和信号线的连接。
2.通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，熟悉各种典型环节的响应曲线。
3.定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验仪器Matlab7.0 , 计算机三、实验原理Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具。
Simulink是一个模块图环境，用于多域仿真以及基于模型的设计。
它支持系统设计、仿真、自动代码生成以及嵌入式系统的连续测试和验证。
四、实验内容及步骤1、建立仿真模型系统1.1 运行Matlab，在命令窗口“Command Window”下键入“Simulink”后回车，则打开相应的系统模型库；或者点击工具栏上的“Simulink”图标，进入系统仿真模型库，然后点击左上角“新文件”图标，打开模型编辑窗口。
1.2 调出模块在系统仿真模型库中，把要求的模块都放置在模型编辑窗口里面。
从信号源模块包(Sources)中拖出1个阶跃信号(step)和1个白噪声信号发生器(band-limited white noise)；从数学运算模块包(Math Operations)中拖出1个比例环节(gain)和1个加法器(sum)；从连续系统典型环节模块包(Continuous) 中拖出1个微分环(Derivative)和3个传函环节(transfer Fcn)；从信号与系统模块包(Signals Routing) 拖出1个汇流排(mux)；从输出模块包(Sinks)中拖出1个示波器(scope)；所有模块都放置在模型编辑窗口里面。
1.3 模块参数设置（鼠标左键双击各典型环节，则可进行参数设置）双击打开白噪声信号发生器，设定功率(Noise power)为0.0001，采样时间(Sample time)为0.05。
打开比例环节，设定比例增益为2；打开3个传函环节(transfer Fcn)，通过参数设定，分别构成积分、惯性和二阶环节。
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
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。
自动控制原理与系统课程设计
自动控制原理与系统课程设计设计背景自动控制原理与系统是自动化专业的核心课程之一，该课程主要介绍了自动控制的基本概念、原理和方法，以及自动控制系统的现代化应用。
通过学习，可以深入理解控制理论的实际应用和设计过程，提高工程实践能力和解决问题的能力。
为了加深对自动控制理论的理解和巩固学习成果，要求进行一次课程设计，设计任务为通过自动化控制实现特定的系统功能。
设计内容设计目标该设计的目标是设计一个通过PID控制实现温度控制的加热系统，实现目标温度精度控制在0.5°C以内，通过模拟实现控制器设计和调试。
设计要求1.设计加热系统，要求能够加热到指定温度，并实现精度控制。
2.使用PID控制算法设计控制器，实现对加热系统的控制；3.要求控制系统的误差在可接受范围内，同时控制器的输出能够稳定和快速响应；4.通过模拟实现控制器的调试和验证，检查控制器的性能；5.最后，完成实验报告和源代码提交。
设计步骤第一步：加热系统的设计首先，我们需要设计加热系统，并确定温度传感器的位置和控制区域。
设计加热器和温度传感器的位置需要满足加热均匀性和温度测量准确性的要求。
例如，可以将加热器放在系统的底部，而温度传感器处于加热器和系统顶部之间。
此外，我们还需要选择合适的加热元件、温度传感器等元器件。
第二步：控制回路的设计接下来，通过PID控制算法进行电路设计。
PID控制器的输入是测量温度与期望值的偏差，控制器输出作为加热器的控制信号，调节加热系统的输入来实现温度控制。
PID控制器的设计需要考虑以下几个方面：1.比例控制：控制器的输出与偏差成比例；2.积分控制：控制器的输出与过去偏差积累成比例；3.微分控制：控制器的输出与偏差变化率成比例；根据实验结果，需要对PID控制器进行参数优化以改善控制精度和系统响应速度。
第三步：系统调试和测试设计好系统之后，需要对系统进行调试和测试，设计穿插了多个模块，需要逐步逐个验证良好才能将它们联合起来。
am系统的仿真课程设计
am系统的仿真课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握自动控制原理中AM系统的基本概念和数学模型；2. 能够运用仿真软件对AM系统进行建模与仿真，理解系统参数对性能的影响；3. 掌握AM系统的稳定性分析及性能评价指标。
技能目标：1. 培养学生运用仿真工具解决实际AM系统问题的能力；2. 培养学生分析、解决复杂控制系统中问题的能力；3. 提高学生的团队协作能力和沟通表达能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对自动控制学科的兴趣，培养其主动探索精神；2. 培养学生严谨的科学态度和良好的工程素养；3. 引导学生关注AM系统在我国现代科技发展中的应用，增强国家使命感。
课程性质：本课程为理论与实践相结合的课程，以自动控制原理为基础，结合仿真软件进行教学。
学生特点：学生具备一定的自动控制理论基础，具有较强的学习能力和动手能力。
教学要求：教师需注重理论与实践相结合，引导学生主动参与，关注个体差异，提高学生的综合能力。
在教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. AM系统基本原理- 系统建模：介绍AM系统的基本结构、工作原理及数学模型；- 系统分析：讲解AM系统的稳定性、频率响应、相位响应等性能指标。
2. 仿真软件操作- 介绍仿真软件的基本功能与操作方法；- 演示如何使用仿真软件对AM系统进行建模与仿真。
3. AM系统建模与仿真- 根据实际案例，指导学生运用仿真软件进行AM系统的建模与仿真；- 分析系统参数变化对AM系统性能的影响。
4. 稳定性与性能分析- 讲解AM系统稳定性分析方法；- 分析系统性能评价指标，如稳态误差、过渡过程等。
5. 教学内容的安排与进度- 第一周：AM系统基本原理及数学模型；- 第二周：仿真软件操作与简单建模；- 第三周：AM系统建模与仿真实践；- 第四周：稳定性与性能分析。
教材章节：本教学内容参考自动控制原理教材中关于AM系统的章节内容，结合仿真软件实践教学，确保学生能够掌握AM系统的基本原理和实际应用。
控制系统仿真课程设计报告
控制系统仿真课程设计指导书1、课设目的1. 加强对随动控制系统的认识，掌握工程设计的方法。
2. 通过对随动系统的单元,部件及系统的调试,提高实际技能,培养分析问题解决问题的能力。
3. 掌握应用计算机对系统进行仿真的方法。
4. 培养编制技术总结报告的能力。
2、控制对象130SZ02型直流电动机铭牌参数为Id=2.1AUd=220VP出=355WRs=5欧额定转速n=1500r/min额定转矩=23000克/厘米要求达到性能指标:D=10 S=+/-5%3、课设设计任务采用单相220V供电,设计采用电势反馈的可控硅直流调速系统。
其中包括:1.主电路设计2.触发电路的设计3.给定电压电路的设计4.电势反馈的设计5.保护装置的设计6.触发电路与主电路同步的设计7.整流装置内阻的测定8.测定触发器----整流装置的放大倍数4、设计要求4。
1设计计算1.系统方案论证,绘制电路原理图2.主电路元部件参数的选择与计算3.触发电路元部件参数的选择与计算4.保护装置元部件参数的选择与计算5.电流电压反馈电路的计算4．2设计实验1. 触发电路单元的调试2. 主电路调试3. 电流电压反馈环节的调试4. 整流装置内阻的测定5. 触发器----整流装置放大倍数的测定6. 系统开环调试并测定机械特性7. 系统闭环调试并测定机械特性8. 考虑到系统仿真所需参数的测定5、设计方案5．1总体的设计原理5．1．1整体设计框图要求：静差率S=+/-5%调速范围D=105．1．2被控对象被控对象:电动机(他励) n=(U-IdR)/CeΦ直流电动机有很好的调速特性，它被广泛地用于需要变速传动的各种场合。
1)调压调速：n趋近于U。
2)调励磁：因为是他励，所以励磁不变。
3)回路电流不可调原理图为:其机械特性图：S=ΔNed/N0*100%0 Ied5．1．3主电路设计电路系统主要采用的是单向桥式整流电路，所用器件是可控硅。
采用电压负反馈加上电流正反馈来控制主电路设计1、原理图：2、可控硅特点:实现了弱电对强电的控制.它有阳极A,阴极C,控制极G.导通条件: (1)A(+),C(-); (2)G(+), C(-)必须同时满足.注意:导通后G,C极电压和主电路就没关系了.关闭条件: A(-) C(+)3、保护装置:(1)电压保护：压敏电阻或硒堆。
控制系统仿真课程设计 (2)
控制系统仿真课程设计随着现代工程技术的不断发展，控制系统仿真技术在工程设计和开发中的应用越来越广泛。
控制系统仿真课程的设计，可以帮助学生了解控制系统在实际应用中的工作原理和运作方式，加深对理论知识的理解和掌握，提高工程实践技能。
课程设计目标本次课程设计的目标是通过使用Matlab/Simulink软件，模拟实际工业环境下的控制系统，并编写有效的控制算法，实现控制系统的稳定输出。
本课程设计旨在帮助学生了解控制系统的基本原理、建模方法、系统分析和控制设计等方面的知识，以及掌握Matlab/Simulink的基本使用方法。
课程设计内容实验一：基于控制系统的建模1.了解控制系统的基本概念和结构，掌握Matlab/Simulink的基本使用方法。
2.根据实际工业环境设计和建立模型，并进行仿真测试。
3.通过仿真结果分析控制系统的特性和性能，优化控制算法。
实验二：控制系统设计与模拟1.学习控制系统设计基本方法，了解PID算法的原理和应用。
2.根据建模结果进行系统设计，通过仿真测试并调整控制参数。
3.分析仿真结果，对控制系统性能进行评估，并优化算法实现。
实验三：传感器与控制系统的集成1.学习传感器的工作原理和使用方法，了解传感器与控制系统的集成技术。
2.设计包括传感器在内的控制系统，并进行仿真测试。
3.分析仿真结果，检测控制系统的稳定性、响应速度和精度等性能指标，优化算法设定并重新测试。
实验四：算法集成和性能测试1.掌握算法应用和参数搜索的技术方法。
2.完成控制算法的实现，并进行仿真测试比较。
3.通过性能比较结果，检测算法的稳定性、鲁棒性和响应速度等性能指标，优化算法实现。
课程设计要求1.学生需要组成小组，每组人数不超过4人。
2.每个小组需要按照课程内容要求，完成所有实验任务。
3.学生需要及时向指导教师汇报实验进展情况，并完成实验报告撰写和PPT演示制作。
4.课程设计时间不少于2个月，实验器材和软件由学校提供。
《自动控制原理及应用》的matlab仿真设计课程表
《自动控制原理及应用》的matlab仿真设计课程表《自动控制原理及应用》的Matlab仿真设计课程表可以根据教学大纲和学生的学习进度进行安排。
以下是一个可能的课程表示例：
第1周：课程介绍与Matlab基础
介绍自动控制原理及应用课程的目的和意义
介绍Matlab软件及其在自动控制中的应用
学习Matlab的基本操作和绘图功能
第2周：控制系统数学模型
学习控制系统的数学模型，包括传递函数、状态方程等
使用Matlab建立控制系统的数学模型
练习使用Matlab进行控制系统分析和仿真
第3周：控制系统稳定性分析
学习控制系统稳定性的概念和判别方法
使用Matlab进行控制系统稳定性分析
练习使用Matlab绘制系统的极点和零点图
第4周：控制系统性能分析
学习控制系统性能指标，如稳态误差、动态响应等
使用Matlab进行控制系统性能分析
练习使用Matlab绘制系统的根轨迹图和频率响应曲线
第5周：控制系统校正与优化
学习控制系统校正与优化的基本概念和方法
使用Matlab进行控制系统设计和优化
练习使用Matlab进行控制系统校正和优化设计
第6周：控制系统在工程中的应用
介绍控制系统在工程中的应用案例，如温度控制、电机控制等练习使用Matlab进行实际工程问题的分析和仿真
总结课程重点和难点，并进行答疑和复习
以上是一个可能的《自动控制原理及应用》的Matlab仿真设计课程表，具体安排可以根据实际情况进行调整。
在教学过程中，教师可以通过实例演示、学生实践和课堂讨论等方式，帮助学生深入理解和掌握自动控制原理及Matlab仿真设计的应用。
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自动控制原理及系统仿真课程设计学号：1030620227姓名：李斌指导老师：胡开明学院：机械与电子工程学院2013年11月目录一、设计要求 (1)二、设计报告的要求 (1)三、题目及要求 (1)（一）自动控制仿真训练 (1)（二）控制方法训练 (19)（三）控制系统的设计 (23)四、心得体会 (27)五、参考文献 (28)自动控制原理及系统仿真课程设计一：设计要求：1、 完成给定题目中，要求完成题目的仿真调试，给出仿真程序和图形。
2、 自觉按规定时间进入实验室，做到不迟到，不早退，因事要请假。
严格遵守实验室各项规章制度，实验期间保持实验室安静，不得大声喧哗，不得围坐在一起谈与课程设计无关的空话，若违规，则酌情扣分。
3、 课程设计是考查动手能力的基本平台，要求独立设计操作，指导老师只检查运行结果，原则上不对中途故障进行排查。
4、 加大考查力度，每个时间段均进行考勤，计入考勤分数，按照运行的要求给出操作分数。
每个人均要全程参与设计，若有1/3时间不到或没有任何运行结果，视为不合格。
二：设计报告的要求：1.理论分析与设计2.题目的仿真调试，包括源程序和仿真图形。
3.设计中的心得体会及建议。
三：题目及要求一）自动控制仿真训练1.已知两个传递函数分别为：ss x G s x G +=+=22132)(,131)(①在MATLAB中分别用传递函数、零极点、和状态空间法表示；MATLAB代码：num=[1]den=[3 1]G=tf(num,den)[E F]=zero(G)[A B C D]=tf2ss(num,den)num=[2]den=[3 1 0]G=tf(num,den)[E F]=zero(G)[A B C D]=tf2ss(num,den)仿真结果：num =2den =3 1 0Transfer function:2---------3 s^2 + sE = Empty matrix: 0-by-1F = 0.6667A =-0.3333 01.0000 0B= 1C = 0 0.6667D = 0num = 1den =3 1Transfer function:1-------3 s + 1E =Empty matrix: 0-by-1F =0.3333A = -0.3333B =1C =0.3333D =0②在MATLAB中分别求出通过反馈、串联、并联后得到的系统模型。
MATLAB代码：num1=[1]den1=[3 1]G1=tf(num1,den1) num2=[2]den2=[3 1 0]G2=tf(num2,den2) G3=G1*G2G4=G1+G2仿真结果：num1 =1den1 =3 1 Transfer function:1-------3 s + 1num2 =2den2 = 3 1 0 Transfer function:2---------3 s^2 + sTransfer function:2-----------------9 s^3 + 6 s^2 + sTransfer function:3 s^2 + 7 s + 2-----------------9 s^3 + 6 s^2 + s2.系统的传递函数模型为2450351024247)(23423+++++++=s s s s s s s s G ，判断系统的稳定性。
MATLAB 代码：num=[1 7 24 24]den=[1 10 35 50 24]G=tf(num,den)p=eig(G)p1=pole(G)r=roots(den)仿真结果：num = 1 7 24 24den = 1 10 35 50 24Transfer function:s^3 + 7 s^2 + 24 s + 24---------------------------------s^4 + 10 s^3 + 35 s^2 + 50 s + 24p =-4.0000-3.0000-2.0000-1.0000p1=-4.0000-3.0000-2.0000-1.0000r =-4.0000-3.0000-2.0000-1.00003.单位负反馈系统的开环传递函数为)22)(73.2()(2+++=s s s s ks G ，绘制根轨迹图，并求出与实轴的分离点、与虚轴的交点及对应的增益。
MATLAB 代码：num=1den=conv([1 2.73 0],[1 2 2])rlocus(num,den)axis([-8 8 -8 8])figure(2)r=rlocus(num,den);plot(r,'-')axis([-8 8 -8 8])gtext('x')gtext('x')gtext('x')仿真结果：num =1den =1.0000 4.7300 7.4600 5.4600 04.已知系统的开环传递函数为)15.0)(12.0()110(5)(2++++=s s s s s s G ，绘制系统的Bode 图和Nyquist,并能够求出系统的幅值裕度和相角裕度。
MATLAB代码：s=tf('s')G=5*(10*s+1)/(s*(s^2+0.2*s+1)*(0.5*s+1)) figure(1)bode(G)gridfigure(2)nyquist(G)gridaxis([-2 2 -5 5])仿真结果：Transfer function:sTransfer function:50 s + 5-------------------------------0.5 s^4 + 1.1 s^3 + 0.7 s^2 + s5．考虑如图所示的反馈控制系统的模型，各个模块为 4324)(23+++=s s s s G ，33)(+-=s s s G c ，101.01)(+=s s H ，用MATLAB 语句分别得出开环和闭环系统的阶跃响应曲线。
MATLAB代码：num=[4]den=[1 2 3 4]G=tf(num,den)G0=feedback(G,1) step(G0)[y,t]=step(G0) plot(t,y)num=[1 -3]den=[1 3]G=tf(num,den)G0=feedback(G,1) step(G0)[y,t]=step(G0) plot(t,y)num=[1]den=[0.01 1]G=tf(num,den)G0=feedback(G,1) step(G0)[y,t]=step(G0) plot(t,y)num1=[4]den1=[1 2 3 4]G1=tf(num1,den1) num2=[1 -3]den2=[1 3]G2=tf(num2,den2) num3=[1]den3=[0.01 1]G3=tf(num3,den3) G=G1*G2G0=feedback(G,G3) step(G0)[y,t]=step(G0) plot(t,y)figure(2)step(G)[y,t]=step(G)plot(t,y)仿真结果：num =4den =1 2 3 4 Transfer function:4---------------------s^3 + 2 s^2 + 3 s + 4 Transfer function:4---------------------s^3 + 2 s^2 + 3 s + 8y =1.0e+024 *0……-0.83942.3467-3.84664.9206-5.09013.9226t = 01.42932.85864.28795.71727.14658.5758. .……464.5216 465.9509 467.3802 468.8094num =1 -3 den =1 Transfer function: s - 3-----s + 3Transfer function: s - 3-----2 sy = 1.0e+004 *num =1den =0.0100 1.0000 Transfer function:1----------0.01 s + 1Transfer function:1----------0.01 s + 2y =0t=0num1 =4den1 =1 2 3 4 Transfer function:4---------------------s^3 + 2 s^2 + 3 s + 4num2 =1 -3den2 =1 3Transfer function:s - 3-----s + 3num3 =1den3 =0.0100 1.0000 Transfer function:1----------0.01 s + 1Transfer function:4 s - 12-------------------------------s^4 + 5 s^3 + 9 s^2 + 13 s + 12 Transfer function:0.04 s^2 + 3.88 s - 12---------------------------------------------------0.01 s^5 + 1.05 s^4 + 5.09 s^3 + 9.13 s^2 + 17.12 s y = 1.0e+004 *t=0二）控制方法训练 微分先行控制设控制回路对象142)(G 4+=-s e s s，分别采用常规PID 和微分先行PID 控制后系统输出的响应曲线，比较改进后的算法对系统滞后改善的作用。
Simulink 仿真如下：Smith 预估控制设控制回路对象142)(G 4+=-s e s s，设计Smith 预估控制器，分别采用常规PID 和Smith 预估控制后系统输出的响应曲线，比较改进后的算法对系统滞后改善的作用。
Simulink仿真如下：大林算法控制设被控对象传函14)(G 2+=-s e s s ，目标闭环传递函数12e s 2+=-s s）（ϕ，试设计大林控制器，并在Matlab 中进行验证。
Simulink 仿真如下：三）控制系统的设计1.双容水箱串级控制系统的设计要求：完成双容水箱控制系统的性能指标：超调量<30%,调节时间<30s,扰动作用下系统的性能较单闭环系统有较大的改进。
1）. 分析控制系统的结构特点设计合理的控制系统设计方案；2）.建立控制系统的数学模型，完成系统的控制结构框图；3）.完成控制系统的主副控制器的控制算法策略的选择(PID)，并整定相应的控制参数；4）.完成系统的MATLAB仿真，验证控制算法的选择，并要求达到系统的控制要求，完成系统的理论的设计。