自动控制原理课程设计报告68662

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。被控对象的输出变量是被控变量，常常记作或。被控对象除了受到控制作用外，还受到外部扰动作用。

·给定元件——其作用是给出与期望的输出相对应的系统输入量，是一类产生系统控制指令的装置。

·测量反馈元件——如传感器和测量仪表，感受或测量被控变量的值并把它变换为与输入量同一物理量后，再反馈到输入端以作比较。

·比较元件——比较输入信号与反馈信号，以产生反映两者差值的偏差信号。

·放大元件——将微弱的信号作线性放大。

·校正元件——也叫补偿元件，它是按某种函数规律变换控制信号，以利于改善系统的动态品质或静态性能。

·执行元件——根据偏差信号的性质执行相应的控制作用，以便使被控制量按期望值变化。如电动机、气动控制阀等。

二、课程设计的目的

1．培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力。

2．掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补偿（校正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。

3．学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试。

4．学会使用硬件仿真软件对系统进行模拟仿真。

5．锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力。

三、课程设计内容及其要求

1．给出有实际背景的数学模型，分别提出不同的设计题目及设计指标要求。学生通过查阅相关资料，根据各自题目确定合理的控制方式及校正形式，完成设计。

2．学生首先要根据所学自动控制原理课程知识（时域分析法、频率法和根轨迹法）对系统进行性能分析。根据设计题目要求进行人工设计校正装置，初步设计出校正装置传递函数形式及参数。

3．利用MATLAB语言及simulink动态仿真工具，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，使其满足技术要求，并绘制打印出仿真框图、频率特性图及动态响应图。

4．确定校正装置的电路形式及电路参数。

5．完成设计报告