自动控制原理课程设计心得体会

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篇一：自动控制原理课程设计

课程设计报告

题目

课 程 名 称 自 动 控 制 原 理

院 部 名 称 机电工程学院

专 业电气工程及其自动化

班 级 10电气（1）班

学 生 姓 名 管志成

学 号 1004103027

课程设计地点

课程设计学时

指 导 教 师陈 丽 换

金陵科技学院教务处制

目 录

绪 论 ........................................................................................................... 1

一、课程设计的目的及题目 .................................................................... 2

1.1 课程设计的目的 ........................................................................... 2

1.2 课程设计的题目 ........................................................................... 2

二、课程设计的任务及要求 .................................................................... 3

2.1 课程设计的任务 ........................................................................... 3

2.2 课程设计的要求 ........................................................................... 3

三、校正函数的设计 ................................................................................ 4

3.1 理论知识........................................................................................ 4

3.2 校正系统设计 ............................................................................... 5

四、传递函数特征根的计算 .................................................................. 10

4.1 校正前系统传递函数的特征根 ................................................. 10

4.2 校正后系统传递函数的特征根 ................................................. 11

五、系统动态性能的分析 ...................................................................... 12

5.1 校正前系统动态性能分析 ......................................................... 12

5.2 校正后系统动态性能分析 ......................................................... 16

5.3 结果分析...................................................................................... 19

六、系统的根轨迹分析 .......................................................................... 21

6.1 校正前系统的根轨迹分析 ......................................................... 21

6.2 校正后系统根轨迹分析 ............................................................. 23

七、系统的幅相特性 .............................................................................. 26

7.1 校正前系统的幅相特性 ............................................................. 26

7.2 校正后系统的幅相特性 ............................................................. 27

八、系统的对数幅频特性及对数相频特性 .......................................... 28

8.1 校正前系统的对数幅频特性及对数相频特性 ......................... 28

8.2 校正后系统的对数幅频特性及对数相频特性 ......................... 29

总 结 ......................................................................................................... 32

参考文献................................................................................................... 32

绪 论

在控制工程中用得最广的是电气校正装置，它不但可应用于电的控制系统，

而且通过将非电量信号转换成电量信号，还可应用于非电的控制系统。控制系统的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。校正装置可以补偿系统不可变动部分（由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分）在特性上的缺陷，使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。常用的性能指标形式可以是时间域的指标，如上升时间、超调量、过渡过程时间等（见过渡过程），也可以是频率域的指标，如相角裕量、增益裕量（见相对稳定性）、谐振峰值、带宽（见频率响应）等。

常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。

在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示，此外也常采用频率响应的波德图来表示。不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用，以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。在工业控制系统如温度控制系统、流量控制系统中，串联校正装置采用有源网络的形式，并且制成通用性的调节器，称为PID（比例-积分-微分）调节器，它的校正作用与滞后-超前校正装置类同。

1.1 课程设计的目的

1）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。

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

1.2 课程设计的题目 G(S)?K0

S(S?10)(S?60)，试用频率法已知单位负反馈系统的开环传递函数

设计串联超前——滞后校正装置，使（1）输入速度为1rads时，稳态误差不大0??30rad于。(2)相位裕度，截止频率为20rads。（3）放大器的增益不

变。

2.1 课程设计的任务

设计报告中，根据给定的性能指标选择合适的校正方式对原系统进行校正

（须写清楚校正过程），使其满足工作要求。然后利用MATLAB对未校正系统和校正后系统的性能进行比较分析，针对每一问题分析时应写出程序，输出结果图和结论。最后还应写出心得体会与参考文献等。

2.2 课程设计的要求

1）首先， 根据给定的性能指标选择合适的校正方式对原系统进行校正，使

其满足工作要求。要求程序执行的结果中有校正装置传递函数和校正后系统开环传递函数，校正装置的参数T，?等的值。

2)利用MATLAB函数求出校正前与校正后系统的特征根，并判断其系统是

否稳定，为什么?

3)利用MATLAB作出系统校正前与校正后的单位脉冲响应曲线，单位阶跃

响应曲线，单位斜坡响应曲线，分析这三种曲线的关系。求出系统校正前与校正后的动态性能指标σ%、tr、tp、ts以及稳态误差的值，并分析其有何变化。

4)绘制系统校正前与校正后的根轨迹图，并求其分离点、汇合点及与虚轴交

??点的坐标和相应点的增益K值，得出系统稳定时增益K的变化范围。绘制系统

校正前与校正后的Nyquist图，判断系统的稳定性，并说明理由。

5)绘制系统校正前与校正后的Bode图，计算系统的幅值裕量，相位裕量，

幅值穿越频率和相位穿越频率。判断系统的稳定性，并说明理由。

篇二：自动控制原理课程设计

指导教师评定成绩：

审定成绩：

重 庆 邮 电 大 学

移 通 学 院

自动控制原理课程设计报告

系 部：自 动 化系

学 生 姓 名： 龙 浩

专 业：电气工程与自动化

班 级： 05131104

学 号：0513110413

指 导 教 师： 党 晓 圆

设计时间： 2013 年 12 月

重庆邮电大学移通学院

目录

《自动控制原理》课程设计（简明）任务书 .............................................................................. 2

(一) 设计题目：Ｉ型二阶系统的典型分析与综合设计 .............................................................. 2

(二) 系统说明： ............................................................................................................................. 2

(三) 系统参量： ............................................................................................................................. 3

(四) 设计指标： ............................................................................................................................. 3

(五) 基本要求： ............................................................................................................................. 3

(六) 课程设计报告： ..................................................................................................................... 4

一、系统说明（概述） .................................................................................................................... 5

1.1设计目的； ................................................................................................................................... 5

1.2 系统原理（简介） ...................................................................................................................... 5

1.3 各环节的性能、功能特性说明 .................................................................................................. 5

1.4 设计基本要求 .............................................................................................................................. 6

1.5 设计指标 ...................................................................................................................................... 6

二、系统建模 .................................................................................................................................... 7

2.1各个环节模型 ............................................................................................................................... 7

2.2系统模型 ....................................................................................................................................... 9

三、 系统分析 ................................................................................................................................ 10

3.1稳态性能

指标 ............................................................................................................................. 10

3.2静态（精度）分析 ..................................................................................................................... 11

3.3系统动态分析 ............................................................................................................................. 12

四、系统综合 .................................................................................................................................. 14

4.1校正方案设计的确定 ................................................................................................................. 14

4.2系统设计综合过程表达 ............................................................................................................. 14

五、系统物理模拟图 ...................................................................................................................... 18

1. 原系统模拟图 ........................................................................................................................... 18

2. 原系统的根轨迹(使用MATLAB仿真） .................................................................................... 18

3. 原系统单位阶跃响应曲线（使用MATLAB仿真） .................................................................. 19

4. 校正后系统模拟图.................................................................................................................... 19

5. 校正后的系统根轨迹（使用MATLAB仿真） .......................................................................... 20

6. 校正后的系统响应曲线（使用MATLAB仿真） ...................................................................... 21

六. 心得体会 .................................................................................................................................. 22

七、参考文献 .................................................................................................................................. 23

《自动控制原理》课程设计（简明）任务书

——供2011级电气工程与自动化专业（3-4班）本科学生用 引言：《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，更不同于课堂教学。它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。

(一) 设计题目：Ｉ型二阶系统的典型分析与综合设计

(二) 系统说明：

该Ｉ型系统物理模拟结构如下图所示。

其中：R1＝1MΩ；C1=1uF；R2＝1MΩ； C2=0.2uF；

?410R1～10?1R。 Rf为线性滑动电位器，可调范围为：1

设计过程中可忽略各种干扰，比如：运算放大器的零点漂移，环

节间的负载效应，外界强力电力设备产生的电磁干扰等。

(三) 系统参量：

系统输入信号：x(t)；

系统输出信号：y(t)。

(四) 设计指标：

1. 在单位斜坡信号x(t)=t作用下，静态速度误差系数Kv?100； 2. 开环截止频率wc?30；

3. 相位裕度?c?20?；

(五) 基本要求：

1 建立系统数学模型——传递函数；

2 利用根轨迹方法分析系统：

（1） 作原系统的根轨迹草图；

（2） 分析原系统的性能，当原系统的性能不满足设计要求时，则

进行系统校正。

3 利用根轨迹方法综合系统：

（1） 画出串联校正结构图，分析并选择串联校正的类型（微分、

积分和微分-积分校正）；

（2） 确定校正装置传递函数的参数；

（3） 画出校正后的系统的根轨迹图，并校验系统性能；若不满足，

则重新确定校正装置的参数。

4 完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验；

(1)实现校正前、后系统，并得到校正前后系统的阶跃响应。

(六) 课程设计报告：

1. 按照移通学院课程设计报噶格式写课程设计报告；

2. 报告内容：课程设计的主要内容、基本原理；

3. 课程设计过程中的参数设计过程、分析过程，包括：

(1) 课程设计计算说明书一份；

(2) 原系统组成结构原理图一张（自绘）；

(3) 系统分析，综合用精确Bode图各一张；

(1) 系统综合前后的模拟图各一张（附实验结果图）。

4. 提供参考资料及文献；

5. 排版格式完整、报告语句通顺

6. 封面装帧成册

篇三：自动控制原理课程设计报告

自动控制理论课程设计

倒立摆系统的控制器设计

学生姓名： 指导教师： 班级：

重庆大学自动化学院

二O一三年十二月

课程设计指导教师评定成绩表

指导教师评定成绩： 指导教师签名：年月日

重庆大学本科学生课程设计任务书

目录

一.倒立摆系统概述 ............................................................................................................. 5 二.数学模型 ......................................................................................................................... 6

2.1直线一级倒立摆数学模型概述 ............................................................................................. 6 2.2符号系统 ................................................................................................................................. 6 2.3系统受力分析 ......................................................................................................................... 7 2.4系统实际模型 ......................................................................................................................... 9

三.开环响应分析 ................................................................................................................. 9 四.根轨迹法设计 ............................................................................................................... 11

4.1根轨迹校正目标 ................................................................................................................... 11 4.2校正后系统闭环主导极点 ................................................................................................... 11 4.3原系统根轨迹 ....................................................................................................................... 12 4.4附加增益放大的超前网络求取 ........................................................................................... 13 4.5校正器的改进 ....................................................................................................................... 16

五.频域法设计 ................................................................................................................... 18

5.1系统频域性能指标要求 ....................................................................................................... 18 5.2校正器设计 ........................................................................................................................... 18 5.3校正器的改进 ....................................................................................................................... 22

六.PID控制器设计 ............................................................................................................. 23

6.1 PID控制器概述 .................................................................................................................... 23 6.2 PID校正目标 ........................................................................................................................ 23 6.3 PID校正器设计 .................................................................................................................... 24

七.总结 ............................................................................................................................... 25 参考文献 ............................................................................................................................ 26