自动控制课程设计报告书

《自动控制原理》课程设计报告姓名：***__________ 学号： **********______ 班级： 13电气 1班______ 专业：电气工程及其自动化学院：电气与信息工程学院江苏科技大学（张家港）2015年9月目录一、设计目的 (3)二、设计任务 (3)三、具体要求 (4)四、设计原理概述 (4)4.1校正方式的选择 (4)4.2集中串联校正简述 (5)4.2.1串联超前校正 (5)4.2.2串联滞后校正 (5)4.2.3串联滞后-超前校正 (5)4.2.4串联校正装置的一般性设计步骤 (5)五、设计方案及分析 (6)5.1高阶系统的频域分析 (6)5.1.1 原系统的频率响应特性及阶跃响应 (7)5.1.2使用Simulink观察系统性能 (9)5.1.3 搭建模拟实际电路 (10)5.1.4 对原系统的性能分析 (12)5.2校正方案确定与校正结果分析 (13)5.2.1 采用串联超前网络进行系统校正 (13)5.2.3 采用串联滞后—超前网络系统进行校正 (18)5.2.4 使用EWB搭建校正后模拟实际电路 (23)六、总结 (26)一、设计目的1.通过课程设计熟悉频域法分析系统的方法原理2.通过课程设计掌握滞后—超前校正作用与原理3.通过在实际电路中校正设计的运用，理解系统校正在实际中的意义二、设计任务 控制系统为单位负反馈系统，开环传递函数为)1025.0)(11.0()(++=s s s K s G ，设计滞后-超前串联校正装置，使系统满足下列性能指标：1、开环增益100K ≥2、超调量30%p σ<3、调整时间0.5s t s<三、具体要求1、要求分别用手工设计方法和计算机编程设计方法设计校正装置，可以是多个；2、其次根据设计结果，在计算机上进行仿真；3、并利用线性组件（运算放大器、电阻、电容等）构成各种环节，在模拟装置上进行实验调试，达到规定的性能指标。

自动控制系统课程设计课题名称单位负反馈系统的校正设计学院（系）信息工程与自动化专业班级 08自动化姓名杨宝贵学号 *********指导老师乔永凤设计日期 2010.12.20目录一、设计目的------------------------- 3二、设计任务与要求--------------------- 32.1设计任务 ------------------------- 32.2设计要求 ------------------------- 3三、设计方法步骤及设计校正构图----------- 33.1校正前系统分析--------------------- 3 3.2校正方法 ------------------------- 6 3.3校正装置 ------------------------- 73.4校正后系统分析--------------------- 9四、课程设计小结与体会----------------- 12五、参考文献------------------------- 13一 、设计目的1. 掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。

2. 掌握对系统相角裕度、稳态误差和穿越频率以及动态特性分析。

3. 掌握利用MATLAB 对控制理论内容进行分析和研究的技能。

4. 提高分析问题解决问题的能力。

二、设计任务与要求2.1设计任务设单位负反馈系统的开环传递函数为：))101.0)(1(/()(++=s s s K s G用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计，使系统满足如下动态和静态 性能：1) 相角裕度045≥γ；2) 在单位斜坡输入下的稳态误差为0625.0≥ss e ； 3) 系统的穿越频率大于2rad/s 。

2.2设计要求1) 分析设计要求，说明校正的设计思路（超前校正，滞后校正或滞后－超前校正； 2) 详细设计（包括的图形有：校正结构图，校正前系统的Bode 图，校正装置的Bode图，校正后系统的Bode 图；3) 用MA TLAB 编程代码及运行结果（包括图形、运算结果； 4) 校正前后系统的单位阶跃响应图。

自控课程设计 课程设计(论文)设计（论文）题目 单位反馈系统中传输函数研究学院名称 Z Z Z Z 学院 专业名称 Z Z Z Z Z学生姓名 Z Z Z 学生学号 Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课老师 Z Z Z Z Z设计（论文）成绩单位反馈系统中传输函数研究一、设计题目设单位反馈系统被控对象传输函数为 )2)(1()(00++=s s s K s G （ksm7）1、画出未校正系统根轨迹图，分析系统是否稳定。

2、对系统进行串联校正，要求校正后系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统速度误差系数=10。

（2）相角稳定裕度γ>45º , 幅值稳定裕度H>12。

（3）系统对阶跃响应超调量Mp <25%,系统调整时间Ts<15s3、分别画出校正前，校正后和校正装置幅频特征图。

4、给出校正装置传输函数。

计算校正后系统截止频率Wc和穿频率Wx。

5、分别画出系统校正前、后开环系统奈奎斯特图，并进行分析。

6、在SIMULINK中建立系统仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性步骤和回环非线性步骤，观察分析非线性步骤对系统性能影响。

7、应用所学知识分析校正器对系统性能影响（自由发挥）。

二、设计方法1、未校正系统根轨迹图分析根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式根在s平面上改变轨迹。

1）、确定根轨迹起点和终点。

根轨迹起于开环极点，最终开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。

故起于0、-1、-2，最终无穷处。

2）、确定分支数。

根轨迹分支数和开环有限零点数m和有限极点数n中大者相等，连续而且对称于实轴；本题中分支数为3条。

3）、确定根轨迹渐近线。

渐近线和实轴夹角为φa，交点为：σa。

且：φa=(2k+1)πn−m k=0,1,2······n-m-1; σa=∈pi−∈zin−m;则：φa=π3、3π3、5π3；σa=0−1−23=−1。

自动控制系统课程设计报告课程名称：自动控制系统课程设计报告设计题目：错位控制无环流可逆调速系统设计院系：班级：设计者：学号：同组人：指导教师：设计时间：课程设计（论文）任务书专业电气工程及其自动化班级学生指导教师题目自动控制系统课程设计子题错位控制无环流可逆调速系统设计设计时间设计要求设计目的：1.了解并熟悉错位控制无环流可逆调速系统的组成结构。

2. 熟悉错位控制无环流可逆调速系统中各单元环节的工作原理，特性和作用。

3. 了解错位控制无环流可逆调速系统的静特性和动态特性。

4. 了解错位控制无环流可逆调速系统的优缺点。

设计内容：1. 系统方案的选择。

2. 系统方案的实体设计，包括各种功能电路或部件的设计与选择参数计算。

3. 系统各主要保护环节的设计。

4. 系统的动态工程设计，包括转速调节器，电流调节器的结构和参数选择。

5．详细分析错位控制无环流可逆调速系统的设计过程。

指导教师签字：系（教研室）主任签字：年月日目录一、错位控制无环流可逆调速系统的原理.......................................................... - 4 -1、可逆调速系统的原理......................................................................... - 4 -2、环流的介绍 ...................................................................................... - 4 -1、环流的定义................................................................................. - 4 -2、环流的分类............................................................................... - 5 -3、错位控制无环流系统 ...................................................................... - 5 -1、静态环流的错位消除原理......................................................... - 5 -2、错位控制无环流系统的结构..................................................... - 5 -3、错位控制无环流系统的优缺点................................................. - 6 -二、系统的设计..................................................................................................... - 6 -1、主电路的设计及参数选择 .............................................................. - 6 -1、变压器的选择........................................................................... - 6 -2、晶闸管的选择........................................................................... - 6 -3、电抗的选择............................................................................... - 7 -2、同步变压器及触发器的设计 .......................................................... - 7 -1、触发电路的设计......................................................................... - 7 -2、同步变压器的设计................................................................... - 8 -3、保护电路的设计 .............................................................................. - 8 -1、过电流保护............................................................................... - 8 -2、过电压保护............................................................................... - 8 -3、缓冲电路................................................................................... - 8 -4、检测环节 .......................................................................................... - 9 -1、转速检测................................................................................... - 9 -2、电流检测..................................................................................... - 9 -3、电压检测................................................................................. - 10 -5、控制电路的设计 ............................................................................ - 10 -1、A VR电压内环的设计............................................................ - 10 -2、ACR电流环的设计 ................................................................- 11 -3、ASR转速环的设计................................................................ - 12 -4、A VR、ACR和ASR的限幅设计.......................................... - 13 -5、AR反相器的设计.................................................................. - 13 -三、设计小结....................................................................................................... - 14 -四、参考文献....................................................................................................... - 14 -一、错位控制无环流可逆调速系统的原理1、可逆调速系统的原理图1 两组晶闸管装置发并联线路较大功率的可逆直流调速系统多采用晶闸管—电动机系统。

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。

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。

温室智能测控系统的设计班级：学号：姓名：指导教师：目录绪论 (1)1 课程设计的目的 (2)2课程设计的主要内容 (2)2.1温度控制系统的概述 (2)2.2系统硬件设计 (4)2.3功率控制模块 (9)2.4键盘输入模块 (12)2.5显示报警模块 (13)3系统功能设计 (14)3.1核心控制模块 (14)3.2信号采集模块 (16)4系统的软件设计 (16)5 设计心得体会 (19)参考文献 (20)①系统构造框图②系统工作流程传感器测量现场湿度、温度，并将湿度温度转换成模拟电信号，经过调理电路进展放大、滤波处理，消除噪声干扰信号，最后由A/D转换器将处理过的模拟信号转换成数字信号，并输出到单片机接口。

单片机读取A/D转换器转换好的温度、湿度数字信号信息，以及操作人员通过键盘设定的温度、湿度数值，然后根据设定值以及设计好的算法进展输出控制。

输出控制信号经过功率放大器的处理，控制电热丝、风扇以及滴灌电磁阀的工作。

同时，单片机实时输出温室的温度、湿度信息到显示模块，便于工作人员观察、操作。

如果出现长时间检测到的温度或者湿度数值与设定值偏差超过一定界限，或者设置超限，则输出控制报警器报警。

〔3〕主要功能模块整个温室测控系统主要由五个模块组成，分别为核心控制模块，信号采集模块，功率控制模块，键盘输入模块以及显示报警模块。

核心控制模块由8031单片机及外围必备部件组成，完成数据处理的功能。

信号采集模块由分布在温室各处的温度传感器、湿度传感器以及相应的调理电路、放大电路还有A/D转换器组成。

功率控制模块由功率放大电路以及风扇、电热丝、滴灌电磁阀等执行装置组成。

键盘输入模块由键盘及相应的输入接口组成。

显示报警模块由LED数码管、蜂鸣器、指示灯以及相应的输出电路组成。

2系统硬件设计温度传感器选用AD590。

AD590是美国ANALO G DEV ICES 公司的单片集成两端感温电流源。

主要特性如下：1)流过器件的电流(μA) 等于器件所处环境的热力学温度(开尔文) 度数：Ir/T=1uA/K式中，Ir—流过器件(AD590) 的电流，单位为μA；T—热力学温度，单位为K；2〕AD590的测温*围为- 55℃~+150℃；3〕AD590的电源电压*围为4～30 V，可以承受44 V正向电压和20 V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏；4〕输出电阻为710 mΩ；5〕精度高，AD590在- 55℃~+150℃*围内，非线性误差仅为±0.3℃。

《自动控制原理》课程设计报告课题名称Matlab软件应用学院自动控制与机械工程学院专业电气工程及其自动化专业班级2009级电气XX班姓名XXX学号XXXXXXXXX时间XXXX年XX月 XX日自动控制原理课程设计报告摘要MATLAB 作为自动控制原理课程学习的主要工具之一在国内外被广泛使用。

该文根据自动控制原理课程学生学习的特点, 探讨了构建基于MATLAB 的实时控制实验系统平台, 以及该平台在自动控制原理课程实验教学中的使用。

关键词自动控制原理实验MATLAB; SIMULINKAbstract:MATLAB is the most ly used tool in the course of control theory. The paper base on learning specialty about control theory, it has established environment for experiment system with real time controlling. The paper introduce to using about the environment.Key words: automation control theory experiment MATLAB SIMULINK目录一、实验目的 --------------------------------------------------------------------------------------------- 3二、实验原理 --------------------------------------------------------------------------------------------- 3<一>、MATLAB简介------------------------------------------------------------------------------ 3<二>、MATLAB桌面系统 ----------------------------------------------------------------------- 4<三>、MATLAB命令窗口 ----------------------------------------------------------------------- 4<四>、MATLAB基本操作命令 ----------------------------------------------------------------- 51、简单矩阵的输入 --------------------------------------------------------------------------- 52、复数矩阵输入 ------------------------------------------------------------------------------ 53、MATLAB语句和变量 -------------------------------------------------------------------- 54、语句以“％”开始和以分号“；”结束的特殊效用 ------------------------------- 65、获取工作空间信息 ------------------------------------------------------------------------ 66、常数与算术运算符 ------------------------------------------------------------------------ 67、选择输出格式 ------------------------------------------------------------------------------ 68、MATLAB图形窗口 ----------------------------------------------------------------------- 79、剪切板的使用 ------------------------------------------------------------------------------ 710、MATLAB编程指南---------------------------------------------------------------------- 7三、MATLAB 语言的特点及其主要功能 ---------------------------------------------------------- 8<一>、MATLAB语言的特点 -------------------------------------------------------------------- 8<二>、MATLAB语言的主要功能 -------------------------------------------------------------- 81) 数值计算功能------------------------------------------------------------------------------- 82) 符号计算功能------------------------------------------------------------------------------- 83) 数据分析功能------------------------------------------------------------------------------- 84) 动态仿真功能------------------------------------------------------------------------------- 95) 程序接口功能------------------------------------------------------------------------------- 96) 文字处理功能------------------------------------------------------------------------------- 9四、具体题目分析说明 -------------------------------------------------------------------------------- 10五、课程设计体会 -------------------------------------------------------------------------------------- 27六、参考文献 -------------------------------------------------------------------------------------------- 28一、实验目的1、了解matlab软件的基本特点和功能,熟悉其界面、菜单和工具条；掌握线性系统模型的计算机表示方法、变换以及模型间的相互转换。

课程设计报告课程编号j1630102课程名称自动控制原理课程设计学生姓名所在班级自动化1132联系电话实施地点钟海楼04007起止时间2015.6.15--2015.6.19指导教师职称副教授一、课程设计的意义1．学习和掌握典型高阶系统动静态性能指标的测试方法。

2．分析典型高阶系统参数对系统稳定性和动静态性能的影响。

3．掌握典型系统的电路模拟和数字仿真研究方法。

二、课程设计的内容已知典型三阶系统的结构方框图如图1所示：其开环传递函数为)1)(1()(21021++=S T S T S T K K S G ，本实验在此开环传递函数基础上做如下实验内容：1．典型三阶系统电路模拟研究； 2．典型三阶系统数字仿真研究；3．分析比较电路模拟和数字仿真研究结果。

三、课程设计的要求Step1．根据给出的三阶开环系统传递函数)1)(1()(21021++=S T S T S T K K S G ，设计一个由积分环节S T 01和惯性环节111+S T K 与122+S T K 组成的三阶闭环系统的模拟电路图；Step 2．在输入端加入阶跃信号，其幅值为3V 左右，输入、输出端分别接双踪示波器两个输入通道；Step3．单方向调节电位器（即改变开环增益），使系统的输出响应分别为稳定状态、临界稳定状态和不稳定状态，记录对应的电位器的电阻值，同时观察并记录输出波形，了解参数变化对系统稳定性的影响；Step4．调节电位器，使系统处于稳定状态，观察示波器读出系统稳定时的输出电压值，读出系统的超调量、调节时间和稳态误差并记录，测量时，输入电压值保持不变；图1 典型三阶系统结构方框图图1 典型三阶系统的结构方框图Step5．保持电位器不动（增益不变），改变三环节时间常数T 0，T 1，T 2，观察时间参数改变对系统动静态性能的影响，并记录对应的响应曲线；Step6．调用数字仿真软件Matlab 中的Simulink ，完成上述典型系统的动静态性能研究，并与模拟电路的研究结果相比较； Step 7．分析结果，完成课程设计报告。

自动控制课程设计报告自动控制课程设计报告一、自动控制的应用领域分析自动化控制系统的研究，几乎涵盖所有应用科学知识与技术的结合，领域范围及牵涉的科学知识与应用工具相当广泛，作为交叉学科，自动控制与其他很多学科有关联，尤其是数学和信息学，在制造，医药，交通，机器人，以及经济学，社会学中的应用也都非常广泛。

自动化控制的应用领域一般可分为下列几类：1、工厂自动化控制，又称为生产自动化控制，即利用自动化的生产设备，一贯作业的生产方式，从事有效率的产品生产。

2、设计自动化控制，即利用电脑软件技术及应用，将所需设计的资料，转成控制程序或生产流程，而且以简单的图或语言，来表示或执行制造过程的自动化控制的运作。

3、实验室自动化控制，即利用自动化设备与电脑软件技术及应用，或可编程控制器等设备，结合温度、湿度、压力、流量等传感器，将实验室的控制程序或生产流程，及所需实验结果的资料，转成简单的图或语言，来表示或执行实验室的自动化控制作。

4、检测自动化控制，即利用自动化的检测设备与电脑软件技术及程式应用，结合温度、湿度、压力、流量等传感器设备，能自动地检测样品，并将检测的物理量的资料，转成简单的图或语言，来表示检测结果。

5、办公室自动化控制，即利用软件程式技术及应用，将办公室的文书资料或文书档案，做有效率的管理。

6、家庭自动化控制，即利用自动化的设备与电脑软件技术及程式应用，结合家庭用设备，提高家庭舒适度与居家安全。

7、服务自动化控制，即利用自动化的设备与电脑软件技术及程式应用，结合各式各样的自动化设备或传感器，监测、纪录、转接、通知、执行运作等，以供顾客或使用者，能快速处理相关作业或快速处理所遭遇的问题。

上述七大类自动化控制的范畴及其相关产品与设备，占社会经济产值相当比重，对国家社会经济影响很大，非常值得深思研究与发展应用随着自动化技术的发展与应用。

二、现代控制理论的发展及基本内容经典控制理论虽然具有很大的实用价值，但也有着明显的局限性。

自动控制课程设计报告班级：自动化08-1班学号：08051116姓名：刘加伟2011.7.17 任务一、双容水箱的建模、仿真模拟、控制系统设计Array一、12、根据建立二阶水箱液位对象模型，在计算机自动控制实验箱上利用电阻、电容、放大器的元件模拟二阶水箱液位对象。

3、通过NI USB-6008数据采集卡采集模拟对象的数据，测试被控对象的开环特性，验证模拟对象的正确性。

4、采用纯比例控制，分析闭环控制系统随比例系数变化控制性能指标（超调量，上升时间，调节时间，稳态误差等）的变化。

5、采用PI 控制器，利用根轨迹法判断系统的稳定性，使用Matlab 中 SISOTOOLS 设计控制系统性能指标，并将控制器使用于实际模拟仿真系统，观测实际系统能否达到设计的性能指标。

6、采用PID 控制，分析不同参数下，控制系统的调节效果。

7、通过串联超前滞后环节校正系统，使用Matlab 中 SISOTOOLS 设计控制系统性能指标，并将校正环节使用于实际模拟仿真系统，观测实际系统能否达到设计的性能指标。

(一) 建立模型(二) 实验模型及改变阶跃后曲线：1． 取阶跃曲线按照以下模型建立系统辨识模型：一般 取为0.4和0.8K=160.47 t1=141 t2=338 建立传递函数为：()(0)y y K u ∞-=∆12t/T t/T *121221T T y (t)1e e T T T T --=----*(t)y T T (t t )2.16+≈+⎧G(s)=)150.50)(126.171(60.1++s s计算下行阶跃各参数：T1=84.20 T2=48.67 K=148.08 t1=89 t2=198 建立传递函数为： G(s)=)167.48)(120.84(48.1++s s2． 建立机理模型Q1=k1*u1；Q2=k2*u2*1H ；Q=k3*u3*2H ；k1=10 ； k2=1.9； k3=1.65； 阀门开度u1=50； u2=52 ； u3=51 ； 水箱面积A1=1050 ；A2=600 理论传递函数G(s)=)16.84)(12.61(41.1++s s ； 取辨识传递函数G （s ）=)106.4)(102.7(48.1++s s(三) 根据建立的二阶水箱液位对象模型，在计算机自动控制实验箱上利用电阻、电容、放大器的元件模拟二阶水箱液位对象。

自动控制原理课程设计专业：自动化设计题目：控制系统的综合设计班级：自动化0943学生姓名：XXX学号：XX指导教师：XX分院院长：XXX教研室主任：XX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 设计要求 (2)1.3 Matlab软件 (2)1.3.1基本功能 (2)1.3.2应用 (3)第二章控制系统程序设计 (5)2.1 校正装置计算方法 (5)2.2 课程设计要求计算 (5)第三章利用Matlab仿真软件进行辅助分析 (8)3.1校正系统的传递函数 (8)3.2用Matlab仿真 (8)3.3利用Matlab/Simulink求系统单位阶跃响应 (12)3.2.1原系统单位阶跃响应 (12)3.2.2校正后系统单位阶跃响应 (13)3.2.3校正前、后系统单位阶跃响应比较 (15)3.4硬件设计 (17)3.4.1在计算机上运行出硬件仿真波形图 (17)课程设计心得体会 (19)参考文献 (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Kc=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）。

cR1.2 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）利用对数坐标纸手工绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线； 4）设校正装置R1=100K ，R2=R3=50K ，根据计算结果确定有源超前校正网络元件参数R4、C 值；5）绘制引入校正装置后系统电路图（设给定的电阻和电容：R=100K ，C=1μF 、10μF 若干个）；6）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；7）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；8）利用自动控制原理实验箱完成硬件设计过程，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。

课程实习报告课程名称：自动控制原理及专业软件应用课程实习题目名称：三阶系统校正年级专业及班级：姓名：学号：指导教师：评定成绩：教师评语：指导老师签名：年月日目录摘要 (3)一、课程实习任务和要求 (4)二、未校正系统的分析 (5)（一）未校正系统零极点图 (5)（二）未校正系统根轨迹分析 (5)（三）未校正系统时域分析 (8)（四）未校正系统频域分析 (9)三、校正系统的设计 (11)（一）理论分析 (11)（二）理论计算 (13)四、校正后系统性能分析 (15)（一）频域分析 (15)（二）时域分析 (16)五、电路设计 (18)（一）典型环节电路图 (18)（二）校正后系统电路设计 (27)小结 (28)摘要所谓校正，就是在系统不可变部分的基础上，加入适当的校正元部件，使系统满足给定的性能指标。

主要有两大类校正方法：分析法与综合法。

分析法把校正装置归结为易于实现的超前校正、滞后校正、超前—滞后校正等几种类型，它们的结构是已知的，而参数可调。

通过校正方法确定这些校正装置的参数。

综合法又称为期望特性法。

它的基本思路是按照设计任务所要求的性能指标，构造期望的数学模型，然后选择校正装置的数学模型，使系统校正后的数学模型等于期望的数学模型。

本次课程设计，要求我在掌握自动控制理论基本原理，一般电学系统自动控制方法的基础上，用MATLAB实现系统的仿真与调试。

在课程实习中，先对待校正装置进行时域分析和频域分析，在算出原装置的参数，与系统要求对比之后决定使用串联滞后校正。

计算出串联滞后校正参数，将参数带入待校正的系统。

校正后的系统经过校验满足了系统要求。

再Simulink对系统进行了仿真，之后画出了校正系统的电路图。

关键字：串联校正串联滞后时域分析频域分析一、课程实习任务和要求（一）初始条件：设一系统的开环传递函数为：1)1)(0.5s s(s k(s)G 0++=，试设计串联校正网络)(s G c 。

性能指标要求：（1）系统稳态速度误差系数v K =5s-1; （2）相角裕度γ≥400。

4、控制系统的根轨迹分析（ ）4.1过热汽温控制及控制系统简介图1串级过热汽温PID 控制系统对应的控制系统方框图见下图。

4.1.2 某600MW 超临界压力锅炉高温过热器在不同负荷时的动态过程模型，见表1。

模型的输入为减温器喷水流量的变化(kg/s )，输出为主蒸汽温度的变化(℃)。

可以看出，锅炉汽温对象具有明显的非线性特征，随着负荷的变化，模型参数(特别是惰性区的时间常数T 以及导前区的静态增益K ) 发生了明显变化。

表1 汽温对象基本模型模型导前区惰性区r2θ100%负荷 20.815(118)s -+61.276(118.4)s +75%负荷 21.657(120)s -+ 71.202(127.1)s +50%负荷23.067(125)s -+ 71.119(142.1)s +本小组抽选到第三大组，50%负荷。

因此导前区为23.067(125)s -+；导后区为71.119(142.1)s +。

4.1.3基本控制系统锅炉高温过热器出口温度串级控制系统如图2。

系统中的主控制器采用PID 控制器，副控制器采用P 控制器，对应的传递函数为：()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=s T sT k s G d i p PID 112 ()1p P k s G =在基本控制系统中，控制器参数按表2给定。

()⎪⎭⎫⎝⎛++=s s s G PID 7.258.95112.1()25=s G P4.1.4控制系统的开环传递函数G(s)=1.2*(1+1/(95.8s+25.7s)*(Kp1*3.067/(1+25s)^2)/((1+Kp1*3.067/(1+25s)^2))*1.119/(1+42.1s)^74.2 MATLAB 用于根轨迹分析根轨迹是控制理论中常用的一种方法, 所谓根轨迹是系统开环传递函数某一参数在某一范围变化时, 系统闭环特征方程的根在 s 平面上移动的轨迹。

人工绘制计算量大且绘制出的曲线不精确，而利用 MATLAB 绘制系统根轨迹十分方便。

磁盘驱动读取系统概述：磁盘驱动读取装置的目标是要将磁头准确定位，以便正确读取磁盘磁道上的信息，由于磁盘旋转速度在1800转/分和7200转/分之间，磁头在磁盘上方不到10nm的地方运动，所以位置精度指标要求非常高。

此系统轨道的位置是通过读取预先录制在上的信息（格式化完成）进行检测的，因此反馈通道的传递函数取为：H(s)=1。

此外我们近似磁头与手臂之间的簧片是完全刚性的，所以影响磁头定位的主要扰动因素是外界的冲击、震动和系统内部参数发生改变等因素，我们要改进控制系统，以减小扰动因素的影响。

在这次设计中我们将用到比例控制，超前校正控制，滞后—超前校正控制等方法。

一、利用实验数据建立对象数学模型（考虑读写头与悬臂刚性连接）实验原理图：相关数据：飞升曲线标幺曲线根据程序：t=t(15:30);y1=y(15:30);y2=y1/0.092008;y3=1-y2;y4=log(y3);plot(t,y4)gridp=polyfit(t,y4,1)并得到：p =-829.6900 1.5860所以：K=-829.69,b=1.586 得到斜率坐标曲线如下图：斜率坐标图计算如下：所以对象传递函数:G(s)=0.92008/(1.156×10-6S3+2.16×10-3S2+S)二、采用比例控制，系统的性能指标要求：超调量%<5%，调整时间t s <200ms ，单位扰动的最大响应小于5‰1、控制系统方块图：R(S) C(S2、根据根轨迹程序：a=[0.92008];b=[1.156e-006 0.00216 1 0]; sys=tf(a,b); rlocus(sys); gridrlocfind(sys)>> Select a point in the graphics window selected_point =-7.4426e+002 -8.3668e+000ians =26.5803得到如图根轨迹：Ka 0.92008/(0.00121S+1)1/(0.000958S+1)1/s 1根轨迹图在保证系统稳定的前提下，折中选出比例增益，系统稳定要求闭环系统的极点位于S平面的右半面，通过根轨迹图可知当%=4.88%时，系统Ka=2473、系统的稳定裕度编程：ka=247;sys1=tf([0.92008*ka],[ 0.00121 1])sys2=tf([1],[0.000958 1 0])sys3=series(sys1,sys2);bode(sys3)gridmargin(sys3)[h r wg wc]=margin(sys3)运行结果：Transfer function:227.3-------------0.00121 s + 1Transfer function:1----------------0.000958 s^2 + sh =8.2297 （幅值欲量h）r =63.7349 （相角欲量r）wg =928.8050 （交接频率w g）wc =215.3773 （截止频率w c）BODE图4、单位阶跃给定作用下的响应曲线编程：ka=247;t=0:0.0001:10;sys1=tf([0.92008*ka],[ 0.00121 1])sys2=tf([1],[0.000958 1 0])sys3=series(sys1,sys2);sys4=feedback(sys3,[1])[y,t]=step(sys4,t);plot(t,y)grid得到曲线如图：5、单位扰动作用下的响应曲线编程：ka=247;t=0:0.001:2;sys1=tf( 1,[0.000958 1 0])sys2=tf(0.92008*ka,[0.00121 1])sys3=feedback(sys1,sys2)[y,t]=step(sys3,t);plot(t,y)grid得到曲线如图：5、小结通过多次改变Ka的可得到以下表中的多组数据：Ka 225 235 247 255 265超调量 3.14% 3.95% 4.88% 5.57% 6.4%调节时间（s）0.014 0.013 0.012 0.012 0.0130.0049 0.0048 0.0046 0.0045 0.0044对单位阶跃扰动的响应的最大值由此折中选择Ka=247为合适的。

目录一、课设的任务与要求 (1)I、课设的题目与问题 (1)II课设的范化要求 (1)二、设计正文 (2)I、第一问 (3)1-1 题目的处理 (3)1-2 题目的代码 (3)1-3 运行的的结果 (3)1-4 比较 (4)II 、第二问 (4)2-1 题目的处理 (5)2-2 题目的代码 (5)2-3 运行的结果 (5)K>0 (6)K<0 (6)III、第三问 (6)3-1 题目的处理 (6)3-3 运行的结果 (7)3-4 结论 (8)IV、第四问 (8)第四问中的第一小题 (8)4-1-1题目的分析 (8)4-1-2题目的代码 (8)4-1-3运行结果 (9)4-1-4 系统的校正 (9)4-1-4-1 超前校正 (9)4-1-4-2 滞后校正 (10)第四问中的第二小题 (11)4-2-1题目的分析 (11)4-2-2题目的代码 (11)4-2-3 运行的结果 (12)4-2-4 系统校正 (12)4-2-4-1 超前校正 (12)4-2-4-2 滞后校正 (13)三、附录 (16)第一问 (16)第二问 (17)K>0 (17)K<0 (17)第三问 (18)第四问 (19)第一题 (19)未校正的单位阶跃响应图 (19)未校正前的BODE 图 (19)超前校正 (19)滞后校正 (21)第二题 (21)未校正的单位阶跃响应图 (22)可得未校正前的BODE 图 (22)超前校正 (22)滞后校正 (23)滞后—超前校正 (24)四、总结 (26)五、参考文献 (26)一、课设的任务与要求I 、课设的题目与问题题目：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数)11.0()(+=s s K s G k问题： 1. 分析系统单位阶跃响应的时域性能指标2. 当(),k ∈-∞+∞时，绘制系统的根轨迹，分析系统的稳定性3. 对系统进行频域分析，绘制其Nyquist 图及Bode 图，确定闭环系统的稳定性4. 用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性能指标：4.1设计串联校正满足下列性能指标（1）在单位斜坡信号t t r =)(作用下，系统的稳态误差01.0≤ss e ；（2）系统校正后，相位裕量0''45)(>c ωγ。