自动控制原理本科教学要求
自动控制专业的自动控制原理课程包括自动控制原理Ⅰ和现代控制理论两部分，分两个学期讲授。
《自动控制原理I》教学大纲
课程编号：T1043010
课程中文名称：自动控制原理
课程英文名称： Automatic Control Theory
总学时： 100 讲课学时：88 实验学时：16
习题课学时：0 上机学时：
学分：6.0
授课对象：自动控制专业本科生
先修课程：电路原理、电子技术和电机方面的有关课程；复变函数和线性代数
教材：《自动控制原理》（第三版）李友善主编，国防工业出版社，2005年
参考书：《自动控制原理》（第四版）胡寿松主编，科学出版社，2001年
《Linear Control System Analysis and Design》（第四版）清华大学出版社，2000年
一、课程教学目的：
自动控制原理是控制类专业最重要的一门技术基础课。这门课主要讲解自动控制的基本理论、自动控制系统的分析方法与设计方法。
本课程的主要任务是培养学生掌握自动控制系统的构成、工作原理和各件的作用;掌握建立控制系统数学模型的方法。掌握分析与综合线性控制系统的三种方法：时域法、根轨迹法和频率法。掌握计算机控制系统的工作原理以及分析和综合的方法。了解非线性控制系统的分析和综合方法。建立起以系统的概念、数学模型的概念、动态过程的概念。
通过课程的学习使学生掌握分析、测试和设计自动控制系统的基本方法。结合各种实践环节，进行自动控制领域工程技术人员所需的基本工程实践能力的训练。从理论和实践两方面为学生进一步学习自动控制专业的其他专业课如:过程控制、数字控制、飞行器控制、智能控制、导航与制导、控制系统设计等打下必要的专业技术基础。自动控制原理课程是自动控制专业学生培养计划中承上启下的一个关键环节，因此该课程在自动控制专业的教学计划中占有重要的位置。
二、教学内容及基本要求
第一章控制系统的一般概念（2学时）
本课程的目的及讲授内容，自动控制的基本概念和自动控制系统，开环控制与闭环控制，控制系统的组成，控制系统的基本要求。
第二章控制系统的数学模型（12学时）
控制系统微分方程的建立，传递函数的基本概念和定义，传递函数的性质，基本环节及传递函数，控制系统方框图及其绘制，方框图的变换规则，典型系统的方框图与传递函数，方框图的化简，用梅森增益公式化简信号流图。
第三章线性系统的时域分析（14学时）
典型输入信号，一阶系统的瞬态响应，线性定常系统的重要性质，二阶系统的标准型及其特点，二阶系统的单位阶跃响应，二阶系统的性能指标，二阶系统的脉冲响应，二阶系统的单位速度响应，初始条件不为零时二阶系统的过渡过程。
闭环主导极点的概念，高阶系统性能指标的近似计算。稳定的基本概念和定义，线性系统的稳定条件，劳斯稳定判据。控制系统的稳态误差，稳态误差的计算：泰勒级数法和长除法，控制系统的无静差度，用终值定理计算稳态误差，减小稳态误差的方法
第四章根轨迹法（12学时）
控制系统的根轨迹，绘制根轨迹的基本规则，控制系统的根轨迹分析，参数根轨迹，闭环系统的零极点分布域性能指标
第五章线性系统的频域分析（14学时）
频率特性的概念，典型环节频率特性的极坐标图表示，典型环节频率特性的对数坐标图表示，开环系统的对数频率特性，最小相位系统。v=0、1、2时开环系统的极坐标图，Nyquist稳定判据，用开环系统的Bode图判定闭环系统的稳定性，控制系统的相对稳定性。控制系统的性能指标，二阶系统性能指标间的关系，高阶系统性能指标间的关系，开环对数频率特性和性能指标的关系。
第六章控制系统的综合与校正（14学时）
控制系统校正的基本方法，基本控制规律。相位超前校正网络，用频率特法确定相位超前校正参数，按根轨迹法确定相位超前校正参数。相位滞后网络，用频率特性法确定相位滞后校正参数，按根轨迹法确定相位滞后校正参数。相位滞后-超前校正网络，控制系统的期望频率特性，控制系统的固有频率特性，根据期望频率特性确定串联校正参数。
第七章非线性控制系统分析（8学时）
非线性控制系统引言，相平面法，描述函数法，利用非线性特性改善控制系统性能。
第八章线性离散系统的分析与综合（12学时）
采样过程，采样周期的选取，信号保持，Z变换，脉冲传递函数，稳定性分析。线性数字控制系统的时域分析，线性离散系统的数字校正，连续校正环节的离散化，数字校正的实现。
实验项目明细：
1 二阶系统模拟机仿真，2学时
2 小功率随动系统的分析与校正，3学时
3 调速系统的分析与校正，3学时
4 计算机控制系统，4学时
5 控制系统计算机辅助设计，4学时
《现代控制理论》教学大纲(44学时)
课程编码：T1040031
课程名称：现代控制理论
课程英文名称： Modern Control Theory
总学时：44 讲课学时：36 习题课学时：0 实验学时：8 上机学时：12
开课单位：航天学院控制科学与工程系控制理论及应用教研室
开课对象：控制类专业本科生
预修课程：电路原理、电子技术和电机方面的有关课程；复变函数和线性代数
教材：《自控原理》（下）李友善主编，国防工业出版社，1994年
参考书：《现代控制理论》（第2版）刘豹主编机械出版社 2000年
《现代控制工程》（第三版）Ogata著电子出版社 2000年
《自控原理》（第二版）胡寿松主编，北航出版社，1998年
《Linear Control System Analysis and Design》（第四版）清华大学出版社，2000年
一、本课程的教学目的和要求及其在教学中的地位：
通过本课程的学习使学生了解现代控制理论的基本内容、自动控制系统的状态空间分析方法，掌握综合线性系统的原理和方法以及最优控制的基本理论，对现代控制理论有全面的掌握，对系统辩识、最优控制、计算机控制的理论有深入了解。掌握非线性系统的稳定性及其理论，掌握线性和非线性系统稳定性的基本分析方法。
二、本课程的主要教学内容、各章节内容及其学时安排
本课程是《自动控制原理》课程的继续，前8章在《自动控制原理》课中讲。
第九章线性系统状态空间分析法(12学时)
1．状态空间的基本概念
2．控制系统状态空间表达式
3．线性定常系统的分析
4．线性时变系统的分析
5．线性离散系统的分析
6. 线性状态方程的离散化
第十章李雅普诺夫稳定性分析（8学时）
1．李雅普诺夫意义下的稳定性
2．判别系统稳定性的李雅普诺夫方法
3．应用李雅普诺夫方法分析线性系统稳定性
4．应用李雅普诺夫方法分析非线性系统稳定性
第十一章线性系统的状态空间综合法（10学时）
1．线性系统的能控性和能观性
2．线性系统的结构分析
3．线性系统的状态反馈和输出反馈
4．线性系统的状态观测器
5．线性系统的解耦
6．线性系统的实现
第十二章最优控制（6学时）
1．最优控制的一般提法
2．应用变分法求解无约束问题的最优控制
3．极小值原理
4．线性二次型最优控制问题
5．动态规划
三、其他教学环节安排：
1、实验内容(8学时)
（1）数字控制系统实验（4学时）
a. 数字控制系统的基本组成
b. 数字控制系统的设计
（2）现代控制理论实验（4学时）
a. 控制系统状态空间分析法计算机辅助设计
b. 二阶倒立摆实验
2、上机：
课外学时： 20
四、考试权重：
平时成绩20％；期末成绩80％
非自动控制专业的自动控制原理课程有
自动控制原理Ⅱ（70学时）
自动控制原理Ⅲ（60学时）
两种供不同专业选择
《自动控制原理Ⅱ》课程教学大纲
课程编码：T1041010
课程名称：自控原理
课程英文名称： Automatic Control Theory
总学时：70 讲课学时： 60 习题课学时：0
实验学时：10 上机学时：10 （课外）
学分：
开课对象：非控制类专业本科生
预修课程：电路原理、电子技术和电机方面的有关课程；复变函数和线性代数
教材：《自动控制原理》梅晓榕主编，科学出版社，2002年
《自动控制原理》（修订版）鄢景华主编哈工大出版社，2002年
参考书：《自动控制原理》（第三版）李友善主编，国防工业出版社，2005年
《Linear Control System Analysis and Design》（第四版）清华大学出版社，2000年
一、课程教学目的
自动控制原理是工科专业的一门技术基础课。这门课主要讲解自动控制的基本理论、自动控制系统的分析方法与设计方法。通过本课程的学习使学生了解自动控制系统的组成和基本理论，主要掌握应用时域法和频域法分析和综合线性系统的基本原理和方法，对现代控制理论有一定的掌握，了解用状态空间法分析和设计线性系统的基本方法。
二、教学内容及基本要求
第一章自动控制概论（2学时）
本课程的目的及讲授内容，自动控制的基本概念和自动控制系统，开环控制与闭环控制，控制系统的组成，控制系统的基本要求。
第二章控制系统的数学模型（8学时）
控制系统微分方程的建立，传递函数的基本概念和定义，传递函数的性质，基本环节及传递函数，控制系统方框图及其绘制，典型系统的方框图与传递函数，方框图化简，梅森增益公式第三章控制系统的时域分析（12学时）
典型输入信号，一阶系统的瞬态响应，二阶系统的标准型及其特点，二阶系统的单位阶跃响应，二阶系统的性能指标，二阶系统的脉冲响应，二阶系统的单位速度响应，闭环主导极点的概念。稳定的基本概念和定义，线性系统稳定的充要条件，劳斯稳定判据，控制系统的稳态误差，稳态误差的计算，减小稳态误差的方法。
第四章根轨迹法（8学时）
控制系统的根轨迹，绘制根轨迹的基本规则，控制系统的根轨迹分析。
第五章频率特性法（18学时）
频率特性的概念，典型环节频率特性的极坐标图表示，典型环节频率特性的对数坐标图表示，开环系统
的对数频率特性，最小相位系统。Nyquist稳定判据，用开环系统的Bode图判定闭环系统的稳定性，控制系统的相对稳定性，控制系统的性能指标，系统性能指标间的关系，开环对数频率特性和性能指标的关系。
控制系统校正的基本方法，基本控制规律，相位超前校正网络，按频率特性法确定相位超前校正参数，相位滞后网络，按频率特性法确定相位滞后校正参数，相位滞后-超前校正网络，控制系统的期望频率特性，根据期望频率特性确定串联校正参数。
第六章控制系统状态空间分析法(12学时)
状态空间的基本概念，控制系统状态空间表达式，状态变量的唯一性与特征值不变性，根据传递函数求状态方程，根据方框图建立状态方程。齐次状态方程的解，状态转移矩阵的求法，非齐次方程的解，能控性和能观性基本概念，线性定常系统的能控性和能观性。用状态反馈配置系统的极点，状态观测器的设计。
自动控制原理 大作业 （设计任务书） 姓名： 院系： 班级： 学号： 5. 参考图5 所示的系统。试设计一个滞后-超前校正装置，使得稳态速度误差常数为20 秒-1，相位裕度为60
度，幅值裕度不小于8 分贝。利用MATLAB 画出 已校正系统的单位阶跃和单位斜坡响应曲线。 + 一．人工设计过程 1.计算数据确定校正装置传递函数 为满足设计要求，这里将超前滞后装置的形式选为 ) 1)(() 1)(1()(2 12 1T s T s T s T s K s G c c ββ++++= 于是，校正后系统的开环传递函数为)()(s G s G c 。这样就有 )5)(1()(lim )()(lim 00++==→→s s s K s sG s G s sG K c c s c s v 205 ==c K 所以 100=c K 这里我们令100=K ，1=c K ，则为校正系统开环传函) 5)(1(100 )(++= s s s s G
首先绘制未校正系统的Bode 图 由图1可知，增益已调整但尚校正的系统的相角裕度为? 23.6504-，这表明系统是不稳定的。超前滞后校正装置设计的下一步是选择一个新的增益穿越频率。由)(ωj G 的相角曲线可知，相角穿越频率为2rad/s ，将新的增益穿越频率仍选为2rad/s ，但要求2=ωrad/s 处的超前相角为? 60。单个超前滞后装置能够轻易提供这一超前角。 一旦选定增益频率为2rad/s ，就可以确定超前滞后校正装置中的相角滞后部分的转角频率。将转角频率2/1T =ω选得低于新的增益穿越频率1个十倍频程，即选择2.0=ωrad/s 。要获得另一个转角频率)/(12T βω=，需要知道β的数值， 对于超前校正，最大的超前相角m φ由下式确定 1 1 sin +-= ββφm 因此选)79.64(20 ==m φβ，那么，对应校正装置相角滞后部分的极点的转角频率为 )/(12T βω=就是01.0=ω，于是，超前滞后校正装置的相角滞后部分的传函为 1 1001 520 01.02.0++=++s s s s 相角超前部分：由图1知dB j G 10|)4.2(|=。因此，如果超前滞后校正装置在2=ωrad/s 处提供-10dB 的增益，新的增益穿越频率就是所期望的增益穿越频率。从这一要求出发，可 以画一条斜率为-20dB 且穿过（2rad/s ，-10dB ）的直线。这条直线与0dB 和-26dB 线的交点就确定了转角频率。因此，超前部分的转角频率被确定为s rad s rad /10/5.021==ωω和。 因此，超前校正装置的超前部分传函为 )1 1.01 2(201105.0++=++s s s s 综合校正装置的超前与之后部分的传函，可以得到校正装置的传递函数)(S G c 。 即) 1100)(11.0() 15)(12(01.02.0105.0)(++++=++++= s s s s s s s s s G c 校正后系统的开环传递函数为
自动控制原理本科教学要求 自动控制专业的自动控制原理课程包括自动控制原理Ⅰ和现代控制理论两部分，分两个学期讲授。 《自动控制原理I》教学大纲 课程编号：T1043010 课程中文名称：自动控制原理 课程英文名称： Automatic Control Theory 总学时： 100 讲课学时：88 实验学时：16 习题课学时：0 上机学时： 学分：6.0 授课对象：自动控制专业本科生 先修课程：电路原理、电子技术和电机方面的有关课程；复变函数和线性代数 教材：《自动控制原理》（第三版）李友善主编，国防工业出版社，2005年 参考书：《自动控制原理》（第四版）胡寿松主编，科学出版社，2001年 《Linear Control System Analysis and Design》（第四版）清华大学出版社，2000年 一、课程教学目的： 自动控制原理是控制类专业最重要的一门技术基础课。这门课主要讲解自动控制的基本理论、自动控制系统的分析方法与设计方法。 本课程的主要任务是培养学生掌握自动控制系统的构成、工作原理和各件的作用;掌握建立控制系统数学模型的方法。掌握分析与综合线性控制系统的三种方法：时域法、根轨迹法和频率法。掌握计算机控制系统的工作原理以及分析和综合的方法。了解非线性控制系统的分析和综合方法。建立起以系统的概念、数学模型的概念、动态过程的概念。 通过课程的学习使学生掌握分析、测试和设计自动控制系统的基本方法。结合各种实践环节，进行自动控制领域工程技术人员所需的基本工程实践能力的训练。从理论和实践两方面为学生进一步学习自动控制专业的其他专业课如:过程控制、数字控制、飞行器控制、智能控制、导航与制导、控制系统设计等打下必要的专业技术基础。自动控制原理课程是自动控制专业学生培养计划中承上启下的一个关键环节，因此该课程在自动控制专业的教学计划中占有重要的位置。 二、教学内容及基本要求 第一章控制系统的一般概念（2学时） 本课程的目的及讲授内容，自动控制的基本概念和自动控制系统，开环控制与闭环控制，控制系统的组成，控制系统的基本要求。 第二章控制系统的数学模型（12学时） 控制系统微分方程的建立，传递函数的基本概念和定义，传递函数的性质，基本环节及传递函数，控制系统方框图及其绘制，方框图的变换规则，典型系统的方框图与传递函数，方框图的化简，用梅森增益公式化简信号流图。 第三章线性系统的时域分析（14学时） 典型输入信号，一阶系统的瞬态响应，线性定常系统的重要性质，二阶系统的标准型及其特点，二阶系统的单位阶跃响应，二阶系统的性能指标，二阶系统的脉冲响应，二阶系统的单位速度响应，初始条件不为零时二阶系统的过渡过程。 闭环主导极点的概念，高阶系统性能指标的近似计算。稳定的基本概念和定义，线性系统的稳定条件，劳斯稳定判据。控制系统的稳态误差，稳态误差的计算：泰勒级数法和长除法，控制系统的无静差度，用终值定理计算稳态误差，减小稳态误差的方法 第四章根轨迹法（12学时） 控制系统的根轨迹，绘制根轨迹的基本规则，控制系统的根轨迹分析，参数根轨迹，闭环系统的零极点分布域性能指标 第五章线性系统的频域分析（14学时） 频率特性的概念，典型环节频率特性的极坐标图表示，典型环节频率特性的对数坐标图表示，开环系统的对数频率特性，最小相位系统。v=0、1、2时开环系统的极坐标图，Nyquist稳定判据，用开环系统的Bode图判定闭环系统的稳定性，控制系统的相对稳定性。控制系统的性能指标，二阶系统性能指标间的关系，高阶系统性能指标间的关系，开环对数频率特性和性能指标的关系。 第六章控制系统的综合与校正（14学时） 控制系统校正的基本方法，基本控制规律。相位超前校正网络，用频率特法确定相位超前校正参数，按根轨迹法确定相位超前校正参数。相位滞后网络，用频率特性法确定相位滞后校正参数，按根轨迹法确定相位滞后校正参数。相位滞后-超前校正网络，控制系统的期望频率特性，控制系统的固有频率特性，根据期望频率特性确定串联校正参数。
MATLAB不考 第二章 1.传递函数定义（面试可能要问：重点是零初始条件） 2.简单传递函数建模 3.基本环节及其传递函数（P22）（重点惯性环节、振荡环节） 4.方框图及信号流图的化简 5.非线性特性的线性化当时我们也没考 习题： 1、2、3、4、5、6（a,b,c）、7（a,d,f）、8（b）、9（a）、10（d,e,f）、11(b)、12（a）、16、17、20（a） 第三章（重点） 1.典型输入信号的拉氏变换及Z变换 2.二阶系统的开环、闭环传递函数；闭环系统的特征值分布图 3.一阶、二阶系统的单位阶跃响应、单位脉冲响应曲线图 4.P83式3.4.2和3.4.3要背，图3.4.4重点 5.欠阻尼二阶系统常用性能指标的计算（公式要背，振荡次数计算不常用，了解就可以） 6.改善系统动态性能的简单方法（速度反馈、PD控制） 7.控制系统的稳定性、劳斯稳定判据 8.控制系统的稳态误差的计算（终值定理和动态误差系数都得掌握） 9.减小和消除稳态误差的方法（增大开环放大倍数、串联积分环节、顺馈控制） 习题： 1、2、3、6、7、9、10、12、14、15、16、19、22、23、29、30、34、36、38、39 第四章（重点） 1.根轨迹的概念、绘制规则10条规则（有公式的要记） 2.特殊根轨迹（与负反馈跟轨迹对比记忆），参数根轨迹 3.基于根轨迹法的校正（重点）（幅角条件重点）（过程及公式需要记）（附加开环零点（PD 控制）、串联超前校正、串联迟后校正、串联超前—迟后校正（一般不会考，太复杂）、反馈校正（移动不希望开环极点）） 习题： 1、2、3、5、6、7、8、9、11、14、15、16、17 第五章（重点）（我们当时给Bode图求传递函数是必考的） 1.典型环节的频率特性图（Nyquist图、Bode图、渐近Bode图）（Nichols图不考） 2.控制系统开环Nyquist图、开环渐近Bode图的粗略画法 3.非但未反馈系统的闭环频率特性不考（P226的5.3.5） 4.Nyquist判据（根据Nyquist图判定、根据Bode图判定） 5.稳定裕度——图示（由Nyquist图计算；由Bode图的计算）及具体计算（相角裕度、幅值裕度） 6.怎样根据系统的开环Bode图计算开环放大倍数及稳态误差 7.二阶系统开环频域指标与闭环动态性能指标的关系（教材中p.246的式（5.8.2）、p.246的式（5.8.1）） 8.高阶系统的经验公式（教材中p.249的式（5.8.7）、p.249的式（5.8.8）） 9.教材P251的5.9.4，P252的5.9.8，5.9.9，加个公式 1 sin M γγ =
哈工大自动控制原理大作业
一、设计任务： 在新材料的分析测试工作中，需要在较宽的参数范围内真实再现材料的实际 工作环境。从控制系统的角度出发，可以认为，材料分析设备是一个能准确 跟踪参考输入的伺服系统。该系统的框图如图所示。 7. 继续参考题6给出的系统，试设计一个合适的超前校正网络，使系统的相角裕度为50，调节时间小于4秒（按2%准则），稳态速度误差常数为2秒-1。 二、设计过程： 原传递函数 ()042 (1)(2)(1)(1)2 G s s s s s s s = = ++++ 转折频率为11ω=和22ω=，剪切频率122c ωωω==，画出Bode 图如下：
系统的相位裕度2 18090arctan 2arctan 02 γ=---= 为了满足相位裕度50γ≥ 的条件，需要对系统进行超前补偿。由于要求稳态速度误差常数为2秒-1,所以放大系数K=2，即K 保持不变。 取50γ= ，11 1.3sin sin 50r M γ= == 2 2 1.5(1) 2.5(1)s r r c t M M πω??= +-+-??且要求s t 小于四秒。求得 2.1c ω≥，Mr Mr c 12-≤ωω知50.02≤ω。所以根据设计要求50.02≤ω在Bode 图上进行设计， 取2.02=ω（为了计算方便）求得串联超前校正环节传递函数110 12.0)(++=s s s Gc 并且作图如下：
补偿之后的系统传递函数为) 110 )(12)(1()12.0( 2)()()(++++==s s s s s s Go s Gc s G 相位裕度 18090arctan 22.5arctan 4.5arctan 2.25arctan 0.4150.21γ=-+---= 1 1.3sin 50.21 r M = = ，22 1.5(1) 2.5(1) 3.82s r r c t M M s πω??=+-+-=?? 均满足设计条件。 2、计算机辅助设计： (1)校正前伯德图
《计算机图形学》课程教学大纲 课程编号：S4030190 课程中文名称：计算机图形学 课程英文名称：Computer Graphics 总学时：30 讲课学时：20 实验学时：10 总学分：2 授课对象：计算机科学与技术专业、信息安全专业、生物信息技术专业 先修课程：高级语言程序设计，数据结构与算法 课程分类：专业课 开课单位：计算机科学与技术学院 一、课程教学目的 《计算机图形学》是计算机科学与技术专业本科教学中的一门重要的专业课。在计算机科学与技术专业的教学计划中占有重要地位和作用，其主要特点是理论与实践结合性强，是许多后续课程(如图像处理，模式识别，多媒体技术，虚拟现实，计算机视觉等)的基础课程，在CAD/CAM、（汽车、船舶、飞机的）外形设计、计算机动画、计算机艺术、过程控制、系统环境模拟、地理信息系统、科学计算的可视化等领域都有重要的应用。学习本课程旨在使学生掌握基本图形生成算法、图形变换与裁剪、真实感图形生成算法、计算机动画技术的基本原理，在此基础上，通过编写算法实现程序加深对图形学基本内容的理解，提高用理论指导实践的能力，为学生今后学习其他相关课程和从事计算机图形学及其应用方面的研究打下坚实基础。 二、教学内容及学时安排 1. 绪论(2学时) 计算机图形学的研究内容及其与相关学科的关系，计算机图形学的发展与应用 2. 图形输入输出设备(2学时) 交互式计算机图形处理系统的组成，图形输入设备，图形输出设备，图形显示原理，图形软件标准
3. 基本图形生成算法(4学时) 直线、圆弧的DDA生成算法、Bresenham生成算法，扫描线填充算法的基本原理，有序边表算法，边填充算法，种子填充算法的基本原理，简单的种子填充算法，扫描线种子填充算法 4. 图形变换与裁剪(6学时) 窗口视图变换，齐次坐标技术，二、三维图形几何变换，平行投影、透视投影变换，线段的Cohen-Sutherland裁剪、Liang-Basky裁剪算法，多边形的逐边裁剪、双边裁剪算法 5. 计算机动画(2学时) 传统动画与计算机动画，计算机动画中的常用技术，用flash制作简单的二维动画的方法 6. 高级计算机图形学快速浏览(4学时) 包括：自由曲线设计专题，几何造型与分形艺术专题，颜色科学及其应用专题，真实感图形显示专题 三、教学基本要求 1．课程基本要求 要求学生在学习完本课程以后，能对计算机图形学的研究内容及其应用方向有一个全面的认识和了解，了解计算机图形学的研究内容及其与相关学科的关系，了解计算机图形学在汽车、船舶、飞机的外形设计，以及计算机动画、计算机艺术、过程控制、系统环境模拟、虚拟现实等领域中的应用，掌握一些基本的图形生成算法(包括直线和圆弧的生成算法、区域填充算法、图形几何变换、投影变换，线段裁剪、多边形裁剪算法等)和图形显示原理，三维实体的基本表示方法、以及三维真实感图形显示的方法、常用的计算机动画技术等内容，为以后深入研究和从事相关领域的科研奠定基础。 2．实验基本要求 为了加深掌握常用的图形生成算法的基本原理，配合教学内容安排相应的实验，共10学时，以验证课堂的理论；进一步培养学生的动手能力、设计能力和解决问题的能力。 （1）编程实现一个基本图形生成算法（直线、圆弧生成算法，实区域填充算
课程名称：自动控制原理 设计题目：控制系统的设计和仿真 院系：航天学院控制科学与工程系班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：2013.2.25---2013.3.10 哈尔滨工业大学
一、设计题目与题目分析 1.设计题目 1)已知控制系统固有传递函数如下： 2)系统性能指标要求： （1）超调量； （2）响应时间； （3）稳态误差； （4）最大速度； 2.题目分析 根据系统固有传递函数和系统性能指标要求，确定设计思路如下：首先完成使对系统无静差度和放大倍数的设计，稳态误差满足性能指标要求；再根据Bode 图设计串联校正环节，限制系统的相角裕度和剪切频率，最终使系统对阶跃响应的超调量和调整时间符合性能指标要求。 二、人工设计 1.稳态误差设计 根据系统固有传递函数，系统的无静差度符合要求，且系统放大倍数应符合如下要求： 得到： 在设计中，为方便计算并留有余量，取，并代入系统固有传递函数。 2.串联校正环节设计 绘制系统固有传递函数部分的Bode图，见附录。根据性能指标第12条中对超调量和响应时间的规定，根据经验公式： 计算得到对系统相角裕度和剪切频率的要求：
根据系统固有传递函数，求出系统的相角裕度和剪切频率： 由于固有相角裕度过小而剪切频率远远大于性能指标要求，可先选用串联迟后校正： 取相角裕度，根据原有Bode图计算得到，并选取由此确定串联迟后校正环节为： 加入迟后校正后，再绘制Bode图（见附录），得到： 此时，剪切频率和相角裕度都比要求之偏小，应用串联超前校正： 取，根据Bode图得到，，由此确定串联超前校正环节为： 加入串联迟后—超前校正后得到系统新的Bode图（见附录），并根据Bode 图，得到控制系统新的相角裕度和剪切频率为； 知系统已经符合性能指标要求，并进行验算得到系统地超调量和响应时间为： 经过验算，知控制系统经过串联迟后—超前校正后，已经符合性能指标要求。 三、计算机辅助设计 控制系统固有部分的Simulink仿真框图如图1 图1
自动控制原理 大作业 (设计任务书) 姓名: 院系: 班级: 学号:
5、 参考图 5 所示的系统。试设计一个滞后-超前校正装置,使得稳态速度误差常数为20 秒-1,相位裕度为60度,幅值裕度不小于8 分贝。利用MATLAB 画出 已校正系统的单位阶跃与单位斜坡响应曲线。 + 一.人工设计过程 1、计算数据确定校正装置传递函数 为满足设计要求,这里将超前滞后装置的形式选为 ) 1)(()1)(1()(2 12 1T s T s T s T s K s G c c ββ++++ = 于就是,校正后系统的开环传递函数为)()(s G s G c 。这样就有 )5)(1()(lim )()(lim 00++==→→s s s K s sG s G s sG K c c s c s v 205 ==c K 所以 100=c K 这里我们令100=K ,1=c K ,则为校正系统开环传函) 5)(1(100 )(++=s s s s G 首先绘制未校正系统的Bode 图 由图1可知,增益已调整但尚校正的系统的相角裕度为? 23.6504-,这表明系统就是不稳定的。超前滞后校正装置设计的下一步就是选择一个新的增益穿越频率。由)(ωj G 的相角曲线可知,相角穿越频率为2rad/s,将新的增益穿越频率仍选为2rad/s,但要求2=ωrad/s 处的超前相角为? 60。单个超前滞后装置能够轻易提供这一超前角。 一旦选定增益频率为2rad/s,就可以确定超前滞后校正装置中的相角滞后部分的转角频率。将转角频率2/1T =ω选得低于新的增益穿越频率1个十倍频程,即选择2.0=ωrad/s 。要获得另一个转角频率)/(12T βω=,需要知道β的数值,
第一章绪论 1. 机器人学（Robotics）它包括有基础研究和应用研究两个方面，主要研究内容有：(1) 机械手设计；(2) 机器人运动学、动力学和控制；(3) 轨迹设计和路径规划；(4) 传感器(包括内部传感器和外部传感器)；(5) 机器人视觉；(6) 机器人语言；(7) 装置与系统结构；(8) 机器人智能等。 2. 机器人学三原则：（1）机器人不得伤害人（2）机器人应执行人们的命令，除非这些命令与第一原则相矛盾（3）机器人应能保护自己的生存，只要这种保护行为不与第一第二原则相矛盾。 3. 6种型式的机器人： (1) 手动操纵器：人操纵的机械手，缺乏独立性； (2) 固定程序机器人：缺乏通用性； (3) 可编程机器人：非伺服控制； (4) 示教再现机器人：通用工业机器人； (5) 数控机器人：由计算机控制的机器人； (6) 智能机器人：具有智能行为的自律型机器人。 4. 按以下特征来描述机器人： （1）机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官 ( 如肢体、感官等 ) 的功能； （2）机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变，是柔性加工主要组成部分； （3）机器人具有不同程度的智能，如记忆、感知、推理、决策、学习等；（4）机器人具有独立性，完整的机器人系统，在工作中可以不依赖于人的干预。 5. 机器人主要由执行机构、驱动和传动装置、传感器和控制器四大部分构成 6. 控制方式主要有示教再现、可编程控制、遥控和自主控制等多种方式。 7. 示教－再现即分为示教－存储－再现-操作四步进行。 8. 控制信息顺序信息：位置信息：时间信息： 9. 位置控制点位控制－PTP（Point to Point）： 连续路径控制－CP（Continuous Path）： 10. 操纵机器人可分为两种类型：能力扩大式机器人：遥控机器人： 11. 第三代智能机器人应具备以下四种机能：运动机能感知机能： 思维能力：人－机对话机能： 智能机器人是一种“认知－适应"的工作方式。 12.目前我国机器人的发展正朝着实用化、智能化和特种机器人的方向发展。
哈工大2006年春季学期 自动控制理论试题 一、某 单位反馈控制系统开环传递函数为：（12分） 2 ()(2)(625) K G s s s s s = +++ 求：1．为使闭环系统稳定，确定K 的取值范围。 2．当K 为何值时，系统出现等幅振荡，并确定等幅振荡的频率。 3．试讨论当200K =、()2r t t =时，?)(=∞ss e 二、化简下图所示的方块图，并求出其闭环传递函数 ) () (S R S Y （ 12分）
求：1、当)(1)(t t r =时，系统的超调量?P σ=，及调节时间?s t =（02.0=?）， 2、当输入信号分别为)(1)(t t r =；()r t t =；21 ()2 r t t =时，其()?ss e ∞= 四、系统结构图如下：（12分） 求：1）试绘出以T 为变量的根轨迹的大致图形。（如有渐近线； 分离点、会合点；出射角、入射角； 与虚轴的交点等问题应计算之） 2）为使系统稳定，T 的取值范围。 3）系统临界稳定时T 的数值，并指出临界稳定时的振荡频率。
技术指标要求：相角稳定裕量：050≥γ；剪切频率：13≥C ω秒-1，=200V K 秒-1，试求?)(=s G C (注：系统的固有特性、校正特性及校正后的特性均应画在给出的对数坐标纸上。)
六、某非线性系统的结构图如下：（8分） 其中：1 =a ，1k =；试确定系统处于临界稳定状态时，线性部分的?=K 及振荡频率?=ω
( 提示：死区非线性的描述函数1 2 ()[1(sin a N X k X π -=- +) 七、回答下列各问：（12分） 1．在下述图中，各控制系统的开环幅相频率特性如图所示，P 为各开环传递函数在s 平面右半部的极点数，试判断各闭环系统的稳定性（如不稳定需指出有几个不稳定的根）。（4分） P = P=0 P=1 P=0
哈工大自动控制原理大 作业 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
Harbin Institute of Technology 课程设计说明书（论文） 课程名称：自控控制原理大作业 设计题目：控制系统的矫正 院系：自动化测试与控制系 班级： 设计者： 学号： 指导教师：强盛 设计时间： 2016.12.21 哈尔滨工业大学 题目8 8. 在德国柏林，磁悬浮列车已经开始试验运行，长度为 1600m的M-Bahn号实验线路系统代表了目前磁悬浮列车的发展水平。自动化的磁悬浮列车可以在较短的时间内正常运行，而且具有较高的能量利用率。车体悬浮控制系统的框图模型如图 8 所示，试设计一
个合适的校正网络，使系统的相位裕度满足45°≤ γ ≤55°，并估算校正后系统的阶跃响应。 图 8 题 8 中磁悬浮列车悬浮控制系统 一、人工设计 利用半对数坐标纸手工绘制系统校正前后及校正装置的Bode图，并确定出 校正装置的传递函数。验算校正后系统是否满足性能指标要求。 1)未校正系统的开环频率特性函数应为： γ0(γγ)= 1 γ2(γ+10) 2)未校正系统的幅频特性曲线图如下： 由图中可以得出: γγ=√γ=0.316 rad/s 对应的相位裕度为: γ(γγ)=180°?180°?arctan( γγ 10 )=?1.81° G c(s) 1
3)超前校正提供(m)=50° 4)γ?1 γ+1 =γγγ50°解得 a=7.5 5)?10γγγ=?8.75γγ,得到γγ=0.523 rad/s 6)1 γ=√γγγ=1.43 rad/s 1 γγ =0.19 rad/s 7)γγ(γ)=1+5.3γ 1+0.7γ 二、计算机辅助设计 利用MATLAB语言对系统进行辅助设计、仿真和调试 g = tf(1,[1 10 0 0]); gc = tf([5.3 1],[0.7 1]); ge = tf([5.3 1],conv([0.7 1],[1 10 0 0])); bode(g,gc,ge); grid legend('uncompensated','compensator','compensated') [kg,r,wg,wc]=margin(ge)
第一章随机事件和概率 第一节：1.、将一切具有下面三个特点：（1）可重复性（2）多结 果性（3）不确定性的试验或观察称为随机试验，简称为试验，常用 E表示。 在一次试验中，可能出现也可能不出现的事情（结果）称为随 机事件，简称为事件。 不可能事件：在试验中不可能出现的事情，记为Ф。 必然事件：在试验中必然出现的事情，记为S或Ω。 2、我们把随机试验的每个基本结果称为样本点，记作e 或ω. 全体 样本点的集合称为样本空间. 样本空间用S或Ω表示. 一个随机事件就是样本空间的一个子集。 基本事件—单点集，复合事件—多点集 一个随机事件发生，当且仅当该事件所包含的一个样本点出现。 事件间的关系及运算，就是集合间的关系和运算。 3、定义：事件的包含与相等 1
若事件A发生必然导致事件B发生，则称B包含A，记为B?A 或A?B。 若A?B且A?B则称事件A与事件B相等，记为A＝B。 定义：和事件 “事件A与事件B至少有一个发生”是一事件，称此事件为事件A与事件B的和事件。记为A∪B。用集合表示为: A∪B={e|e∈A，或e∈B}。 定义：积事件事件“事件A与事件B都发生”为A与B的积事件，记为A∩B或AB，用集合表示为AB={e|e∈A且e∈B}。 定义：差事件 称“事件A发生而事件B不发生,这一事件为事件A与事件B的差事件,记为A－B,用集合表示为 A-B={e|e∈A，e?B} 。 定义：互不相容事件或互斥事件 如果A，B两事件不能同时发生，即AB＝Φ，则称事件A与事件B是互不相容事件或互斥事件。 2
3 定义6：逆事件/对立事件 称事件“A 不发生”为事件A 的逆事件，记为ā 。A 与ā满足：A ∪ā= S,且A ā=Φ。 运算律： 设A ，B ，C 为事件，则有 （1）交换律：A ∪B=B ∪A ，AB=BA （2）结合律：A ∪(B ∪C)=(A ∪B)∪C=A ∪B ∪C A(BC)=(AB)C=ABC （3）分配律：A ∪(B ∩C)＝(A ∪B)∩(A ∪C) A(B ∪C)＝(A ∩B)∪(A ∩C)= AB ∪AC （4）德摩根律： 小结： 事件的关系、运算和运算法则可概括为 四种关系：包含、相等、对立、互不相容； B A B A =B A B A =
λ(αi | ωj ) be the loss incurred for taking action αi when the state of nature is ωj. action αi assign the sample into any class- Conditional risk ∑ ===c j j j j i i x P x R 1)|()|()|(ωωαλαfor i = 1,…,a Select the action αi for which R(αi | x) is minimum R is minimum and R in this case is called the Bayes risk = best reasonable result that can be achieved! λij :loss incurred for deciding ωi when the true state of nature is ωj g i (x) = - R(αi | x) max. discriminant corresponds to min. risk g i (x) = P(ωi | x) max. discrimination corresponds to max. posterior g i (x) ≡ p(x | ωi ) P(ωi )g i (x) = ln p(x | ωi ) + ln P(ωi ) 问题由估计似然概率变为估计正态分布的参数问题 极大似然估计和贝叶斯估计结果接近相同，但方法概念不同
Please present the basic ideas of the maximum likelihood estimation method and Bayesian estimation method. When do these two methods have similar results ? 请描述最大似然估计方法和贝叶斯估计方法的基本概念。什么情况下两个方法有类似的结果？ I．Maximum-likelihood view the parameters as quantities whose values are fixed but unknown. The best estimate of their value is defined to be the one that maximizes the probability of obtaining the samples actually observed. II．Bayesian methods view the parameters as random variables having some known prior distribution. Observation of the samples converts this to a posterior density, thereby revising our opinion about the true values of the parameters. III．Under the condition that the number of the training samples approaches to the infinity, the estimation of the mean obtained using Bayesian estimation method is almost identical to that obtained using the maximum likelihood estimation method.
Harbin Institute of Technology 课程设计说明书（论文） 课程名称：自控控制原理大作业 设计题目：控制系统的矫正 院系：自动化测试与控制系 班级： 设计者： 学号： 指导教师：强盛 设计时间： 2016.12.21 哈尔滨工业大学 题目8 8. 在德国柏林，磁悬浮列车已经开始试验运行，长度为 1600m的M-Bahn号实验线路系统代表了目前磁悬浮列车的发展水平。自动化的磁悬浮列车可以在较短的时间内正常运行，而且具有较高的能量利用率。车体悬浮控制系统的框图模型如图 8 所示，试设计一个合适的校正网络，使系统的相位裕度满足，并估算校正后系统的阶跃响应。 图 8 题 8 中磁悬浮列车悬浮控制系统 一、人工设计 利用半对数坐标纸手工绘制系统校正前后及校正装置的Bode图，并确定出 校正装置的传递函数。验算校正后系统是否满足性能指标要求。 1)未校正系统的开环频率特性函数应为： G c (s) 1 s2 (s 10)
2)未校正系统的幅频特性曲线图如下： 由图中可以得出: ==0.316 rad/s 对应的相位裕度为: 3)超前校正提供 4)解得 a=7.5 5),得到0.523 rad/s 6) 1.43 rad/s 0.19 rad/s 7) 二、计算机辅助设计 利用MATLAB语言对系统进行辅助设计、仿真和调试 g = tf(1,[1 10 0 0]); gc = tf([5.3 1],[0.7 1]); ge = tf([5.3 1],conv([0.7 1],[1 10 0 0])); bode(g,gc,ge); grid legend('uncompensated','compensator','compensated') [kg,r,wg,wc]=margin(ge)
自动控制原理大作业要求与题目 （1）人工设计 利用半对数坐标纸手工绘制系统校正前后及校正装置的Bode图，并确定出校正装置的传递函数。验算校正后系统是否满足性能指标要求。 （2）计算机辅助设计 利用MATLAB语言对系统进行辅助设计、仿真和调试。 （3）确定校正装置的电路形式及其参数。 （4）撰写设计报告。具体内容包括如下五个部分。 1）设计任务书 2）设计过程人工设计过程包括计算数据、系统校正前后及校正装置的Bode 图（在半对数坐标纸上）、校正装置传递函数、性能指标验算数据。计算机辅助设计过程包括Simulink仿真框图、Bode图、阶跃响应曲线、性能指标要求的其他曲线。 3）校正装置电路图 4）设计结论 5）设计后的心得体会 1.参考图1所示的闭环控制系统。试设计一个超前校正装置,使得相位裕度为 45，幅值裕度不小于8分贝，稳态速度误差常数为4秒-1。利用MATLAB画出已校正系统的单位阶跃和单位斜坡响应曲线。 图1 题1所述闭环系统 2.考虑图2所示的系统。试设计一个校正装置，使得稳态速度误差常数等于50 秒-1，相位裕度为50，幅值裕度不小于8分贝。利用MATLAB画出已校正系统和未校正系统的单位阶跃和单位斜坡响应曲线。 图2 题2所述控制系统
3. 考虑图3所示的卫星姿态控制系统。试设计一个校正装置，使得相位裕度为 45， 幅值裕度大于或等于6分贝。利用MATLAB 画出已校正系统的单位阶跃和单位斜坡响应曲线。 图3 题3所述控制系统 4. 考虑图 4所示的系统。要求设计一个校正装置，使得稳态速度误差常数为4秒-1，相位裕度为50，幅值裕度大于或等于8分贝。利用MATLAB 画出已校正系统的单位阶跃和单位斜坡响应曲线。 图4 题4所述控制系统 5. 参考图5 所示的系统。试设计一个滞后-超前校正装置，使得稳态速度误差常 数为20秒-1，相位裕度为60，幅值裕度不小于8分贝。利用MATLAB 画出已校正系统的单位阶跃和单位斜坡响应曲线。 图5 题5所述控制系统
实验一、 图像的贝叶斯分类 一、实验目的 将模式识别方法与图像处理技术相结合，掌握利用最小错分概率贝叶斯分类器进行图像分类的基本方法，通过实验加深对基本概念的理解。 二、实验仪器设备及软件 HP D538、MA TLAB 三、实验原理 阈值化分割算法是计算机视觉中的常用算法，对灰度图象的阈值分割就是先确定一个处于图像灰度取值范围内的灰度阈值，然后将图像中每个像素的灰度值与这个阈值相比较。并根据比较的结果将对应的像素划分为两类，灰度值大于阈值的像素划分为一类，小于阈值的划分为另一类，等于阈值的可任意划分到两类中的任何一类。此过程中，确定阈值是分割的关键。 对一般的图像进行分割处理通常对图像的灰度分布有一定的假设，或者说是基于一定的图像模型。最常用的模型可描述如下：假设图像由具有单峰灰度分布的目标和背景组成，处于目标和背景内部相邻像素间的灰度值是高度相关的，但处于目标和背景交界处两边的像素灰度值有较大差别，此时，图像的灰度直方图基本上可看作是由分别对应于目标和背景的两个单峰直方图混合构成。而且这两个分布应大小接近，且均值足够远，方差足够小，这种情况下直方图呈现较明显的双峰。类似地，如果图像中包含多个单峰灰度目标，则直方图可能呈现较明显的多峰。 上述图像模型只是理想情况，有时图像中目标和背景的灰度值有部分交错。这时如用全局阈值进行分割必然会产生一定的误差。分割误差包括将目标分为背景和将背景分为目标两大类。实际应用中应尽量减小错误分割的概率，常用的一种方法为选取最优阈值。这里所谓的最优阈值，就是指能使误分割概率最小的分割阈值。图像的直方图可以看成是对灰度值概率分布密度函数的一种近似。如一幅图像中只包含目标和背景两类灰度区域，那么直方图所代表的灰度值概率密度函数可以表示为目标和背景两类灰度值概率密度函数的加权和。如果概率密度函数形式已知，就有可能计算出使目标和背景两类误分割概率最小的最优阈值。 假设目标与背景两类像素值均服从正态分布且混有加性高斯噪声，上述分类问题可以使用模式识别中的最小错分概率贝叶斯分类器来解决。以1p 与2p 分别表示目标与背景的灰度分布概率密度函数，1P 与2P 分别表示两类的先验概率，则图像的混合概率密度函数可用下式表示
模式识别实验报告 本次报告选做第一个实验，实验报告如下： 1 实验要求 构造1个三层神经网络，输出节点数1个，即多输入单输出型结构，训练它用来将表中的第一类样本和第二类样本分开。 采用逐个样本修正的BP算法，设隐层节点数为4，学习效率η=0.1，惯性系数α=0.0；训练控制总的迭代次数N=100000；训练控制误差：e=0.3。在采用0~1内均匀分布随机数初始化所有权值。 对1）分析学习效率η，惯性系数α；总的迭代次数N；训练控制误差e、初始化权值以及隐层节点数对网络性能的影响。要求绘出学习曲线----训练误差与迭代次数的关系曲线。并将得到的网络对训练样本分类，给出错误率。 采用批处理BP算法重复1)。比较两者结果。 表1 神经网络用于模式识别数据(X1、X2、X3是样本的特征)
2 BP 网络的构建 三层前馈神经网络示意图，见图1. 图1 三层前馈神经网络 ①网络初始化，用一组随机数对网络赋初始权值，设置学习步长η、允许误差ε、网络结构（即网络层数L 和每层节点数n l ）； ②为网络提供一组学习样本； ③对每个学习样本p 循环 a ．逐层正向计算网络各节点的输入和输出； b ．计算第p 个样本的输出的误差Ep 和网络的总误差E ； c ．当E 小于允许误差ε或者达到指定的迭代次数时，学习过程结束，否则，进行误差反向传播。 d ．反向逐层计算网络各节点误差) (l jp δ 如果l f 取为S 型函数，即x l e x f -+= 11 )(，则 对于输出层))(1() ()()()(l jp jdp l jp l jp l jp O y O O --=δ 对于隐含层∑+-=)1()()()()()1(l kj l jp l jp l jp l jp w O O δδ e ．修正网络连接权值 ) 1()()()1(-+=+l ip l jp ij ij O k W k W ηδ 式中，k 为学习次数，η为学习因子。η取值越大，每次权值的改变越剧烈，可能导致学习过程振荡，因此，为了使学习因子的取值足够大，又不至产生振荡，通常在权值修正公式中加入一个附加动量法。
姓名：学号： 院系：电子与信息工程学院 课程名称：模式识别 实验名称：神经网络用于模式识别 同组人： 实验成绩：总成绩： 教师评语 教师签字： 年月日
1实验目的 1．掌握人工神经网络的基本结构与原理，理解神经网络在模式识别中的应用； 2．学会使用多输入多输出结构，构造三层神经网络并对给定的样本进行分类； 3．分析学习效率η，惯性系数α，总的迭代次数N，训练控制误差ε，初始化权值以及隐层节点数对网络性能的影响； 4．采用批处理BP重复算法进行分类，结果与三层神经网络进行对比。 2原理 2.1人工神经网络 人工神经网络（Artificial Neural Network，即ANN），是20世纪80年代以来人工智能领域兴起的研究热点。它从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象，建立某种简单模型，按不同的连接方式组成不同的网络。在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。神经网络是一种运算模型，由大量的节点（或称神经元）之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数，称为激励函数（activation function）。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值，称之为权重，这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式，权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近，也可能是对一种逻辑策略的表达。 最近十多年来，人工神经网络的研究工作不断深入，已经取得了很大的进展，其在模式识别、智能机器人、自动控制、预测估计、生物、医学、经济等领域已成功地解决了许多现代计算机难以解决的实际问题，表现出了良好的智能特性。 2.1.1人工神经元 图 1 生物神经元 神经元是大脑处理信息的基本单元，以细胞体为主体，由许多向周围延伸的不规则树枝状纤维构成的神经细胞，其形状很像一棵枯树的枝干。它主要由细胞体、树突、轴突和突触(Synapse，又称神经键)组成。 胞体：是神经细胞的本体（可看成系统）；
哈工大自动控制原理大作 业 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
自动控制原理 大作业 （设计任务书） 姓名： 院系： 班级： 学号：
5. 参考图 5 所示的系统。试设计一个滞后-超前校正装置，使得稳态速度误差常数为20 秒-1，相位裕度为60度，幅值裕度不小于8 分贝。利用MATLAB 画出 已校正系统的单位阶跃和单位斜坡响应曲线。 + 一．人工设计过程 1.计算数据确定校正装置传递函数 为满足设计要求，这里将超前滞后装置的形式选为 ) 1)(()1)(1()(2 12 1T s T s T s T s K s G c c ββ++++ = 于是，校正后系统的开环传递函数为)()(s G s G c 。这样就有 )5)(1()(lim )()(lim 00++==→→s s s K s sG s G s sG K c c s c s v 205 ==c K 所以 100=c K 这里我们令100=K ，1=c K ，则为校正系统开环传函) 5)(1(100 )(++=s s s s G 首先绘制未校正系统的Bode 图
由图1可知，增益已调整但尚校正的系统的相角裕度为?23.6504-，这表明系统是不稳定的。超前滞后校正装置设计的下一步是选择一个新的增益穿越频率。由)(ωj G 的相角曲线可知，相角穿越频率为2rad/s ，将新的增益穿越频率仍选为2rad/s ，但要求2=ωrad/s 处的超前相角为?60。单个超前滞后装置能够轻易提供这一超前角。 一旦选定增益频率为2rad/s ，就可以确定超前滞后校正装置中的相角滞后部分的转角频率。将转角频率2/1T =ω选得低于新的增益穿越频率1个十倍频程，即选择2.0=ωrad/s 。要获得另一个转角频率)/(12T βω=，需要知道β的数值， 对于超前校正，最大的超前相角m φ由下式确定 1 1 sin +-= ββφm 因此选)79.64(20 ==m φβ，那么，对应校正装置相角滞后部分的极点的转角频率为)/(12T βω=就是01.0=ω，于是，超前滞后校正装置的相角滞后部分的传函为 1 1001 520 01.02.0++=++s s s s 相角超前部分：由图1知dB j G 10|)4.2(|=。因此，如果超前滞后校正装置在 2=ωrad/s 处提供-10dB 的增益，新的增益穿越频率就是所期望的增益穿越频 率。从这一要求出发，可以画一条斜率为-20dB 且穿过（2rad/s ，-10dB ）的直线。这条直线与0dB 和-26dB 线的交点就确定了转角频率。因此，超前部分的转角频率被确定为s rad s rad /10/5.021==ωω和。 因此，超前校正装置的超前部分传函为 )1 1.01 2(201105.0++=++s s s s