武汉科技大学自动控制原理课程设计
课程名称：单位负反馈系统设计校正
班级：自动化2010级1006班
学号：20100*****
姓名：王立
指导教师：熊凌
2013年1月2日
目录
1课程设计内容以及要求 (1)
1.1设计内容 ............................................................................................................................. 1 1.2 内容 .................................................................................................................................... 1 1.3设计要求 ............................................................................................................................. 2 2系统的分析 (2)
2-1原系统的分析 .................................................................................................................... 2 2-2 超前校正系统 ................................................................................................................... 4 2-3 滞后校正系统分析 ........................................................................................................... 6 3 系统滞后超前分析 .. (9)
3-1系统滞后超前校正 ............................................................................................................ 9 3﹣2校正系统的实现方式 .................................................................................................... 11 实验小结.. (13)
1课程设计内容以及要求
1.1设计内容
已知单位负反馈系统的开环传递函数为：
1
()(1)(1)10100
k G s K
s s s =++
用用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。
1.2 内容
用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
态性指标： （1）在单位斜坡信号t t r =)
(作用下，系统的速度误差系数1100-=s K v ；
1≤ω时，()sin r t t ω=谐波输入的稳态误差70
1
≤ss e ；
（2）系统校正后，相位裕量：045)(>c ωγ；在幅值穿越频率c ω之前不允许
有十倍频/60dB -；
（3）对Hz 60的扰动信号，输出衰减到250/1。
1.3设计要求
课程设计报告的内容应包括以下6个部分：
1) 分析设计要求，说明串联校正的设计思路（滞后校正，超前校正或滞后-超
前校正）；
2) 详细设计（包括的图形有：串联校正结构图，校正前系统的Bode 图，校正
装置的Bode 图，校正后系统的Bode 图）；
3) MATLAB 编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）； 4) 校正实现的电路图及实验结果（校正前后系统的阶跃响应图）； 5) 三种校正方法及装置的比较；
6) 总结（包括课程设计过程中的学习体会与收获、对本次课程设计的认识等内
容）。
2系统的分析
2-1原系统的分析
1
()(1)(1)10100
k G s K
s s
s =++
由在单位斜坡信号t t r =)
(作用下，系统的速度误差系数1100-=s K v ；
易得开环传递函数增益K=100; 系统的稳态误差E(s)=
)
j (G 1)
j (R ωω+ ，当ω≤1，r(t)=sin ωt 时，H(j ω)≈1
所以当 ω≤1时，由E(s)=
)j (G 1)j (R ωω+ ≤70
1
?
)j (G 11ω+≤70
1
即ω≤1时，Ｇ(j ω)≥69 ,
?当 ω≤1 L(ω)≥20lg69=36.78db
当Hz 60的扰动信号，输出衰减到250/1 即当ω≥2πf=120π时，L(ω)≤250/1
?
)
j (G 1)
j (G ωω+≤250/1?G(j ω)≤1/249
?L(ω)≤20lg1/249=﹣47.92dB ；
已知开环传递函数1
()(1)(1)10100
k G s K s s s =++，用matlab 软件画出其bode 图
Matlab 代码如下 num=[100];
den=conv([0.1 1 0],[0.01 1]); [mag,phase,w]=bode(num,den); subplot(211);
semilogx(w,20*log10(mag));grid subplot(212);
semilogx(w,phase);grid; %gm 增益裕度 ,pm 相位裕度, wcg 相角穿越频率 ,wcp 幅值穿越频率
[gm,pm,weg,wep]=margin(mag,phase,w) 其bode 图为
经过matab 计算得
增益裕度 gm = 1.1025 相位裕度 pm = 1.6090 相角穿越频率 weg =31.6228 幅值穿越频率 wep = 30.1165 pm ＜45°所以系统需要校正
2-2 超前校正系统
为使系统的 相位裕度满足要求引入串联超前校正．在校正后系统的剪切频率处的超前相位角为
?+?-?=6.166.1450?＝60°
故
081811.060sin 160sin 1=?
+?
-=
α
在校正后系统剪切频率处m 2c ωω=处,校正网络的增益应为
10lg(1/α)=11.44dB
校正后剪切频率α
ω1lg 41weg
lg
2
c =
?42c /1weg αω==61.1
校正网络两个交接频率分别为
1139.16-==s m αωω 127.227/-==s m αωω
经过校正后,系统开环传递函数为
)
17
.227)(101.0)(11.0()
139
.16(100)()()s (G 0++++=
=s
s s s s s G s G c
用matlab 画出此开环传递函数的bode 图， 在matlab 输入如下代码 num=[100/16.39 100];
den=conv([0.1 1 0],conv([0.01 1],[1/227.7 1])); [mag,phase,w]=bode(num,den); subplot(211);
semilogx(w,20*log10(mag));grid subplot(212);
semilogx(w,phase);grid;%gm 增益裕度 ,pm 相位裕度, wcg 相角穿越频率 ,wcp 幅值穿越频率
[gm,pm,weg,wep]=margin(mag,phase,w) 其bode 图为
运行结果为：
增益裕度 gm = 4.8879 相位裕度 pm = 41.8711 相角穿越频率 weg =143.8086 幅值穿越频率 wep =53.6340
由于要求校正后γ≥45° ，经过校正后系统的相位裕度只有41.8711°；而且当 ω＝120π=276.8时 系统的开环增益为-33.5，大于－47.92dB ，如果要相位裕度满足要求，只有再增加ε角，但是增加ε，会使得系统对高频噪声更加敏感，进而使得L(ω)增加，即系统在ω＝120π的L(ω)增加，与系统条件ω≥2πf=120π时L(ω)≤20lg1/249=﹣47.92d Ｂ不符，所以系统不能用超前相位校正．
2-3 滞后校正系统分析
计算为校正系统中相频特性中对应于相角裕度的?+?=+=10452εγγ=55° 由于2γ=180°－90°－arctan 2c 1.0ω －arctan0.012c ω=55° 即
arctan 2c 1.0ω +arctan0.012c ω=35°
在matlab 中输入 syms w
>> solve('arctan(0.1*w)+arctan(0.01*w)=7*pi/36 ') 解得w=2c ω=6.131s -
当ω=2c ω=6.131s -时，令未校正系统的开环增益为20lg β，从而求得串联滞后校正装置的系数β，由于未校正系统在ω＝11s -的开环增益为20lg100； 所以有
20)
13.6/1lg(100
lg 20lg 20=-β
?β＝100/6.13=16.3
选定
5325.14/c 2==ωω
094.0)4*/(c 1==βωω
于是,滞后校正后系统的传递函数为
)
1094
.0)(101.0)(11.0()
15325
.1(100)()()s (G 0++++=
=s
s s s s
s G s G c
用matlab 画出此传递函数的bode 图 代码为
num=[100/1.5325 100];
den=conv([0.1 1 0],conv([0.01 1],[1/0.094 1])); [mag,phase,w]=bode(num,den); subplot(211);
semilogx(w,20*log10(mag));grid subplot(212);
semilogx(w,phase);grid; %gm 增益裕度 ,pm 相位裕度, wcg 相角穿越频率 ,wcp 幅值穿越频率
[gm,pm,weg,wep]=margin(mag,phase,w)
运行bode图为
运行结果
增益裕度gm = 4.8879
相位裕度pm = 41.8711
相角穿越频率weg =143.8086
幅值穿越频率wep =53.6340
分析：经过滞后校正后系统的相位裕度为41.8711°，没有达到系统所要求的相位裕度角≥４５°的要求，而且当ω＝1时，L(ω)=21.2dB，不满足系统L(ω)≥36.78的要求，想要继续增大相位裕度，只有再增加ε，但是增加ε会压低系统在低频段的L(ω)，与题目要求ω＝1，L(ω)≥36.78想冲突．所以串联滞后校正不符合系统的要求．
3 系统滞后超前分析
3-1系统滞后超前校正
因为传递函数在ω=101s -的时候，对数频率特性曲线从－20dB/dec 的斜率变成-40dB/dec ，所以求得b ω＝101s -，又因为系统对高频段有抑制作用，即校正系统后，系统在ω≥1001s -之后任能保持－60dB/dec 的斜率，所以剪切频率在101s -和1001s -之间选择，又因为原系统的的剪切频率为31.621s -所以取
''c ω=21；相应的
L('
'c ω)+20lg '
'c b T ω=7.959+6.444=14.4dB
求得α=5.24,，为了方便计算，以及系统在在中频段的带宽更长，取ɑ为6 此时
)
60/1)(/1()
10/1)(/j 1()j (G c ωωαωωωωωj j j a a ++++=
相应的系统已校正系统的频率特性为
)
60/1)(/1)(1j 01.0(j )
/j 1(100)j ()G (j G c 0ωωαωωωωωωωj j a a ++++=
根据上式，利用相角裕度的指标确定网络参数a ω．已校正系统的相角裕度为
?=---?-+?=45/126100/21arctan 60/21arctan 90/21arctan 180''a a arctam ωωγ 用matlab 解得a ω=6.27s 1-≈6s 1-
于是校正网络和已校正系统的传递函数分别为
)
60/s 1)(1()
10/s 1)(6/1()s (G c ++++=
s s
)
60/1)(1)(101.0()
s/61(100)j ()G (j G c 0s s s s ++++=
ωω
用matlab 画出校正后系统的bode 图 Matlab 代码如下
num=conv([100/10 100],[1/6 1]);
den=conv([0.1 1 0],conv([0.01 1],conv([1/60 1],[1 1]))); [mag,phase,w]=bode(num,den); subplot(211);
semilogx(w,20*log10(mag));grid subplot(212);
semilogx(w,phase);grid; %gm 增益裕度 ,pm 相位裕度, wcg 相角穿越频率 ,wcp 幅值穿越频率
[gm,pm,weg,wep]=margin(mag,phase,w) 运行结果为
增益裕度 gm =8.3680
相位裕度 pm =48.3042 相角穿越频率 weg =72.0435 幅值穿越频率 wep =16.7787 相位裕度满足要求.
当ω≤1时，L(ω)≥36.9dB ；当ω≥120π时，L(ω)≤﹣55dB ；系统高频段低频段都满足题目要求
3﹣2校正系统的实现方式
校正网络的传递函数为
)
60/s 1)(1()
10/s 1)(6/1()s (G c ++++=
s s
4 校正系统前后系统的阶跃响应的比较 在matlab 中输入 numg=[100]
deng=conv([0.1 1 0],[0.01 1]); numh=[1]; denh=[1];
[num,den]=feedback(numg,deng,numh,denh,-1); printsys(num,den) step(num,den);grid 得到
超调量σ%=92.6
峰值时间tp=1.93s
系统调节时间为ts=9.98s
经过调整后系统的的阶跃响应为
超调量σ%=26.5
峰值时间tp=0.167
系统调节时间为ts=0.425
比较两图得知系统无论是快速性还是稳定性都有很大的提高
实验小结
通过此次自动控制原理的课程设计，我收获的很多．不仅更加深入的理解了课本上的知识，而且通过实践，了解了自动控制原理校正系统的基本方法．对于这个校正系统，相位裕度只有1.6°，要达到相位裕度45°的要求，我先采用相位超前校正，可是系统经过校正后，高频段不满足题目要求，后采用串联滞后校正，但是校正后的系统低频段不满足题目要求，最后只有选择串联滞后超前校正，最后系统的相位裕度，低频段和高频段都达到了系统的要求．本次课程设计成功的完成,训练了我的动手能力和设计能力,加深了我对理论知识的理解,大大提高了我的动手能力和创新能力,并且学会了如何进行控制系统的matlab的仿真,学会了如何用matlab分析控制系统的性能,对理论在实践中中的应用有更深刻的了解
参考文献
matlab实用教程郑阿奇主编电子工业出版社
自动控制原理王建辉主编清华大学出版社
自动控制原理吴怀宇廖家平主编华中科技大学出版社
自动控制原理课程设计 一． 设计题目 1.掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。 2.掌握对控制系统的相角裕度、稳态误差、截止频率和动态性能分析。 3.掌握利用matlab 对控制理论内容进行分析。 4.提高大家分析问题解决问题的能力。 二． 题目任务及要求 题目1：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数 ()() 10+=s s K s G 用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。 任务：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： （1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差rad e ss 15 1< ； （2）系统校正后，相位裕量 45≥γ。 （3）截止频率s rad c /5.7≥ω。 设单位负反馈系统的开环传递函数为 ) 1()(+=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1.0=ss e ； (3) 系统的剪切频率wc <4.4rad/s 。 (4)模值余度h ≥10dB k=10;
num1=[1]; den1=conv([1 0],[1 1]); sys1=tf(k*num1,den1); figure(1); Margin(sys1); hold on figure(2); sys=feedback(sys1,1) step(sys) Transfer function: 10 ------- s^2 + s
未校正前的Bode图 未校正前的的阶跃响应曲线 由图可以看出未经校正的Bode图及其性能指标，还有如图（-2）所示的未校正的系统的阶跃响应曲线。由图（-1）可以看出系统的： 模值稳定余度; h=∞dB; -pi穿越频率：Wg=∞dB； 相角稳定余度为γ=180剪切频率：Wc=3.08rad/s； 由图（-1）可以知道，系统校正前，相角稳定余度=18<45。为满足要求，开环系剪切频率wc=3.08rad/s<4.4rad/s。也未能满足要求。其阶跃曲线如图（-2）其超调量竟达σ%=60%，固原系统需要矫正。 Transfer function: 10 ------------ s^2 + s + 10 h = Inf r = 17.9642 wx = Inf
计算机控制系统三级项目 单位负反馈系统的PID控制器设计及参数整定
目录 一．PID控制概述 (1) 二．PID控制在液压系统中的应用 (2) 三．课题分析与设计 (3)
一．PID控制概述 这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。 PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有70多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID 控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。 PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t）与输出u (t）的关系为u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt] 式中积分的上下限分别是0和t 因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s] 其中kp为比例系数； TI为积分时间常数； TD为微分时间常数。 它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp， Ti和Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。 首先，PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。 其次，PID参数较易整定。也就是，PID参数Kp，Ti和Td可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID 参数就可以重新整定。 第三，PID控制器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子。 在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态，原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。由于这些不足，采用PID的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源
自控课程设计
目录 一、设计目的 (2) 二、设计内容与要求 (2) 设计内容 (2) 设计条件 (2) 设计要求 (2) 三、设计方法 (2) 1、自学MATLAB (2) 2、校正函数的设计 (4) 3、函数特征根 (5) 4、函数动态性能 (6) 5、根轨迹图 (11) 6、Nyquist图 (14) 7、Bode图 (15) 四、心得体会 (17) 五、参考文献 (18)
一、设计目的 1、了解控制系统设计的一般方法和步骤 2、掌握对系统进行稳定性分析、稳态误差分析及动态特性分析的方法 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、设计内容和要求 设计内容： 1、 阅读有关资料 2、 对系统进行稳定性分析、稳态误差分析及动态特性分析 3、 绘制根轨迹图、bode 图、nyquist 图 4、 设计校正系统，满足工作要求 设计条件：已知单位负反馈系统的开环传递函数0K G(S)S(S 1) = +试用频率法设计串联超前校正装置，使系统的相角裕量045γ≥，在单位斜坡输入下的稳态误差1 15 e rad < ，截止频率不低于7.5rad s 。 设计要求： 1. 能用MATLAB 解复杂的自动控制理论题目。 2. 能用MATLAB 设计控制系统以满足具体的性能指标。 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。 三、设计方法 1自学ＭＡＴＬＡＢ软件的基本知识，包括ＭＡＴＬＡＢ的基本操作命令。控制系统工具箱的用法等，并上机实验。 2基于ＭＡＬＡＢ用频率法对系统进行串联校正设计，使其满足给定的领域性能指标。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，α等的值，确定开环增益K 。 根据题意可得k =15
审定成绩： 自动控制原理课程设计报告 题目：单位负反馈系统设计校正 学生姓名姚海军班级0902 院别物理与电子学院专业电子科学与技术学号14092500070 指导老师杜健嵘 设计时间2011-12-10
目录一设计任务 二设计要求 三设计原理 四设计方法步骤及设计校正构图五课程设计总结 六参考文献
一、 设计任务 设单位负反馈系统的开环传递函数为 ) 12.0)(11.0()(0 ++= 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0 45 ≥γ ； (2) 在单位斜坡输入下的稳态误差05.0＜ss e ； (3) 系统的剪切频率s /rad 3＜c ω。 二、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MATLAB 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。 三、设计原理 校正方式的选择。按照校正装置在系统中的链接方式，控制系统校正方式分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正4种。串联校正是最常用的一种校正方式，这种方式经济，且设计简单，易于实现，在实际应用中多采用这种校正方式。串联校正方式是校正器与受控对象进行串联连接的。本设计按照要求将采用串联校正方式进行校。校正方法的选择。根据控制系统的性能指标表达方式可以进行校正方法的确定。本设计要求以频域指标的形式给出，因此采用基于Bode 图的频域法进行校正。 几种串联校正简述。串联校正可分为串联超前校正、串联滞后校正和滞后-超前校正等。 超前校正的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性。一般使校正环节的最大相位超前角出现在系统新的穿越频率点。
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递函数的研究 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 任课教师Z Z Z Z Z 设计（论文）成绩
单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(0 0++= s s s K s G （ksm7） 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=10。 （2）相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 （3）系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc 和穿频率Wx 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 6、在SIMULINK 中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 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的根在s 平面上变化的轨迹。 1）、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点，终于开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。故起于0、-1、-2，终于无穷处。 2）、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m 和有限极点数n 中大者相等，连续并且对称于实轴；本题中分支数为3条。
计算机控制系统三级项目 -----单位负反馈系统的PID控制器设计及参数整定 学院(系): 机械工程学院 年级专业： 10级机电控制工程1班 小组成员：卢彪冯续桑子涵 董海洋林加城 指导教师：张立杰刘思远 时间： 2013年10月10日
目录 一．PID控制概述 (3) 二．PID控制的现实意义 (4) 三．PID控制器对系统性能的影响 (4) 1.P控制器对系统性能的影响 (5) (1)对动态特性的影响 (5) (2)对稳态特性的影响 (5) 2.PI控制器对系统性能的影响 (6) (1)对动态特性的影响 (6) (2)对稳态特性的影响 (7) 3.PID控制器对系统性能的影响 (8) 四．试凑法简介 (10) 五．PID控制在液压系统中的应用 (10) 六．感想与体会 (11)
一．PID控制概述 这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。 PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有70多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。 PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t）与输出u (t）的关系为 u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt] 式中积分的上下限分别是0和t 因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s] 其中kp为比例系数； TI为积分时间常数； TD为微分时间常数。 它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp， Ti和Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。 首先，PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID 就可控制了。 其次，PID参数较易整定。也就是，PID参数Kp，Ti和Td可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定。 第三，PID控制器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子。 在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态，原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。由于这些不足，采用PID的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源浪费等问题的困扰。PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。现在，自动整定或自身整定的PID控制器已是商业单回路控制器和分散控制系统的一个标准。 在一些情况下针对特定的系统设计的PID控制器控制得很好，但它们仍存在一些问题需要解决： 如果自整定要以模型为基础，为了PID参数的重新整定在线寻找和保持好过程模型是较难的。闭环工作时，要求在过程中插入一个测试信号。这个方法会引起扰动，所以基于模型的PID参数自整定在工业应用不是太
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： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间：2013年12 月 重庆邮电大学移通学院制
目录 一、设计题目 二、设计报告正文 摘要 关键词 设计内容 三、设计总结 四、参考文献
一、设计题目 《自动控制原理》课程设计（简明）任务书——供2011级机械设计制造及其自动化专业（4-6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图所示。 系统物理模拟结构图 其中：Ｒ＝1MΩ；C =1uF；R0=41R 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： 设定：输入为x(t)=a×1（t）（其中：a=5） 要求动态期望指标：M p﹪≤20﹪；t s≤4sec； 五基本要求： a)建立系统数学模型——传递函数； b)利用根轨迹方法分析和综合系统（学号为单数同学做）； c)利用频率特性法分析和综合系统（学号为双数同学做）； d)完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验； 六课程设计报告： 1.按照移通学院课程设计报告格式写课程设计报告； 2.报告内容包括：课程设计的主要内容、基本原理； 3.课程设计过程中的参数计算过程、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图一张； （4）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。
自动控制原理课程设计题目速度伺服控制系统设计 专业电气工程及其自动化 姓名 班级 学号 指引教师 机电工程学院 12月
目录一课程设计设计目 二设计任务 三设计思想 四设计过程 五应用simulink进行动态仿真六设计总结 七参照文献
一、课程设计目： 通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、普通电学系统自动控制办法基本上，用MATLAB实现系统仿真与调试。 二、设计任务： 速度伺服控制系统设计。 控制系统如图所示，规定运用根轨迹法拟定测速反馈系数' k，以 t 使系统阻尼比等于0.5，并估算校正后系统性能指标。 三、设计思想： 反馈校正： 在控制工程实践中，为改进控制系统性能，除可选用串联校正方式外，经常采用反馈校正方式。常用有被控量速度，加速度反馈，执行机构输出及其速度反馈，以及复杂系统中间变量反馈等。反馈校正采用局部反馈包围系统前向通道中一某些环节以实现校正，。从控制观点来看，采用反馈校正不但可以得到与串联校正同样校正效果，并且尚有许多串联校正不具备突出长处：第一，反馈校正能有效地变化
被包围环节动态构造和参数；第二，在一定条件下，反馈校正装置特性可以完全取代被包围环节特性，反馈校正系数方框图从而可大大削弱这某些环节由于特性参数变化及各种干扰带给系统不利影响。 该设计应用是微分负反馈校正： 如下图所示，微分负反馈校正包围振荡环节。其闭环传递函数为 B G s （）=00t G s 1G (s)K s +（）=22t 1T s T K s ζ+（2+）+1 =22'1T s 21Ts ζ++ 试中，'ζ=ζ+t K 2T ，表白微分负反馈不变化被包围环节性质，但由于阻尼比增大，使得系统动态响应超调量减小，振荡次数减小，改进了系统平稳性。 微分负反馈校正系统方框图
自动控制原理课程设计 本课程设计的目的着重于自动控制基本原理与设计方法的综合实际应用。主要内容包括:古典自动控制理论(PID)设计、现代控制理论状态观测器的设计、自动控制MATLAB 仿真。通过本课程设计的实践,掌握自动控制理论工程设计的基本方法与工具。 1 内容 某生产过程设备如图1所示,由液容为C1与C2的两个液箱组成,图中Q 为稳态液体流量)/(3s m ,i Q ?为液箱A 输入水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,1Q ?为液箱A 到液箱B 流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,2Q ?为液箱B 输出水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,1h 为液箱A 的液位稳态值)(m ,1h ?为液箱A 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ,2h 为液箱B 的液位稳态值)(m ,2h ?为液箱B 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ,21,R R 分别为A,B 两液槽的出水管液阻))//((3s m m 。设u 为调节阀开度)(2m 。 已知液箱A 液位不可直接测量但可观,液箱B 液位可直接测量。 图1 某生产过程示意图
要求 1. 建立上述系统的数学模型; 2. 对模型特性进行分析,时域指标计算,绘出bode,乃示图,阶跃反应曲线 3. 对B 容器的液位分别设计:P,PI,PD,PID 控制器进行控制; 4. 对原系统进行极点配置,将极点配置在－1＋j 与－1－j;(极点可以不一样) 5. 设计一观测器,对液箱A 的液位进行观测(此处可以不带极点配置); 6. 如果要实现液位h2的控制,可采用什么方法,怎么更加有效？试之。 用MATLAB 对上述设计分别进行仿真。 (提示:流量Q=液位h/液阻R,液箱的液容为液箱的横断面积,液阻R=液面差变化h ?/流量变化Q ?。) 2 双容液位对象的数学模型的建立及MATLAB 仿真过程 一、对系统数学建模 如图一所示,被控参数2h ?的动态方程可由下面几个关系式导出: 液箱A:dt h d C Q Q i 111?=?-? 液箱B:dt h d C Q Q 22 21?=?-? 111/Q h R ??= 222/Q h R ??= u K Q u i ?=? 消去中间变量,可得: u K h dt h d T T dt h d T T ?=?+?++?222122221)( 式中,21,C C ——两液槽的容量系数 21,R R ——两液槽的出水端阻力 111C R T =——第一个容积的时间常数 222C R T =——第二个容积的时间常数 2R K K u =_双容对象的放大系数
自动控制原理课程设计题目及要求 一、单位负反馈随动系统的开环传递函数为 ) 101.0)(11.0()(++= s s s K s G k 1、画出未校正系统的Bode 图，分析系统是否稳定 2、画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定。 3、设计系统的串联校正装置，使系统达到下列指标 （1）静态速度误差系数K v ≥100s -1； （2）相位裕量γ≥30° （3）幅频特性曲线中穿越频率ωc ≥45rad/s 。 4、给出校正装置的传递函数。 5、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率ωc 、相位裕量γ、相角穿越频率ωg 和幅值裕量K g 。 6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设单位负反馈随动系统固有部分的传递函数为 ) 2)(1()(++= s s s K s G k 1、画出未校正系统的Bode 图，分析系统是否稳定。 2、画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定。 3、设计系统的串联校正装置，使系统达到下列指标： （1）静态速度误差系数K v ≥5s -1； （2）相位裕量γ≥40° （3）幅值裕量K g ≥10dB 。 4、给出校正装置的传递函数。 5、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率ωc 、相位裕量γ、相角穿越频率ωg 和幅值裕量K g 。 6、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 三、设单位负反馈系统的开环传递函数为 ) 2(4 )(+= s s s G k 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、设计系统的串联校正装置，要求校正后的系统满足指标： 闭环系统主导极点满足ωn ＝4rad/s 和ξ＝0.5。 3、给出校正装置的传递函数。 4、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。计算校正后系统的穿越频率ωc 、相位裕量γ、相角穿越频率ωg 和幅值裕量Kg 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。
成绩 课程设计报告 题目控制系统的设计与校正 课程名称自动控制原理课程设计 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) 学生姓名董天宠 学号 1004103037 课程设计地点 C306 课程设计学时 1周 指导教师陈丽换 金陵科技学院教务处制
目录 一、设计目的 (3) 二、设计任务与要求 (3) 三、设计方案 (4) 四、校正函数的设计 (4) 4.1、校正前系统特性 (4) 4.2、利用MATLAB语言计算出超前校正器的传递函数 (6) 4.3校验系统校正后系统是否满足题目要求 (7) 五、函数特征根的计算 (8) 5.1校正前 (8) 5.2校正后 (9) 六、系统动态性能分析 (10) 6.1 校正前单位阶跃响应 (10) 6.2校正前单位脉冲响应 (11) 6.3校正前单位斜坡信号 (14) 七、校正后动态性能分析 (14) 7.1 校正后单位阶跃响应 (15) 7.2 校正后单位冲击响应 (15) 7.3 校正后单位斜坡响应 (16) 八、系统的根轨迹分析 (17) 8.1、校正前根轨迹分析 (17) 8.2、校正后根轨迹分析 (19) 九、系统的奈奎斯特曲线分析 (21) 9.1校正前奈奎斯特曲线分析 (21) 9.2 校正后奈奎斯特曲线分析 (22) 设计小结 (23) 参考文献 (24)
1.设计目的 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。 2.设计任务与要求 已知单位负反馈系统的开环传递函数0 K G(S)S(0.1S 1)(0.001S 1) = ++， 试用频率法设计串联超前校正装置，使系统的相位裕度 045γ≥，静态速度误差系数1v K 1000s -= 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 ，α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？
自动控制原理校正课程设计-- 线性控制系统校正与分析
课程设计报告书 题目线性控制系统校正与分析 院部名称机电工程学院 专业10电气工程及其自动（单）班级 组长姓名 学号 设计地点工科楼C 214 设计学时1周 指导教师
金陵科技学院教务处制 目录 目录 (3) 第一章课程设计的目的及题目 (4) 1.1课程设计的目的 (4) 1.2课程设计的题目 (4) 第二章课程设计的任务及要求 (6) 2.1课程设计的任务 (6) 2.2课程设计的要求 (6) 第三章校正函数的设计 (7) 3.1设计任务 (7) 3.2设计部分 (7) 第四章系统动态性能的分析 (10) 4.1校正前系统的动态性能分析 (10) 4.2校正后系统的动态性能分析 (13) 第五章系统的根轨迹分析及幅相特性 (16) 5.1校正前系统的根轨迹分析 (16) 5.2校正后系统的根轨迹分析 (18) 第七章传递函数特征根及bode图 (20) 7.1校正前系统的幅相特性和bode图 (20) 7.2校正后系统的传递函数的特征根和bode图 (21) 第七章总结 (23) 参考文献 (24)
第一章 课程设计的目的及题目 1.1课程设计的目的 ⑴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。 ⑵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 已知单位负反馈系统的开环传递函数) 125.0)(1()(0 ++= s s s K s G ，试用频率法 设计串联滞后校正装置，使系统的相角裕量 30>γ，静态速度误差系数 110-=s K v 。
课 程 设 计 题 目: 单位负反馈系统的校正装置设计 初始条件： 已知某控制系统结构如图所示，要求设计校正环节Gc （s ），使系统对于阶跃输入的稳态误差为0，使系统校正后的相角裕量045≥γ，幅值裕量dB h 10≥. 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） （1） 用MATLAB 作出原系统的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕 度。 （2） 在系统前向通路中插入一校正装置，确定校正网络的传递函数，并 用MATLAB 进行验证。给出所设计的校正装置电路图，并确定装置的 各参数值。 （3） 用MATLAB 画出未校正和已校正系统的根轨迹。 R(t) -- ) 01)(1(010++s s s
（4）用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线，计算其时域性能指标。 （5）对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须进行原理分析，写清楚分析计算的过程及其比较分析的结果，并包含Matlab源程序或Simulink仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。 时间安排： 任务时间（天）指导老师下达任务书，审题、查阅相关资 2 料 分析、计算 2 编写程序 1 撰写报告 2 论文答辩 1 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 1 设计题目 (1) 2 要求完成的主要任务 (1) 3 设计的总体思路 (1) 4 用MATLAB作出原系统的系统伯德图和根轨迹 (2) 5 超前校正过程 (4) 6 滞后校正过程 (6) 7 用simulink仿真 (10) 8 设计总结 (13) 参考文献 (14)
扬州大学水利与能源动力工程学院 课程实习报告 课程名称：自动控制原理及专业软件课程实习 题目名称：三阶系统分析与校正 年级专业及班级：建电1402 姓名：王杰 学号： 141504230 指导教师：许慧 评定成绩： 教师评语： 指导老师签名： 2016 年 12月 27日
一、课程实习的目的 （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）学会使用硬件搭建控制系统； （5）锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力，为今后从事控制相关工作打下较好的基础。 二、课程实习任务 某系统开环传递函数 G(s)=K/s(0.1s+1）（0.2s+1） 分析系统是否满足性能指标： （1)系统响应斜坡信号r(t)=t,稳态误差小于等于0.01； （2）相角裕度y>=40度； 如不满足，试为其设计一个pid校正装置。 三、课程实习内容 （1）未校正系统的分析： 1）利用MATLAB绘画未校正系统的开环和闭环零极点图 2）绘画根轨迹，分析未校正系统随着根轨迹增益变化的性能（稳定性、快速性）。 3）作出单位阶跃输入下的系统响应，分析系统单位阶跃响应的性能指标。 4）绘出系统开环传函的bode图，利用频域分析方法分析系统的频域性能指标（相角裕度和幅值裕度，开环振幅）。 （2）利用频域分析方法，根据题目要求选择校正方案，要求有理论分析和计算。并与Matlab计算值比较。 （3）选定合适的校正方案（串联滞后/串联超前/串联滞后-超前），理论分析并计算校正环节的参数，并确定何种装置实现。
额，这个文档是在百度文库花20分下载的，太坑爹了，所以我加了这几个字重新上传了。大家攒点百度币不容易………… 目录 1 超前校正的原理及方法 (2) 何谓校正为何校正 (2) 超前校正的原理及方法 (2) 超前校正的原理 (2) 超前校正的应用方法 (4) 2 控制系统的超前校正设计 (5) 初始状态的分析 (5) 超前校正分析及计算 (8) 校正装置参数的选择和计算 (8) 校正后的验证 (10) 校正对系统性能改变的分析 (14) 3心得体会 (16) 参考文献 (17)
控制系统的超前校正设计 1 超前校正的原理及方法 何谓校正 为何校正 所谓校正，就是在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，是系统整 个特性发生变化。校正的目的是为了在调整发大器增益后仍然不能全面满足设计要求的性能指标的情况下，通过加入的校正装置，是系统性能全面满足设计要求。 超前校正的原理及方法 超前校正的原理 无源超前网络的电路如图1所示。 图1 无源超前网络电路图 r u c u 1 R 2R C
如果输入信号源的内阻为了零，且输出端的负载阻抗为无穷大，则超前网络的传递函数可写为 1()1c aTs aG s Ts += + （2-1） 式中1221R R a R += > , 1212 R R T C R R =+ 通常a 为分度系数，T 叫时间常数，由式（2-1）可知，采用无源超前网络进行串联校正时，整个系统的开环增益要下降a 倍，因此需要提高放大器增益交易补偿。 根据式（2-1），可以得无源超前网络()c aG s 的对数频率特性，超前网络对频率在1/aT 至1/T 之间的输入信号有明显的微分作用，在该频率范围内，输出信号相角比输入信号相角超前，超前网络的名称由此而得。在最大超前交频率m ω处，具有最大超前角m ?。 超前网路（2-1）的相角为 ()c arctgaT arctgT ?ωωω=- （2-2） 将上式对ω求导并令其为零，得最大超前角频率 m ω=1/T a （2-3） 将上式代入（2-2），得最大超前角频率 （2-4） 同时还易知 ''m c ωω= ?m 仅与衰减因子a 有关。a 值越大，超前网络的微分效应越强。但a 的最大值受到超前 网络物理结构的制约，通常取为20左右（这就意味着超前网络可以产生的最大相位超前大约为65度）如果要得大于 的相位超前角，可用两个超前校正网络串联实现，并在串 联的两个网络之间加一个隔离放大器，以消除它们之间的负载效应。 利用超前网络或PD 控制器进行串联校正的基本原理，是利用超前网络或PD 控制器的相角超前特性。只要正确地将超前网络的交接频率1/aT 或1/T 选在待校正系统截止频率的两旁，并适当选择参数a 和T ，就可以使已校正系统的截止频率和相角裕度满足性能指标的要求，从而改善系统的动态性能。使校正后系统具有如下特点：低频段的增益满足稳态精度的要求；中频段对数幅频特性的斜率为-20db/dec ，并具有较宽的频带，使系统具 1 arcsin 12m a arctg a a ?-==+
金陵科技学院课程设计目录 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设计部分 (5) 四传递函数特征根的计算 (10) 4.1校正前系统的传递函数的特征根....... 错误！未定义书签。 4.2校正后系统的传递函数的特征根....... 错误！未定义书签。五系统动态性能的分析.. (13) 5.1校正前系统的动态性能分析 (13) 5.2校正后系统的动态性能分析 (15) 六系统的根轨迹分析 (19) 6.1校正前系统的根轨迹分析 (19) 6.2校正后系统的根轨迹分析 (21) 七系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.1校正前系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.2校正后系统的奈奎斯特曲线图 (244) 八系统的对数幅频特性及对数相频特性 (24) 8.1校正前系统的对数幅频特性及对数相频特性 (25) 8.2校正后系统的对数幅频特性及对数相频特性错误！未定义书签。总结 (267) 参考文献................................ 错误！未定义书签。
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。
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设计部分 (5) 四传递函数特征根的计算 (8) 4.1校正前系统的传递函数的特征根 (8) 4.2校正后系统的传递函数的特征根 (10) 五系统动态性能的分析 (11) 5.1校正前系统的动态性能分析 (11) 5.2校正后系统的动态性能分析 (15) 六系统的根轨迹分析 (19) 6.1校正前系统的根轨迹分析 (19) 6.2校正后系统的根轨迹分析 (21) 七系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.1校正前系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.2校正后系统的奈奎斯特曲线图......... 错误!未定义书签。4 八系统的对数幅频特性及对数相频特性...... 错误!未定义书签。 8.1校正前系统的对数幅频特性及对数相频特性 (25) 8.2校正后系统的对数幅频特性及对数相频特性 (27) 总结................................... 错误!未定义书签。8 参考文献................................ 错误!未定义书签。
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。
题目: 单位负反馈系统的校正装置设计初始条件： 日
武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 系主任（或责任教师）签名：年月日已知某控制系统结构如图所示，要求设计校正环节Gc（s），使系统对于阶跃输入的稳态误差为0，使系统校正后的相角裕量 450，幅值裕量h 10dB. 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）用MATLAB作出原系统的系统伯德图，计算系统的幅值裕度和相位裕度。 （2）在系统前向通路中插入一校正装置，确定校正网络的传递函数，并用MATLAB进行验证。给出所设计的校正装置电路图，并确定装置的各参数值。 （3）用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。 （4）用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线，计算其时域性能指标。 （5）对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须进行原理分析，写清楚分析计算的过程及其比较分析的结果，并包含Matlab源程序或Simulink仿真模型，说明书的格式按 照教务处标准书写。 时间安排： 目录 摘要 (1) 1设计题目 (2) 2要求完成的主要任务 (2) 3设计的总体思路 (2) 4用MATLAB作出原系统的系统伯德图和根轨迹 (3) 5超前校正过程 (5) 6滞后校正过程 (8) 7用simulink仿真 (13) 8总结 (15) 参考文献 (16) 本科生课程设计成绩评定表 (17)
摘要 一个自动控制系统是由被控对象还有控制器两大部分组成的，所谓系统设计，就是根 据给定的被控对象和控制任务设计控制器，并将构成控制器的各元部件与被控对象适当组 合起来，使之按照一定的精度完全控制任务。本次课程设计为单位负反馈系统的校正设计，提高学生对课程的理解以及实际动手能力。 在系统的校正过程，熟练作用软件MATLAB 进行仿真操作，能够更加清晰看出系统 校正前与校正后的变化过程。 MATLAB 的名称源自Matrix Laboratory，它是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式 处理数据。MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数， 从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作，而 且利用MATLAB 产品的开放式结构，可以非常容易地对MATLAB 的功能进行扩充，从 而在不断深化对问题认识的同时，不断完善MATLAB 产品以提高产品自身的竞争能力。 关键词：系统设计校正MATLAB
PLC课程设计报告 学院：电子与信息工程学院 班级：测控 09-2 姓名：xxx 学号：xxxx 指导教师：xxx
自控系统及PLC综合设计 一、设计目的 1、掌握可编程序空制器的操作方法。 2、熟悉基本指令与应用指令以及实习设备的使用方法。 3、掌握变频器主要参数设置。 4、掌握 PC机、 PLC和变频器之间的通信技术。 5、掌握 WinCC组态软件的使用。 6、理论联系实际提高学生分析问题和解决问题的能力。 二、设计要求 1 、认真阅读指导书，了解PLC系统组成和工作原理。 2、实习前清理好实习内容的思路以及所要使用的方法。 3、独立完成 PLC和变频器之间的硬件接线。 4、测试通信连接正常。 5、学习可编程控制器 STEP7编程软件及编程语言，试编辑简单的电动机控制 应用程序。 6、通过调试来发现问题和解决问题。 7、验证程序的最终实现结果是否符合要求。 三、设计任务 1、将变频器和 PLC通过导线进行连接。通过变频器的控制面板进行参数设置。根据 I/O 的定义，编写 PLC程序，实现通过操作面板控制交流异步电动机起动，停止，正反转切换，并监视电动机的故障和运行状态。 2、做 WinCC与 PLC相连，实现在 WinCC上对变频器的监控。除了控制电动机起动，停止，正反转切换，监视电动机的故障和运行状态外，还要在WinCC 画面上进行频率给定以及对实际频率的监视。 四、设计方法 1、通信方式有两种： 1)、通过 MPI 通信实现。 2 ）、通过 Profibus-DP实现。
2、控制方式有两种： 1）、本地的操作面板控制。 2）、远程的 WinCC画面监控。 五、实习内容的相关原理性知识 1、变频器工作原理 1)、变频器的作用 变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到广泛应用。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的 周期，达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现，使得复杂的调速 控制简单化，用变频器 +交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能 用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到 新阶段。 2)、变频器的组成 变频器通常分为 4 部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。 a、整流单元将工作频率固定的交流电转换为直流电。 b、高容量电容存储转换后的电能。 c、逆变器由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不 同频率、宽度、幅度的方波。 d、控制器按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为 近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。 3）、变频器的控制方式 变频器的控制方式可采用恒压频比控制方式，也可采用矢量控制方式，具体的控制方式由参数P100 进行设置。 a、恒压频比控制方式：该控制方式，控制电路简单，成本较低，但系统性能 不高，响应慢，尤其是低频时存在转矩低的问题，要适当提高定子电压以进行转 矩补偿。 b、矢量控制方式：该控制方式是经过坐标变换将定子电流进行电压分解， 将直流电动机和交流电动机相等效，按照直流电动机的控制策略，再通过坐标反 变换来控制异步电动机，具有较好的动态性能。