自动控制原理课程设计(PWM开关放大器驱动控制系统校正装置设计)

自动控制原理课程设计一、设计任务书题 目:同时提高机器人转动关节的稳定性和操作性能，始终是一个具有挑战性的问题。

提高增益可以满足对稳定性的要求，但随之而来的是无法接受过大的超调量。

用于转动控制的电-液压系统的框图如下，其中，手臂转动的传动函数为)150/6400/(100)(2++=s s s G s试设计一个合适的校正网络，使系统的速度误差系数20=v K ，阶跃响应的超调量小于%10。

二、设计过程（一）人工设计过程解：根据初始条件，调整开环传递函数：G(s)=)1506400(1002++s s s要求kv=20，σp≤10%未加补偿时的开环放大系数K=100/s ，校正后K =kv=20/s,因此需要一个k1=51的比例环节，增加此环节后的幅值穿越频率变为20rad/s.计算相位裕度： 由20lg100-20lg80=60lgωc =3210080⨯=86.2rad/sγ0=180-+-18090arctan 16.172.1=-34<0因此系统不稳定先计算相位裕度，判断不稳定由bode 图知系统低频段已满足要求。

待补偿系统在希望的幅值穿越频率ωc附近的中频段的开环对数幅频特性的斜率是-20Db/dec,但该频段20lgG>0Db.因此考虑用滞后补偿。

技术指标为σp=10%，利用教材上的经验公式已无法达到要求。

在另一本教材（《自动控制原理》（第2版）），吴麒主编，清华大学出版社，有另一经验公式σp=γ2000-20利用此公式，得相位裕度γ>67% 技术指标对幅值穿越没有要求。

技术指标对幅值穿越频率ωc没有要求。

20lg G中ω<20时斜率为-20dB/dec ，拟将这部分作为中频段，取ωc=16rad/s在0dB 线上取ωc=16的点B过B 作-20dB/dec 直线至ω=80rad/s 处点C 。

延长CF 至点D ，点D 的角频率就是滞后补偿网络的转折频率ω1。

位置随动系统的超前校正1 设计任务及题目要求1.1 初始条件图1.1 位置随动系统原理框图图示为一随动系统，放大器增益为Ka=59.4，电桥增益Kτ=6.5,测速电机增益Kt=4.1,Ra=8Ω,La=15mH,J=0.06kg.m/s2JL =0.08kg.m/s2,fL=0.08,Ce=1.02,Cm=37.3,f=0.2,Kb＝0.1,i=11.2 设计任务要求1、求出系统各部分传递函数，画出系统结构图、信号流图，并求出闭环传递函数；2、出开环系统的截至频率、相角裕度和幅值裕度，并设计超前校正装置，使得系统的相角裕度增加10度。

3、用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析，比较其时域相应曲线有何区别，并说明原因。

2 位置随动系统原理2.1 位置随动系统工作原理工作原理：该系统为一自整角机位置随动系统，用一对自整角机作为位置检测元件，并形成比较电路。

发送自整角机的转自与给定轴相连；接收自整角机的转子与负载轴（从动轴）相连。

TX 与TR 组成角差测量线路。

若发送自整角机的转子离开平衡位置转过一个角度1θ，则在接收自整角机转子的单相绕组上将感应出一个偏差电压e u ，它是一个振幅为em u 、频率与发送自整角机激励频率相同的交流调制电压，即sin e em u u t ω=⋅在一定范围内，em u 正比于12θθ-，即12[]em e u k θθ=-，所以可得12[]sin e e u k t θθω=-这就是随动系统中接收自整角机所产生的偏差电压的表达式，它是一个振幅随偏差（12θθ-）的改变而变化的交流电压。

因此，e u 经过交流放大器放大，放大后的交流信号作用在两相伺服电动机两端。

电动机带动负载和接收自整角机的转子旋转，实现12θθ=，以达到跟随的目的。

为了使电动机转速恒定、平稳，引入了测速负反馈。

系统的被控对象是负载轴，被控量是负载轴转角2θ，电动机施执行机构，功率放大器起信号放大作用，调制器负责将交流电调制为直流电供给直流测速发电机工作电压，测速发电机是检测反馈元件。

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罗衡班级0903班院别物理与电子学院专业电子科学与技术学号14092500060 指导老师杜健嵘设计时间2011.12目录一、设计题目 (1)二、设计要求 (1)三、设计思路 (1)四、设计方法与步骤 (1)（1）确定系统开环增益 (2)（2）分析校正前系统性能指标 (2)（3）选择校正方案 (4)（4）设置校正装置的参数 (5)（5）分析校正后系统性能指标 (6)五、验证与对比 (8)六、参考文献 (9)自动控制原理课程设计一、设计题目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045≥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、设计思路根据题目要求的稳态误差 e ss 的值，确定开环增益 K ，再得到校正前系统的传递函数及频率特性，利用matlab 画出其 bode 图，从图形及结果可以得到校正前系统的相角裕度γ和剪切频率ωc ，判断这两项指标是否符合要求，若不符合，则选择合适的校正装置，确定并计算出校正装置的参数 a 和 T 。

即得校正装置的传递函数，然后得到校正后系统的开环传递函数及频率特性，最后验证已校正系统的γ和ωc 是否都达到要求。

如果有指标仍未达标。

则须另取合适的w c 的四、设计方法与步骤（1）确定系统开环增益单位负反馈系统的误差传递函数为：)12.0)(11.0()12.0)(11.0()()(11)()s (K s s s s s s s H s G s R E +++++=+= 根据稳态误差的定义，在单位斜坡输入信号t t r =)(（2s 1)(=s R ）作用下的稳态误差为：K1)()(1)(lim)]([lim )(lim =+=⋅==∞→∞→∞→s H s G s sR s E s t e e s s s ss现要使稳态误差05.0＜ss e ，则K>20,取开环增益K=21即可满足系统对稳态误差的要求。

自动控制原理课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解自动控制原理的基本概念，掌握控制系统数学模型的建立方法；2. 掌握控制系统性能指标及其计算方法，了解各类控制器的设计原理；3. 学会分析控制系统的稳定性、快速性和准确性，并能够运用所学知识对实际控制系统进行优化。

技能目标：1. 能够运用数学软件（如MATLAB）进行控制系统建模、仿真和分析；2. 培养学生运用自动控制原理解决实际问题的能力，提高学生的工程素养；3. 培养学生团队协作、沟通表达和自主学习的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动控制原理的兴趣，激发学生探索科学技术的热情；2. 培养学生严谨、务实的学术态度，树立正确的价值观；3. 增强学生的国家使命感和社会责任感，认识到自动控制技术在国家经济建设和国防事业中的重要作用。

本课程针对高年级本科学生，结合学科特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果，为后续的教学设计和评估提供依据。

课程注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和解决实际问题的能力，为培养高素质的工程技术人才奠定基础。

二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 自动控制原理基本概念：控制系统定义、分类及其基本组成；控制系统的性能指标；控制系统的数学模型。

2. 控制器设计：比例、积分、微分控制器的原理和设计方法；PID控制器的参数整定方法。

3. 控制系统稳定性分析：劳斯-赫尔维茨稳定性判据；奈奎斯特稳定性判据。

4. 控制系统性能分析：快速性、准确性分析；稳态误差计算。

5. 控制系统仿真与优化：利用MATLAB软件进行控制系统建模、仿真和分析；控制系统性能优化方法。

6. 实际控制系统案例分析：分析典型自动控制系统的设计原理及其在实际工程中的应用。

教学内容按照以下进度安排：第一周：自动控制原理基本概念及控制系统性能指标。

第二周：控制系统的数学模型及控制器设计。

第三周：PID控制器参数整定及稳定性分析。

第四周：控制系统性能分析及MATLAB仿真。

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 一类位置随动系统的滞后校正初始条件：图示为一位置随动系统，放大器增益为Ka=15，电桥增益6K=,测速电机增益εk=，Ra=7Ω，La=10mH，J=0.005kg.m/s2，J L=0.03 kg.m/s2,f L=0.08,C e=1,Cm=3,f=0.1,K b 2t＝0.2,i=0.02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、求出系统各部分传递函数，画出系统结构图、信号流图，并求出闭环传递函数；2、求出开环系统的截至频率、相角裕度和幅值裕度，并设计滞后校正装置，使得系统的相角裕度增加10度。

3、用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析，比较校正前后区别，并说明原因。

时间安排：1.15～16 明确设计任务，建立系统模型1.17～19 计算频域性能指标，设计校正装置1.23～24 仿真分析，撰写课程设计报告指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要随动系统是指系统的输出以一定的精度和速度跟踪输入的自动控制系统，并且输入量是随机的，不可预知的。

在很多情况下，随动系统特制被控量是机械位移的比还控制系统。

控制技术的发展，使随动系统得到了广泛的应用。

位置随动系统是反馈控制系统，是闭环控制，调速系统的给定量是恒值，希望输出量能稳定，因此系统的抗干扰能力往往显得十分重要。

而位置随动系统中的位置指令是经常变化的，要求输出量准确跟随给定量的变化，输出响应的快速性、灵活性和准确性成了位置随动系统的主要特征。

简言之，调速系统的动态指标以抗干扰性能为主，随动系统的动态指标以跟随性能为主。

在控制系统的分析和设计中，首先要建立系统的数学模型。

控制系统的数学模型是描述系统内部物理量（或变量）之间关系的数学表达式。

在自动控制理论中，数学模型有多种形式。

时域中常用的数学模型有微分方程、差分方程和状态方程；复数域中有传递函数、结构图；频域中有频率特性等。

PWM控制技术的原理和程序设计PWM（Pulse Width Modulation）控制技术是一种通过改变方波脉冲的宽度来控制电路或设备的技术。

它通常被用于控制电机的速度、电子设备的亮度调节、音频的合成以及电源的调整等应用中。

PWM控制技术的原理是基于调制的整个周期中，方波的高电平时间（即脉冲宽度）与频率的比例关系来实现对电路或设备的控制。

当脉冲宽度为周期的一定比例时，控制电路或设备会按照一定的方式响应，例如电机运动的速度或电子设备的亮度。

1.初始化控制器：首先需要初始化控制器，包括选择合适的计时器和设置计时器的频率，以及将相关引脚配置为PWM输出。

2.设置频率与分辨率：根据实际需求设置PWM的频率和分辨率。

频率决定了周期的长度，而分辨率决定了脉冲宽度的精度。

3.计算脉冲宽度：根据需要控制的电路或设备，计算脉冲宽度的值。

这可以通过设定一个数值来代表脉冲宽度的百分比，然后根据设定的分辨率计算出实际的脉冲宽度。

4.控制输出：通过设置计时器的比较匹配值来控制PWM输出。

比较匹配值决定了方波高电平的结束时间，从而决定了脉冲宽度。

5.循环运行：将上述步骤放入一个循环中，不断更新脉冲宽度并输出PWM信号。

这样可以实现对控制电路或设备的持续控制。

需要注意的是，在实际的 PWM 程序设计中，还需要考虑到不同平台和编程语言之间的差异。

例如，在 Arduino 平台上，可以使用`analogWrite(`函数来实现 PWM 输出；而在其他平台上，可能需要使用特定的库或编程接口来控制 PWM 输出。

总结起来，PWM控制技术的原理是通过改变方波脉冲的宽度来控制电路或设备。

程序设计中，需要初始化控制器、设置频率和分辨率、计算脉冲宽度、控制输出，并将这些步骤放入一个循环中。

这样就可以实现对电路或设备的持续控制。

用MATLAB 进行控制系统的超前校正设计1 超前校正的原理及方法1.1 超前校正的概念所谓校正，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。

超前校正就是在前向通道中串联传递函数为：1(),11aTsGc s a Ts +=>+的校正装置，其中参数a ，T 为可调，如图1.1所示。

)t 图1.1 超前校正校正的目的是为了在调整放大器增益后仍然不能满足设计要求的性能指标的情况下，通过加入校正装置，使系统性能能够满足设计要求。

1.2 超前校正的原理超前校正的基本原理就是利用超前相角补偿系统的滞后相角，改善系统的动态性能，如增加相位裕度，提高系统稳定性等。

最大超前相角m ϕ 及最大超前相角时的频率m ω超前校正的频率特性：1()1c jaT G j jT ωωω+=+相频特性：()c arctgaT arctgT ϕωωω=-将上式对ω求导并令其为零，最大超前角频率：m ω=最大超前角频率：同时还易知 ''m c ωω=ϕm 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，使系统具有满意的动态性能；高频段要求幅值迅速衰减，以减少噪声的影响。

目录绪论 (1)一概述 (2)1.1课程设计的任务与目的 (2)1.1.1设计任务 (2)1.1.2设计目的 (2)1.2课程设计题目与要求 (2)1.2.1设计题目 (2)1.2.2设计要求 (2)二校正函数设计 (4)2.1校正步骤 (4)2.2 校正过程 (4)三传递函数特征根的计算 (10)3.1 系统未校正前 (10)3.2 校正后传递函数的特征根 (10)四控制系统的时域分析 (11)4.1 校正前系统的动态性能分析 (11)4.2 校正后系统的动态性能分析 (13)五控制系统的根轨迹分析 (17)5.1 校正前系统的根轨迹图 (17)5.2 校正后系统的根轨迹图 (18)5.3 绘制奈奎斯特曲线图 (19)5.3.1 未校正前的奈奎斯特曲线图 (19)5.3.2 校正后系统的奈奎斯特曲线图 (20)六绘制系统的伯德（Bode）图 (21)6.1 绘制校正前系统的伯德图 (21)6.2 绘制校正后系统的伯德图 (22)七设计心得与体会 (24)八参考文献 (25)绪论校正装置在自动控制系统中有广泛的应用，它不但可应用于电的控制系统，而且可以通过转换装置将非电量信号转换成电量信号应用于非电的控制系统。

通常是对象、执行机构、测量元件等主要部件已经确定的情况下，设置校正装置的传递函数、调整系统的放大系数。

使系统的动态性能能够得到满足要求的性能指标。

这就是系统的校正。

常用的性能指标可以是时域的指标，如上升时间、调节时间、峰值时间、超调量、稳态误差等；也可以是频域的指标，如截止频率、相稳定裕度、模稳定裕度等。

由于校正装置加入系统的方式和所起的作用不同，常用的校正装置又分为串联校正、反馈校正、前置校正、干扰补偿等四种类型。

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。

串联校正主要是由相位超前校正、滞后校正、滞后-超前校正组成的。

串联校正的理论设计方法有频率域方法和根轨迹法。

一 概述1.1课程设计的任务与目的1.1.1设计任务设计报告中， 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，使其满足工作要求。

1 超前校正的原理及方法1.1 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。

1.2 超前校正的原理及方法1.2.1 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 aTsaG s Ts+=+ （2-1） 式中1221R R a R +=> , 1212R RT C R R =+ ru cu 1R 2R C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 ϕ。

超前网路（2-1）的相角为()c arctgaT arctgT ϕωωω=- （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=ϕm 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）如果要得大于错误！未找到引用源。

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。

目录绪论 (1)一、课程设计的目的及题目 (3)1.1 课程设计的目的 (3)1.2 课程设计的题目 (3)二、课程设计的任务及要求 (4)2.1 课程设计的任务 (4)2.2 课程设计的要求 (4)三、校正函数的设计 (5)3.1 理论知识 (5)3.2 校正系统设计 (6)四、传递函数特征根的计算 (9)4.1 校正前系统传递函数的特征根 (9)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 (15)5.3 结果分析 (19)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 校正后系统根轨迹分析 (22)七、系统的幅相特性 (24)7.1 校正前系统的幅相特性 (24)7.2 校正后系统的幅相特性 (24)八、系统的对数幅频特性及对数相频特性 (26)8.1 校正前系统的对数幅频特性及对数相频特性 (26)8.2 校正后系统的对数幅频特性及对数相频特性 (27)总结 (28)参考文献 (28)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。

目录一、绪论 (1)二、原系统分析 (1)2.1原系统的单位阶跃响应曲线 (2)2.2 原系统的Bode图 (2)2.3 原系统的Nyquist曲线 (3)2.4 原系统的根轨迹 (3)三、校正装置设计 (4)3.1 校正装置参数的确定 (4)3.2 校正装置的Bode图 (4)四、校正后系统的分析 (4)4.1校正后系统的单位阶跃响应曲线 (5)4.2 校正后系统的Bode图 (5)4.3 校正后系统的Nyquist曲线 (5)4.4 校正后系统的根轨迹 (6)五．总结 (6)六. 参考文献 (6)七、附图 (7)一、绪论在科技日益进步的今天，随着电子计算机技术的应用和发展，在众多高新技术领域中，自动控制技术具有特别重要的作用。

自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。

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，使机器，设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。

本次课程设计采用串联超前校正装置来对已有系统进行校正。

串联超前校正的实质是利用超前网络或PD 控制器的相位超前特性，只要正确地将超前网络的交接频率1/aT 和1/T 选在待校正系统截止频率的两旁，并适当选择a 和T ，就可以使已经校正系统的截止频率和相角裕度满足性能指标的要求，从而改善闭环系统的动态性能。

闭环系统的稳态性能要求，可通过选择已校正系统的开环增益来保证。

当系统稳态性能较好而动态性能不符合要求时，可采用超前校正。

超前校正的特点是：主要对未校正系统的中频段进行校正，使校正后的中频区斜率为—20dB/dec ，且有足够大的相角裕度，动态过程超调量下降。

超前校正会使系统的响应速度变快，带宽增大，但是系统抗高频噪声的能力变差。

有些情况下采用串联超前校正是无效的，它受到以下两个因素的限制： 1.闭环宽带要求。

若待校正系统不稳定的话，为了得到规定的相角裕度，需要超前网络提供很大的相角超前量。

自动控制原理课程设计教学大纲1. 引言自动控制原理课程设计是自动控制原理课程的重要组成部分，通过课程设计，能够帮助学生将理论知识与实际应用相结合，提高学生对自动控制原理的理解和运用能力。

2. 课程设计目的自动控制原理课程设计的目的是培养学生分析和解决实际工程问题的能力，以及运用自动控制原理知识进行系统设计和建模的能力。

通过课程设计，学生应能够熟练运用自动控制原理的基本理论知识，了解控制系统的设计方法，并能够独立完成控制系统的设计与调试。

3. 课程设计内容（1）理论学习：包括PID控制器的原理、校正与调节，控制系统的稳定性分析和设计，频域分析与设计，以及状态空间分析与设计等内容。

（2）实际应用：通过案例分析，让学生了解自动控制在现实生活中的应用，如温度控制系统、液位控制系统等。

（3）仿真实验：利用仿真软件进行控制系统设计与仿真实验，加深学生对理论知识的理解，以及对控制系统实际应用的认识。

4. 课程设计要求（1）掌握理论知识：学生应在课程设计中深入理解自动控制原理的基本理论知识，包括控制系统的稳定性分析、频域分析与设计等。

（2）熟练运用软件：学生应能够熟练运用MATLAB等仿真软件进行控制系统的设计与仿真实验。

（3）独立完成设计：学生应能够独立完成一个控制系统的设计与调试，并能够对系统性能进行评估和优化。

5. 总结回顾自动控制原理课程设计是一门理论与实践相结合的课程，通过课程设计，学生能够深入理解自动控制原理的基本理论知识，熟练运用相关仿真软件进行控制系统的设计与仿真实验，提高学生的工程实践能力和创新意识。

在今后的工程实践中，学生能够将所学知识与技能有效地运用于相关领域，为自动控制领域的发展做出贡献。

6. 个人观点与理解作为自动控制原理课程设计的教学大纲撰写者，我深感自动控制原理课程设计的重要性。

通过课程设计，学生能够更直观地理解自动控制原理的应用，提高自己的实践能力和创新意识。

希望学生能够在课程设计中认真学习，积极思考，不断完善自己的设计方案，提升自己的工程实践能力。

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MATLA成为学生的基本技能，熟悉MATLA 这一解决具体工程问题的标准软件，能熟练地应用MATLAB^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寸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MATLA软件分析复杂和实际的控制系统。

2.能用MATLA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勺CONTROL SYSTEM具箱和SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。

二、设计内容2.1 控制系统的数学建模控制系统的分析是以控制系统的数学模型为基础的。

pwm控制器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解PWM（脉冲宽度调制）的基本原理及其在控制器中的应用。

2. 学生能够掌握PWM信号的产生方法及其参数调整对控制器输出的影响。

3. 学生能够解释PWM控制器在不同应用场景中的作用和优势。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，独立设计简单的PWM控制器电路。

2. 学生通过实验操作，掌握使用PWM控制器进行电机速度调节等实际应用。

3. 学生能够运用分析软件对PWM控制器进行仿真测试，并优化控制参数。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子控制器技术的兴趣，激发其探索精神和创新意识。

2. 培养学生团队合作意识，使其在项目实践中学会相互支持与协作。

3. 学生能够认识到PWM技术在节能减排、智能控制等方面的应用价值，增强社会责任感和环保意识。

课程性质：本课程为电子技术领域的高阶课程，结合理论与实践，强调学生的动手能力和实际问题解决能力。

学生特点：高二年级学生，具备一定的电子基础和电路知识，对新技术充满好奇，喜欢动手实践。

教学要求：注重理论与实践相结合，鼓励学生主动探索，注重培养学生解决实际问题的能力。

通过课程学习，使学生能够将理论知识运用到实际项目中，提高学生的综合素养。

二、教学内容本课程依据课程目标，结合教材以下章节内容进行教学：1. PWM基本概念与原理：介绍PWM的定义、工作原理及其在电子控制器中的应用，涉及教材第3章第2节。

2. PWM信号产生与控制：讲解PWM信号的产生方法、控制参数调整及其对输出波形的影响，对应教材第4章第1节。

3. PWM控制器电路设计：指导学生设计简单的PWM控制器电路，包括电路元件选择、连接方式等，参考教材第5章。

4. PWM控制器应用实例：分析PWM在电机调速、LED调光等实际应用案例，结合教材第6章实例。

5. PWM控制器仿真与优化：教授学生使用相关软件对PWM控制器进行仿真测试，优化控制参数，涉及教材第7章。

教学进度安排如下：1.PWM基本概念与原理（1课时）2.PWM信号产生与控制（2课时）3.PWM控制器电路设计（2课时）4.PWM控制器应用实例（2课时）5.PWM控制器仿真与优化（2课时）教学内容具有科学性和系统性，注重理论与实践相结合，使学生能够掌握PWM控制器的基础知识和应用技能。

pwm控制电路课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解PWM（脉冲宽度调制）的基本概念，掌握PWM信号的产生方法和原理。

2. 学生能掌握PWM控制电路的组成、工作原理及其在直流电机调速中的应用。

3. 学生了解PWM控制电路在不同场景下的应用，如智能家居、机器人控制等领域。

技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计简单的PWM控制电路，实现直流电机的调速功能。

2. 学生能通过实验操作，观察PWM控制电路对电机转速、转向等的影响，培养实际操作能力。

3. 学生能运用相关软件（如Multisim、Arduino等）进行PWM控制电路的仿真与调试。

情感态度价值观目标：1. 学生通过学习PWM控制电路，培养对电子技术的兴趣，提高学习积极性。

2. 学生在小组合作中，培养团队协作意识，提高沟通与交流能力。

3. 学生认识到PWM控制技术在实际应用中的重要性，增强对科技创新的认识，提高社会责任感。

本课程旨在通过理论与实践相结合的教学方式，使学生掌握PWM控制电路的基本知识和技能，培养学生在实际操作中解决问题的能力，激发学生对电子技术的兴趣，提高学生的创新意识和实践能力。

二、教学内容1. PWM基本概念：PWM信号的定义、产生方法、调制原理。

- 课本章节：第二章“脉冲宽度调制技术”第一节“PWM基本概念”2. PWM控制电路的组成与工作原理：PWM控制电路的构成、各部分功能、工作过程。

- 课本章节：第二章“脉冲宽度调制技术”第二节“PWM控制电路的组成与工作原理”3. PWM控制电路在直流电机调速中的应用：PWM控制电路在电机调速中的实际应用、调速原理。

- 课本章节：第二章“脉冲宽度调制技术”第三节“PWM在电机调速中的应用”4. PWM控制电路的设计与仿真：基于Multisim、Arduino等软件的PWM 控制电路设计、仿真与调试。

- 课本章节：第二章“脉冲宽度调制技术”第四节“PWM控制电路的设计与仿真”5. 实践操作：学生动手搭建简单的PWM控制电路，实现直流电机调速，观察并分析实验现象。

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。

前言直流斩波电路（DC Chopper）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直接直流-直流变换器(DC/DC Converter)。

直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流-交流-直流的情况。

习惯上，DC-DC变换器包括以上两种情况。

直流斩波电路的种类较多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路。

一方面，这两种电路应用最为广泛，另一方面，理解了这两种电路可为理解其他的电路打下基础。

利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路，如电流可逆斩波电路、桥式可逆斩波电路等。

利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多相多重斩波电路。

直流斩波电路广泛应用于直流传动和开关电源领域，是电力电子领域的热点。

全控型器件选择绝缘栅双极晶体管（IGBT）综合了GTR和电力MOSFET的优点，具有良好的特性。

目前已取代了原来GTR和一部分电力MOSFET的市场，应用领域迅速扩展，成为中小功率电力电子设备的主导器件。

MATLAB是矩阵实验室Matrix Laboratory的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，SIMULINK是MATLAB软件的扩展它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，本课程设计的仿真即需要在SIMULINK中来完成电路的仿真与计算。

通过系统建模和仿真，掌握和运用MATLAB/SIMULINK工具分析系统的基本方法。

1.设计思路与框图1.1 设计思路本课程设计主要应用了MATLAB 软件及其组件之一SIMULINK进行系统的设计与仿真系统主要包括：BUCK降压斩波主电路部分、PWM控制部分和负载。

BUCK降压斩波主电路部分拖动带反电动势的电阻负载，模拟现实中一般的负载，若实际负载中没有反电动势，只需令其为零即可[1]。