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自控课程设计1

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课程设计报告( 2006-- 2007年度第一学期)名称：自动控制理论课程设计题目：院系：自动化系班级：自动化046学号：200403020128学生姓名：张金营指导教师：于希宁孙建平刘鑫屏孙海蓉魏乐黄宇设计周数：1周成绩：日期：年月日一、目的与要求本课程为《自动控制理论A》的课程设计，是课堂的深化。

设置《自动控制理论A》课程设计的目的是使MATLAB成为自动化专业学生的基本技能，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的学习奠定良好的基础。

作为自动化专业的学生很有必要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，掌握以下基本技能：1.能用MATLAB软件分析复杂控制系统的性能。

2.能用MATLAB软件定性或定量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。

二、设计正文2.1.数学模型题目设计：2.1.1 某一以微分方程描述系统的传递函数，其微分方程描述如下：(3)(2)(2)(1)111048y y y u u u++=++求其传递函数。

解：建立模型的MA TLAB代码如下：num=[1,4,8];%分子多项式den=[1,11,11,10];%分母多项式G=tf(num,den)%建立传递函数模型程序运行结果如下：Transfer function:s^2 + 4 s + 8------------------------s^3 + 11 s^2 + 11 s + 102.1.2 已知某系统的传递函数2()3248111110ss sGs s s++=+++，求其分子分母多项式并绘制零极点图。

解：MATLAB程序代码如下：num=[1,4,8]; %分子多项式den=[1,11,11,10]; %分母多项式G=tf(num,den) %建立传递函数模型[tt,ff]=tfdata(G,'v')%提取传递函数的分子分母多项式[z,p,k]=tf2zp(num,den)%提取传递函数的零极点与增益pzmap(G)%绘制零极点图grid on %给图形加网格程序运行结果如下：Transfer function:s^2 + 4 s + 8------------------------s^3 + 11 s^2 + 11 s + 10tt =0 1 4 8ff =1 11 11 10z =-2.0000 + 2.0000i-2.0000 - 2.0000ip =-10.0000-0.5000 + 0.8660i-0.5000 - 0.8660ik =1输出图形如下（图一）：图一2.2. 时域分析题目设计：2.2.1 稳定性分析：典型二阶输入如下：2()222nsn nGs sωξωω=++式中，nω是自然振荡频率（无阻尼振荡频率），ξ是阻尼系数。

要求绘制当ξ=0.5，nω分别为2、4、6、8、10、12时系统的单位阶跃响应。

MATLAB程序如下：syms sw=[2:2:12];kosai=0.5;figure(1)hold onfor wn=wnum=wn^2;den=[1,2*kosai*wn,wn^2];step(num,den);endhold offgrid on;title('单位阶跃响应曲线')xlabel('时间')ylabel('振幅')程序运行结果如下：图二2.2.2 稳态性能分析已知下图示的单位负反馈控制系统的传递函数为)25(10)s s G s s +=+（，试计算当输入为单位阶跃信号时系统的稳态误差。

解：Simulink 模型如图所示：信号源选定“step ”,连好模型进行仿真，仿真结束后，双击示波器，输出波形如图所示，它是输入为单位阶跃时系统的输出误差：误差波形图2.3. 运用MA TLAB 对根轨迹进行分析2.3.1设一系统的开环传递函数为)()(1)(0.5)s s kG H s s s =++（，绘制该系统根轨迹图并对系统判稳。

解：MATLAB 程序为：num=[1];den=conv([1 1 0],[0.5 1]); G=tf(num,den); rlocus(G)[k,ploles]=rlocfind(G)程序执行后，可在图形窗口根轨迹图中显示十字行光标，当十字行光标指向根轨迹与纵坐标交点时，对应的开环增益与极点为： k =2.8528ploles =-2.9728 -0.0136 + 1.3853i -0.0136 - 1.3853i 系统根轨迹图为：当系统参数()03K →变动时，根轨迹均在S 平面纵坐标的左侧，对应的系统闭环是稳定的。

一旦根轨迹穿越纵坐标到达其右侧，对应的K>3，那么系统闭环就不稳定。

当在根轨迹实轴上的区段时，对应着系统闭环阶跃响应无超调，系统闭环稳定。

当不在根轨迹实轴上的区段时，系统闭环特征方程出现了共轭复根，意味着系统闭环阶跃响应有超调但系统闭环还是稳定的。

当系统的K=1.2、3、4时，绘制系统闭环单位阶跃响应曲线。

MATLAB 程序如下：t=0:0.1:30; num1=[1];den=conv(conv([1 0],[1 1]),[0.5 1]); num=1.2*num1; G1=tf(num,den); sys=feedback(G1,1); figure(1); step(sys,t); hold on num=3*num1; G2=tf(num,den); sys=feedback(G2,1); figure(2); step(sys,t); hold on num=4*num1' G3=tf(num,den); sys=feedback(G3,1); figure(3); step(sys,t)绘制图形如下，由图可见，当K=1.2时，系统单位阶跃响应曲线为衰减振荡（如下图A ）；当K=3时，系统的单位阶跃响应曲线为等幅振荡（如下图B ），对应着系统临界稳定；当K=4时，系统的单位阶跃响应曲线为发散的振荡（如下图C ），对应系统不稳定。

这完全验证了以上的结论。

图A 图B 图C2.3.2 绘制参数a 的根轨迹，使用MATLAB 画系统的根轨迹，该系统的开环传递函数如下：)()5()(1)(3)(12)s s s a G H s s s +=+++（，其中212a ≤≤解：MATLAB 程序如下：den=conv(conv([1 1],[1,3]),[1 12]);k=5;% 定义数组存储结果clpoles=[];param=[];for a=2:10num=[0 0 k k*a];clpoly=num+den;%计算闭环极点clp=roots(clpoly);clpoles=[clpoles;clp'];param=[param;a];end%打印a和极点表格disp([param,clpoles])plot(clpoles,'*')axis equal;%调整绘制区域axis([-4 0 -2 2])程序运行结果如下：2.0000 -11.4658 -3.3291 -1.20513.0000 -11.5249 -3.0000 -1.47514.0000 -11.5826 -2.4174 -2.00005.0000 -11.6388 -2.1806 - 0.6972i -2.1806 + 0.6972i6.0000 -11.6938 -2.1531 - 1.0041i -2.1531 + 1.0041i7.0000 -11.7475 -2.1262 - 1.2341i -2.1262 + 1.2341i8.0000 -11.8001 -2.1000 - 1.4251i -2.1000 + 1.4251i9.0000 -11.8516 -2.0742 - 1.5913i -2.0742 + 1.5913i10.0000 -11.9020 -2.0490 - 1.7399i -2.0490 + 1.7399i根轨迹如图所示：2.4用MA TLAB 对频域进行分析 2.4.1 Nyquist 曲线的绘制已知一个典型的一阶环节传递函数：()531s G s =+，试绘制该环节的Nyquist 图。

解：MATLAB 程序如下：num=5; den=[3 1] G=tf(num,den) nyquist(G) grid响应曲线如图所示：2.4.2 Bode 图行的绘制：MATLAB 代码如下： w=[0,logspace(-2,2,200)]wn=0.7kosai=[0.1,0.4,1.0,1.6,2.0] for j=1:5sys=tf([wn*wn],[1,2*kosai(j)*wn,wn*wn]) bode(sys,w) hold on endgtext('kosai=0.1') gtext('kosai=0.4') gtext('kosai=1.0') gtext('kosai=1.6') gtext('kosai=2.0')Bode 图形如下：2.4.3某控制系统的开环传递函数为)12.0()1(32)()(++=s s s H G S S ，试求系统的频域性能指标c w 、γ。

解：MATLAB 代码如下：num=3*[1 1];den=conv([1 0 0],[0.2 1]); GH=tf(num,den); margin(GH) 程序运行结果如下：Bode图系统性能指标如下：剪切频率：w=2.78rad/s 相角稳定裕度： =41.1 c2.5控制系统的校正以及校正前后的性能分析2.5.1 根轨迹法超前校正以及校正前后的性能分析2.5.2 频域法超前校正以及校正前后的性能分析2.5.3 频域法滞后校正以及校正前后的性能分析。

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现代控制理论课程设计心得【模版】

现代控制理论课程设计心得【模版】

宁波理工学院现代控制理论课程设计报告题目打印机皮带驱动系统能控能观和稳定性分析项目成员史旭东童振梁沈晓楠专业班级自动化112指导教师何小其分院信息分院完成日期 2014-5-28目录1. 课程设计目的 (4)2.课程设计题目描述和要求 (4)3.课程设计报告内容 (4)3.1 原理图 (4)3.2 系统参数取值情况 (5)3.3 打印机皮带驱动系统的状态空间方程 (5)4. 系统分析 (8)4.1 能控性分析 (8)4.2 能观性分析 (8)4.3 稳定性分析 (9)5. 总结 (11)项目组成员具体分工打印机皮带驱动系统能控能观和稳定性分析课程设计的内容如下：1.课程设计目的综合运用自控现代理论分析皮带驱动系统的能控性、能观性以及稳定性，融会贯通并扩展有关方面的知识。

加强大家对专业理论知识的理解和实际运用。

培养学生熟练运用有关的仿真软件及分析，解决实际问题的能力，学会应用标准、手册、查阅有关技术资料。

加强了大家的自学能力，为大家以后做毕业设计做很好的铺垫。

2.课程设计题目描述和要求(1)环节项目名称：能控能观判据及稳定性判据(2)环节目的：①利用MATLAB分析线性定常系统的可控性和客观性。

②利用MATLAB进行线性定常系统的李雅普诺夫稳定性判据。

(3)环节形式：课后上机仿真(4)环节考核方式：根据提交的仿真结果及分析报告确定成绩。

(5)环节内容、方法：①给定系统状态空间方程，对系统进行可控性、可观性分析。

②已知系统状态空间方程，判断其稳定性，并绘制出时间响应曲线验证上述判断。

3.课程设计报告内容3.1 原理图在计算机外围设备中，常用的低价位喷墨式或针式打印机都配有皮带驱动器。

它用于驱动打印头沿打印页面横向移动。

图1给出了一个装有直流电机的皮带驱动式打印机的例子。

其光传感器用来测定打印头的位置，皮带张力的变化用于调节皮带的实际弹性状态。

图1 打印机皮带驱动系统3.2 系统参数取值情况表1打印装置的参数3.3 打印机皮带驱动系统的状态空间方程图2 打印机皮带驱动模型状态空间建模及系统参数选择。

过程控制系统课程设计

过程控制系统课程设计

过程控制系统课程设计报告书课设小组：第四小组目录摘要 (1)第一章课程设计任务及说明 (2)1.1课程设计题目 (2)1.2 课程设计容 (3)1.2.1 设计前期工作 (3)1.2.2 设计工作 (4)第二章设计过程 (4)2.1符号介绍 (4)2.2水箱液位定制控制系统被控对象动态分析 (6)2.3压力定制控制系统被控对象动态分析 (7)2.4串级控制系统被控对象动态分析 (7)第三章压力 P2 定值调节 (8)3.1 压力定值控制系统原理图 (8)3.2 压力定值控制系统工艺流程图 (8)第四章水箱液位L1定值调节 (9)4.1 水箱液位控制系统原理图 (9)4.2 水箱液位控制系统工艺流程图 (9)第五章锅炉流动水温度T1调节串级出水流量F2调节的流程图 (10)5.1串级控制系统原理图 (10)5.2串级控制系统工艺流程图 (11)第六章控制仪表的选型 (12)6.1 仪表选型表 (12)6.2现场仪表说明 (13)6.3 DCS I/O点位号、注释、量程、单位、报警限及配电设置表 (14)第七章控制回路方框图 (15)总结 (15)参考文献 (16)摘要过程控制课程设计是过程控制课程的一个重要组成部分。

通过实际题目、控制方案的选择、工程图纸的绘制等基础设计和设计的学习，培养学生理论与实践相结合能力、工程设计能力、创新能力，完成工程师基本技能训练。

使学生在深入理解已学的有关过程控制和DCS系统的基本概念、组成结构、工作原理、系统设计方法、系统设计原则的基础上，结合联系实际的课程设计题目，使学生熟悉和掌握DCS控制系统的设计和调试方法，初步掌握控制系统的工程性设计步骤，进一步增强解决实际工程问题的能力。

关键词：过程控制设计DCS第一章课程设计任务及说明1.1课程设计题目：附图为某过程控制实验装置的P&ID图，该图为一示意图，并不完全符合规。

根据该图，请完成以下任务：不完全符合规的P&ID图1、指出该图不符合“自控专业工程设计用图形符号和文字代号（HG/T20637.2）”的地方。

(完整word版)plc自控成型机

(完整word版)plc自控成型机

Plc自控成型设计内容及要求控制要求当原料放入成型机时，各油缸为初始状态：Y1=Y2=Y4=OFF，Y3=ON, S1=S3=S5=OFF，S2=S6=ON。

当按下启动按钮，系统动作要求如下。

（1）Y2=ON，上面油缸的活塞向下运动,使S4=OFF。

（2）当该油缸活塞下降到终点时，S3=ON，此时，启动左油缸，A的活塞向右运动，右油缸C的活塞向左运动。

Y1=Y4=ON时，Y3=OFF，使S2=S6=OFF。

（3）当A缸活塞运行到终点S1=ON,并且C缸活塞也到终点，S5=ON时，原料已成型，各油缸活塞开始退回原位。

首先,A、C油缸返回，Y1=Y4=OFF,Y3=ON，使S1=S5=OFF。

（4）当A、C油缸回到初始位置,S2=S6=ON时，B油缸返回，Y2=OFF，使S3=OFF.（5）当B油缸返回初始状态,S4=ON时，系统回到初始状态,取出成品放入原料后，按动启动按钮，重新启动,开始下一工件的加工.1.2 控制对象及自控成型机实验板介绍自控成型机实验板各灯符号的说明和编号分配如下表:表1-1 自控成型机实验板各灯符号的说明和编号S1灯油缸A的关限位Y1灯控制A的电磁阀（A是一个单向阀S2灯油缸A的开限位Y2灯控制B的电磁阀（B是一个单向阀S3灯油缸B的关限位Y3灯控制C开电磁阀S4灯油缸B的开限位Y4灯控制C关电磁阀S5灯油缸C的关限位S6灯油缸C的开限位自控成型机简要图示图1—1 自控成型机实验机2. 控制原理和控制思想与方法2。

1 控制原理介绍（图示)运动框图：图2-1 控制运动框图2.2 控制思想，控制方法自动成型系统是由工作台、油缸A、B、C以及相应的电磁阀和信号灯等几部分组成.该自动成型系统是利用油的压力来传递能量，以实现材料（如:钢筋)加工工艺的要求.该自动成型系统是利用PLC控制油缸A、B、C的三个电磁阀有序的打开和关闭，以便使油进入或流出油缸，从而控制各油缸中活塞有序运动，活塞带动连杆运动，给相应的挡块一个压力，这样就可以使材料成型。

单级移动倒立摆建模及串联PD校正自控课设

单级移动倒立摆建模及串联PD校正自控课设

课程设计任务书学生姓名： 方才威 专业班级： 自动化0806班指导教师： 陈跃鹏 工作单位： 自动化学院题 目: 单级移动倒立摆建模及串联PD 校正 初始条件：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、研究该装置的非线性数学模型，并提出合理的线性化方法，建立该装置的线性数学模型－传递函数（以u 为输入，θ为输出）；2、要求系统输出动态性能满足,5.1%,3.16%s t s ≤≤σ试设计串联PD 校正装置。

3、 用Matlab 对校正后的系统进行仿真分析，比较校正装置加在线性化前的模型上和线性化后的模型上的时域响应有何区别，并说明原因。

时间安排: 任务时间（天） 审题、查阅相关资料 2 分析、计算3 编写程序2 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 日图示为一个倒立摆装置，该装置包含一个小车和一个安装在小车上的倒立摆杆。

由于小车在水平方向可适当移动，因此，控制小车的移动可使摆杆维持直立不倒。

21,0.2,0.5,10/M kg m kg l m g m s ====目录摘要 (3)1单级移动倒立摆的建模 (4)1.1单级移动倒立摆的物理模型 (4)1.2单级移动倒立摆的数学建模 (4)1.3单级移动倒立摆的数学模型的线性化 (5)2单级移动倒立摆系统的串联比例—微分（PD）校正 (6)2.1未校正系统输出的动态性能 (6)2.2系统的串联PD校正 (9)2.3 对比例—微分（PD）控制器进行参数整定 (10)2.4校正后系统输出的动态性能 (12)3 线性化前系统与线性化后系统的比较 (14)4 心得与体会 (15)5参考文献 (17)摘要单级移动倒立摆是一个经典的快速、多变量、非线性、绝对不稳定的系统，是用来检验某种控制理论或方法的典型方案，倒立摆控制理论产生的方法和技术在半导体及精密仪器加工、机器人技术、导弹拦截控制系统和航空器对接控制技术等方面具有广阔的开发利用前景。