自动控制原理大作业

背景：卫星通讯具有通讯距离远、覆盖范围大、通讯方式灵活、质量高、容量大、组网迅速基本不受地理和自然环境限制等一系列优点。

近来，采用小口径天线的车载卫星天线得到越来越广泛的应用。

系统采用8052单片机，对步进电动机运转和锁定进行有效控制。

在我做的大作业中选取了其中自动控制的部分进行分析和校正。

系统的提出：天线方位角位置随动系统建摸系统的原理图如图所示。

系统的任务是使输出的天线方位角θ0(t)跟踪输入方位角θi(t)的变化，试建立该系统的数学模型。

系统的参数值如下：电源电压V=10v；功率放大器的增益和时间常数K1=1，T1=0.01s；伺服电动机的电枢回路电阻Rd =8Ω，转动惯量Ja=0.02Kg m2，粘性摩擦系数f a=0.01N m s/rad，反电势系数C e=0.5V s/rad，转矩系数C m=0.5N m/A；减速器各齿轮的齿数为Z1=25，Z2= Z3=250；负载端的转动惯量JL=1 Kg m2粘性摩擦系数fL=1N m s/rad。

预定目标：阶跃响应的稳态误差为0，斜坡响应的稳态误差小于5%，阶跃响应的超调量小于25%，调节时间小于0.5s解：采用组合系统建摸法，根据原理图可以将系统划分为六个环节：输入电位器，差分放大器，功率放大器，电动机，减速器和输出电位器。

首先建立各个环节的数学模型，然后将它们组合起来则可得系统的数学摸型。

1环节的数学模型(1) 输入电位器与输出电位器由于输入电位器与输出电位器的线路和电位器的结构均相同，故这两个环节的传递函数是一样的。

对电位器环节的输出电压与输入角位移的特性进行线性化处理则可视其为一比例环节。

由图可知；当动触头位于电位器中心时其输出电压为零；朝前或朝后转动5圈其输出电压变化均为10V。

于是可得它们的传递函数为(2) 差分放大器与功率放大器放大器通常工作在放大状态，可不考虑饱和的影响。

差分放大器的时间常数比起功率放大器以及系统的其他环节的时间常数要小得多，可以忽视不计。

自动控制原理大作业学院：航天学院专业：飞行器设计与工程姓名：XX学号：XXXXXXXXXXX目录自动控制原理大作业 (1)设计任务书 (3)一、设计过程 (3)1. 人工设计 (3)2. 系统校正前后bode图 (5)3. 性能指标验算数据 (5)二、计算机辅助设计 (6)1. Simulink仿真框图 (6)2. Bode图 (7)3. 校正后的bode图： (7)4. 校正前的bode图 (7)5. 阶跃响应曲线 (8)校正后阶跃响应曲线 (8)校正前阶跃响应曲线 (9)6. 校正装置电路图 (9)三、设计结论 (10)四、设计后的心得体会 (10)五、参考文献 (10)设计任务书（钻机控制系统)技术要求：增益；阶跃信号输入时超调量22%，调整时间为0.7s;阶跃输入且干扰为零时误差为0；干扰为阶跃,输入为0时,稳态响应为0。

01。

一、设计过程1.人工设计已知阶跃信号输入时超调量,调整时间根据高阶系统性能指标关系的经验公式可得：,，系统是单位负反馈系统，所以误差信号就是偏差信号E(s).设和分别为R（s）、D（s）产生的误差信号，那么有按题目要求解得K=100代入可知，校正前的开环传递函数为：采用超前补偿即可满足。

超前补偿网络公式满足:解得，取，补偿后系统的开环传递函数为2.系统校正前后bode图3.性能指标验算数据幅值穿越频率：相位裕度：稳态误差:所以设计的补偿网络提高了相位裕度，并且满足了稳态误差要求。

二、计算机辅助设计1.Simulink仿真框图2.Bode图3.校正后的bode图：4.校正前的bode图5.阶跃响应曲线校正后阶跃响应曲线校正前阶跃响应曲线6.校正装置电路图其中三、设计结论校正后的传递函数为：幅值穿越频率:相位裕度：稳态误差:满足设计要求。

四、设计后的心得体会通过本次设计,我对自动控制原理这门课程有了更加系统的理解。

然后学会了如何使用matlab来仿真自动控制原理中的各个环节,并绘制bode图。

Harbin Institute of Technology自动控制原理设计论文课程名称：自动控制原理设计题目：液压伺服系统校正院系：测控技术与仪器系班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学自动控制原理大作业一、 设计任务书考虑图中所示的系统。

要求设计一个校正装置，使得稳态速度误差常数为-14秒，相位裕度为，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响应和单位斜坡响应曲线。

二、 设计过程1、 人工设计1）、数据计算由图可知，校正前的开环传递函数为：0222s+0.10.025(20s 1)G =0.1(s 0.14)(1)44s s s s s +=++++ 其中按频率由小到大分别含有积分环节和放大环节，-20dB/dec ；一阶微分环节，10.05/w rad s =，0dB/dec;振荡环节，22/w rad s =，-40dB/dec;稳态速度误差：0202s+0.1e ()lim (s)lim 0.025(s 0.14)ss s s sG ss s →→∞===++。

显然，此时的相位裕度和稳态速度误差都不满足要求。

为满足题目要求，可以引入超前校正，提高系统的相位裕度和稳态速度误差。

2）、校正装置传递函数 （1）、稳态速度误差常数的确定为使稳态速度误差常数为-14秒,设加入的开环放大倍数为k,加入校正装置后的稳态速度误差满足： 11e ()4k 0.025kss v ∞=== 解得K=160；将K=160带入，对应的传递函数为：0222s+0.14(20s 1)G (s)=1600.1(s 0.14)(1)44s s s s s +=++++ 则校正前（加入k=160的放大倍数后）幅值穿越频率：018.00/c w rad s =，相位裕度：o 00.1631c r =； （2）、校正装置的确定这里采用超前补偿，由前面算得k=160，故设加入的校正装置传递函数为：111G (s)T 1c aT s s +=+ 设计后要求o =50γ,则o 0-=500.163149.8369o o γγ-=；a 满足：01sin 49.83691a a -=+ 解得：a =7.33，取a =8.取1010/18.00/c w rad s w rad s =<=作为第一个转折频率，取第二个转折频率为21*80/w a w rad s ==；在伯德图上过3rad/s 处做斜率为-20dB/dec 的线。

线性离散系统的分析题（共100分）
1 试用部分分式法、幂级数法和反演积分法，求下列函数的z 反变换：（10分） (1) )
2)(1(10)(--=z z z z E (2) 2
11
213)(---+-+-=z z z z E 2 试确定下列函数的终值：（10分） (1) 2
11
)1()(---=z Tz z E (2) )
1.0)(8.0()(2
--=z z z z E
3 设开环离散系统如图所示，试求开环脉冲传递函数G (Z )。

（10分）
第3题图
4 当z
z z z z z C 5.05.112)(2323+-++=时，计算系统前4个采样时刻c (0)，c (T )，c (2T )和c (3T )的响应。

（10分）
5已知线性离散系统的闭环脉冲传递函数为2
.01.0)(22-++=Φz z z z z ，试判断该系统是否稳定。

（10分）
6 设有零阶保持器的离散系统如下图所示，试求：
（1）当采样周期T 为1s 和0.5s 时，系统的临界开环增益K c ；
（2）当r (t )=1(t )，K =1，T 分别为2s ，4s 时，系统的输出响应c (kT )。

（15分）
第6题图
7 试用部分分式法、幂级数法和反变换公式法求函数）1.0)(8.0()(2
--=z z z z E 的z 反变换。

（15分）
8 设下图所示各系统均采用单速同步采样，其采样周期为T 。

试求各采样系统的输出C (z )表示式。

（20分）
第8题图。

自动控制（automatic control）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。

自动控制是相对人工控制概念而言的。

自动控制原理：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。

相关简介：自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。

它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制。

二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。

应时而生：20世纪60年代初期，随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新的阶段——现代控制理论。

它主要研究具有高性能、高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。

目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论、信息论、仿生学、人工智能为基础的智能控制理论深入。

自动控制系统为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的整体，这就是自动控制系统。

在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度、压力或飞行轨迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的相关机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。

反馈控制系统在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。

下面是一个标准的反馈模型：开方：公式：X(n+1）=Xn+（A/Xn^2-Xn）1/3设A=5，开3次方5介于1^3至2^3之间（1的3次方=1，2的3次方=8）X_0可以取1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8，1.9，2.0都可以。

自动控制原理作业题(后附答案)-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII自动控制原理作业题第一章基本概念一、简答题1 简述自动控制的基本概念2 简述自动控制系统的基本组成3 简述控制系统的基本控制过程4 简述自动控制系统的基本分类5 试比较开环控制和闭环控制的特点6 简述自动控制系统的性能评价指标二、分析计算题1 液位自动控制系统如图所示。

试分析该系统工作原理，画出系统原理框图，指出被控对象、被控参量和控制量2 发动机电压调节系统如图所示，试分析其工作原理，画出系统原理框图，指出其特点。

3液面控制系统如图所示。

试分析该系统的工作原理，指出系统中的干扰量、被控制量及被控制对象，并画出系统的方框图。

4控制系统如图所示。

简述该系统的工作原理，说明该系统的给定值、被控制量和干扰量，并画出该系统的方块图。

图1-7发电机-电动机调速系统操纵电位计发电机伺服电机减速器负载Θr给定值Ur 前置放大器功放执行元件被控量Wm这是一个开环控制的例子+E-EUr操纵电位计R1R2R3R4放大器直流发电机伺服电机Wd Wm发电机-电动机调速系统减速器负载5火炮随动控制系统如图所示。

简述该系统的工作原理，并画出该系统的原理框图。

第二章 线性控制系统的数学模型一、简答题1 简述建立控制系统数学模型的方法及其数学表示形式2 简述建立微分方程的步骤3 简述传递函数的基本概念及其特点4 给出组成控制系统典型基本环节二、分析计算题1 有源电网络如图所示，输入量为)(1t u ，输出量为)(2t u ，试确定该电网络的传递函数2 电枢控制式直流电动机原理图如图所示，输入量为)(1t e ，输出量为)(t o θ，试确定其微分方程。

图中，电动机电枢输入电压；电动机输出转角；电枢绕组的电阻；电枢绕组的电感；流过电枢绕组的电流；电动机感应电势；电动机转矩；电动机及负载这和到电动机轴上的转动惯量；电动机及负载这和到电动机轴上的粘性摩擦系数。

2024吉大网络教育自动控制原理大作业解答自动控制原理是计算机专业的一门重要课程，它是研究控制系统动态特性和控制方法的学科，主要应用于工业自动化、航天航空、机械工程等领域。

网络教育是利用信息技术手段进行教学的一种模式，具有灵活性、便捷性和高效性等优点。

本次大作业要求运用自动控制原理的知识，结合网络教育的特点，设计实现一个网络教育平台的自动化控制系统，下面是本人的解答。

首先，我们需要明确网络教育平台的自动化控制系统的目标和需求。

网络教育平台的主要功能包括学生管理、课程管理、教师管理、教学资源管理等。

针对这些需求，我们可以利用自动控制原理的知识设计出相应的控制系统。

对于学生管理功能，我们可以设计一个学生信息管理模块，通过自动控制系统实现学生信息的录入、修改、查询和删除等操作。

在录入学生信息时，可以设计相应的输入界面，通过输入学生的姓名、学号、专业等信息，将学生信息自动添加到系统中；在修改和删除学生信息时，可以设计相应的界面，通过输入学生的学号或姓名等关键信息，实现对学生信息的修改和删除。

对于课程管理功能，我们可以设计一个课程信息管理模块，通过自动控制系统实现课程信息的录入、修改、查询和删除等操作。

在录入课程信息时，可以设计相应的输入界面，通过输入课程的名称、编号、学分等信息，将课程信息自动添加到系统中；在修改和删除课程信息时，可以设计相应的界面，通过输入课程的编号或名称等关键信息，实现对课程信息的修改和删除。

对于教师管理功能，我们可以设计一个教师信息管理模块，通过自动控制系统实现教师信息的录入、修改、查询和删除等操作。

在录入教师信息时，可以设计相应的输入界面，通过输入教师的姓名、工号、职称等信息，将教师信息自动添加到系统中；在修改和删除教师信息时，可以设计相应的界面，通过输入教师的工号或姓名等关键信息，实现对教师信息的修改和删除。

综上所述，通过自动控制原理的知识，我们可以设计和实现一个网络教育平台的自动化控制系统，从而提高网络教育的效率和管理水平。

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)2G s s s s s s s ==++++ 转折频率为11ω=和22ω=，剪切频率122c ωωω==Bode 图如下：系统的相位裕度218090arctan 2arctan02γ=---= 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=== 22 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11012.0)(++=s ss 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)()()(++++==ss s s ss Go s Gc s G 相位裕度18090arctan 22.5arctan 4.5arctan 2.25arctan 0.4150.21γ=-+---=1 1.3sin 50.21r 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M a g n i t u d e (d B )1010101010P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = 3.52 dB (at 1.41 rad/sec) , P m = 11.4 deg (at 1.14 rad/sec)Frequency (rad/sec)（2）校正后伯德图-200-150-100-50050M a g n i t u d e (d B )101010101010P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = 34.2 dB (at 14.1 rad/sec) , P m = 50.9 deg (at 1.57 rad/sec)Frequency (rad/sec)（3）三个伯德图Bode DiagramFrequency (rad/sec)10101010101010P h a s e (d e g )M a g n i t u d e (d B )3、单位阶跃响应曲线以及单位速度响应曲线01234567891012345678910Linear Simulation ResultsTime (sec)A m p l i t u d eStep ResponseTime (sec)A m p l i t u d e0123456789100.20.40.60.811.21.44、校正后阶跃响应图三、校正装置电路图C1 1uFC210pF+-OU TR1 1M R2 1MR0100k三、设计结论：校正后的系统相位裕度为50.9，调节时间为3秒，稳态速度误差常数为2，符合要求。

自动控制原理大作业（设计任务书）：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()(2121T s T s T s T s K s G cc 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==cK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11sin +-=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1100152001.02.0++=++s s s s 相角超前部分：由图1知dB j G 10|)4.2(|=。

⾃动控制原理作业⾃动控制原理作业1、下图是仓库⼤门⾃动控制系统原理⽰意图。

试说明系统⾃动控制⼤门开、闭的⼯作原理，并画出系统⽅框图。

2、下图为⼯业炉温⾃动控制系统的⼯作原理图。

分析系统的⼯作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统⽅框图。

3、⽤离⼼调速器的蒸汽机转速控制系统如图所⽰。

其⼯作原理是：当蒸汽机带动负载转动的同时，通过圆锥齿轮带动⼀对飞锤作⽔平旋转。

飞锤通过铰链可带动套筒上下滑动，套筒内装有平衡弹簧，套筒上下滑动时可拨动杠杆，杠杆另⼀端通过连杆调节供汽阀门的开度。

在蒸汽机正常运⾏时，飞锤旋转所产⽣的离⼼⼒与弹簧的反弹⼒相平衡，套筒保持某个⾼度，使阀门处于⼀个平衡位置。

如果由于负载增⼤使蒸汽机转速ω下降，则飞锤因离⼼⼒减⼩⽽使套筒向下滑动，并通过杠杆增⼤供汽阀门的开度，从⽽使蒸汽机的转速回升。

同理，如果由于负载减⼩使蒸汽机的转速ω增加，则飞锤因离⼼⼒增加⽽使套筒上滑，并通过杠杆减⼩供汽阀门的开度，迫使蒸汽机转速回落。

这样，离⼼调速器就能⾃动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速ω保持在某个期望值附近。

指出系统中的被控对象、被控量和给定量，画出系统的⽅框图。

4、电压调节系统如图所⽰：分析系统的⼯作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统⽅框图。

5、下图为函数记录仪函数记录仪是⼀种通⽤记录仪,它可以在直⾓坐标上⾃动描绘两个电量的函数关系。

同时,记录仪还带有⾛纸机构,⽤以描绘⼀个电量对时间的函数关系。

请说明其组成、⼯作原理。

并画出系统⽅框图。

6、下图为⽕炮⽅位⾓控制系统原理图，请说明其⼯作原理，并画出系统⽅框图。

7、试⽤梅逊公式法化简下⾯动态结构图，求如图所⽰系统的传递函数)()(s R s C 。

8、试⽤梅逊公式法求如图所⽰系统的传递函数)()(s R s C 。

9、⽅框图如图所⽰，⽤梅逊公式化简⽅框图求)()(s R s C 。

10、已知系统⽅程组如下：=-=-=--=)()()()()]()()([)()]()()()[()()()]()()[()()()(3435233612287111s X s G s C s G s G s C s X s X s X s G s X s G s X s C s G s G s G s R s G s X 试绘制系统结构图，并求闭环传递函数)() (s R s C 。

自动控制（原理）是指通过使用附加设备或装置，根据预定规则自动操作机器，设备或生产过程（统称为受控对象）的某个工作状态或参数（即受控数量）。

称为控制设备或控制器）而无需直接参与。

自动控制理论是一门研究自动控制的一般规律的技术科学。

在其发展的早期，它基于反馈理论，主要用于工业控制。

第二次世界大战期间，为了设计和制造基于反馈原理的飞机和海上自动驾驶仪，炮兵定位系统，雷达跟踪系统和其他军事装备，自动控制理论的发展得到了进一步的促进和改进。

第二次世界大战后，形成了完整的自动控制理论体系，这是基于传递函数的经典控制理论。

主要研究单输入单输出线性常数系统的分析与设计。

1960年代初，随着现代应用数学的新成就和计算机的应用，为了适应航空航天技术的发展，自动控制理论进入了一个新的阶段，即现代控制理论。

它主要研究具有高性能和高精度的最优控制问题，主要使用的方法是基于状态的状态空间方法。

当前，自动控制理论在不断发展，并正在逐步深入到基于控制论，信息论，仿生学和人工智能的智能控制理论。

自动控制系统为了实现各种复杂的控制任务，被控对象和控制装置应以一定的方式连接形成一个有机的整体，即自动控制系统。

在自动控制系统中，受控对象的输出即受控量是需要严格控制的物理量，可以保持在一定的恒定值，例如温度，压力或飞行路径控制装置是对受控对象施加控制的所有相关机构的整体。

它可以用不同的原理和方式控制被控对象，但最基本的是基于反馈控制原理的反馈控制系统。

反馈控制系统在反馈控制系统中，控制装置对受控装置施加的控制功能是取自受控量的反馈信息，用于不断校正受控量与受控量之间的偏差，从而完成任务。

控制量的控制。

这就是反馈控制的原理。

引言直流电动机具有调速范围广，控制简单，转矩大等优点，已广泛应用于对调速要求较高的场合。

在1980年代以前，电动机控制是通过模拟电路实现的，控制信号为模拟量，使得控制系统结构复杂，控制精度不高。

电动机控制系统中逐渐采用了一些数字电路来实现数字化。

模拟混合控制，简化了系统结构。

由于微机控制系统的优越性，市场上有很大的需求。

控制系统的性能要求不是很高。

同时，由于CPU和外围功能卡的不断升级以及价格的不断下降，使用微机进行控制的成本大大降低。

因此，用微机构建计算机控制系统是可行的。

使用计算机控制后，整个电动机速度控制系统可以完全数字化。

结构简单，可靠性高，操作维护方便。

电动机在稳态运行中的速度精度可以达到很高的水平，静态和动态指标可以满足工业生产中高性能电气动传动的要求，因此，计算机控制的直流电动机系统已在工业中得到了广泛的应用。

过程和设备控制。

但是，数字PID参数的整定方法主要取决于工程经验，可以在控制系统的实验中直接进行调整和修改。

本文采用一个16位的微机作为控制器来实现直流电动机的数字PID闭环速度控制，该系统没有实现静态误差控制。

通过实验，给出了PID参数设置与系统动态特性之间的关系。

1.1选题背景和意义。

在当今的电气时代，电机在现代生产和生活中起着非常重要的作用。

无论是在农业生产，交通运输，国防，医疗卫生，商业和办公设备中，还是在家用电器的日常生活中，都有大量使用各种电机的方法。

电动机的控制可分为简单控制和复杂控制。

简单的控制仅是启动，制动，正向和反向控制以及顺序控制。

这种控制可以通过继电器，PLC和开关元件来实现。

复杂的控制仅控制电动机的角度，转矩，电压，电流和其他物理量，有时需要非常精确的控制。

过去，直流电动机的简单控制有许多应用。

但是，随着现代的发展，人们对自动化的要求越来越高，这使得直流电动机的PID控制逐渐成为实现电动机速度精确控制的主流。

1 PID控制和参数整定方法在工程实践中，最广泛使用的调节器控制律是比例，积分和微分控制，称为PID控制，也称为PID调节。

第1章绪论一、例题[例1]线性系统的建模仿真:①开环控制系统；②闭环控制系统。

解①开环控制系统运行后可得下图：54321-1-2-3-4-5②闭环控制系统运行后得下图：[例2]非线性系统的建模仿真:①开环控制系统；②闭环控制系统。

、解①开环控制系统运行后得下图：-5-4-3-2-112345②闭环控制系统运行后得下图：二、仿真下图为在Simulink工具里面的搭建的仿真模块，实现控制的稳定性。

图1.1 控制系统结构模型图对模型中的数据进行合理的设计，运行图形如下：图1.2 控制系统结构波形图分析：由图示结果看出较为稳定，超调量小，调节时间也很短。

在t=0.2s 时基本达到稳定。

第2章 自动控制系统的数学模型一、例题[例12] 两个子系统为 13()4G s s =+ 2224()23s G s s s +=++ 将两个系统按并联方式连接，可输入： num1=3;den1=[1,4]; num2=[2,4];den2=[1,2,3];[num,den]=parallel(num1,den1,num2,den2) 则得num =0 5 18 25 den =1 6 11 12因此 2123251825()()()61112s s G s G s G s s s s ++=+=+++[例13] 两个子系统为22251()23s s G s s s ++=++ 5(2)()10s H s s +=+将两个系统按反馈方式连接，可输入 numg=[2 5 1];deng=[1 2 3]; numh=[5 10]; denh=[1 10];[num,den]=feedback(numg,deng,numh,denh) 则得num =2 25 51 10 den =11 57 78 40 因此闭环系统的传递函数为3232()2255110()()11577840c num s s s s G s den s s s s +++==+++二、仿真系统1为：，系统2 为求按串联、并联、正反馈、负反馈连接时的系统状态方程及系统1按单位负反馈连接时的状态方程。

《自动控制原理》大作业磁悬浮控制系统设计哈尔滨工业大学2010年12月14日题目简述：对于下图所示的某磁悬浮系统● 如果钢球在参考位置附近有很小的位移时，影像探测器上的电压e （伏特）由球的位移x （米）决定，即x e 100=。

● 作用在钢球上向上的力f （牛顿）由电流i （安培）以及位移共同决定，其近似关系为x i f 205.0+=。

● 功率放大器为压流转换装置，其输入输出关系为0V u i +=。

● 钢球质量为20（克），地球表面的重力加速度为8.9=g （牛顿/千克）。

● 其中0V 为恒定偏置电压，以保持钢球处于平衡状态时的位移0=x 。

现在将问题描述如下：● 以电压u 为控制信号，位移x 为输出信号，建立系统的传递函数；● 以影像探测器输出电压e 为反馈信号，并给定参考位移（输入）信号r ，构成闭环负反馈系统。

x 光源光探测器钢球 mV uie螺线管试设计适当的控制器，使得闭环系统满足下列性能指标：● 跟踪阶跃信号的稳态误差为零，跟踪单位斜坡信号的稳态误差为0.01； ● 单位阶跃响应的超调量不大于30%，过渡过程时间不大于1秒（%2=∆）。

求控制器的传递函数。

求解推导：取小球为研究对象，分析其受力与运动状态的关系，可得22dtxd m m g f =- 其中x i f 205.0+=，0V u i +=，kg m 02.0=。

将上述条件带入化简，又已知0V 为恒定偏置电压，以保持钢球处于平衡状态时的位移0=x 。

则有u x dt xd 25100022=- 取拉氏变换得，)(25)()1000(2s u s x s =-故以电压u 为控制信号，位移x 为输出信号，建立系统的传递函数为100025)()(2-=s s u s x 当以影像探测器输出电压e 为反馈信号，并给定参考位移（输入）信号r ，构成闭环负反馈系统时，由已知条件x e 100=，相当于对原系统引入了一个放大倍数为100的负反馈环节，则系统的开环传递函数为10002500)(20-=s s G显然此开环传递函数中含有非最小相位环节。

一，滤波电路原理分析波的基本概念滤波是信号处理中的一个重要概念。

滤波分经典滤波和现代滤波。

经典滤波的概念，是根据富立叶分析和变换提出的一个工程概念。

根据高等数学理论，任何一个满足一定条件的信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。

换句话说，就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的，组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。

只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做经典滤波器或滤波电路。

实际上，任何一个电子系统都具有自己的频带宽度（对信号最高频率的限制），频率特性反映出了电子系统的这个基本特点。

而滤波器，则是根据电路参数对电路频带宽度的影响而设计出来的工程应用电路。

用模拟电子电路对模拟信号进行滤波，其基本原理就是利用电路的频率特性实现对信号中频率成分的选择。

根据频率滤波时，是把信号看成是由不同频率正弦波叠加而成的模拟信号，通过选择不同的频率成分来实现信号滤波。

当允许信号中较高频率的成分通过滤波器时，这种滤波器叫做高通滤波器。

当允许信号中较低频率的成分通过滤波器时，这种滤波器叫做低通滤波器。

当只允许信号中某个频率范围内的成分通过滤波器时，这种滤波器叫做带通滤波器。

理想滤波器的行为特性通常用幅度-频率特性图描述，也叫做滤波器电路的幅频特性。

理想滤波器的幅频特性如图所示。

图中，w1和w2叫做滤波器的截止频率。

滤波器频率响应特性的幅频特性图对于滤波器，增益幅度不为零的频率范围叫做通频带，简称通带，增益幅度为零的频率范围叫做阻带。

例如对于LP，从-w1当w1之间，叫做LP的通带，其他频率部分叫做阻带。

通带所表示的是能够通过滤波器而不会产生衰减的信号频率成分，阻带所表示的是被滤波器衰减掉的信号频率成分。

通带内信号所获得的增益，叫做通带增益，阻带中信号所得到的衰减，叫做阻带衰减。

在工程实际中，一般使用dB作为滤波器的幅度增益单位。

低通滤波器低通滤波器的基本电路特点是，只允许低于截止频率的信号通过。

一、 设计任务书设计任务是考虑到飞机的姿态控制问题，姿态控制转换简化模型如图所示，当飞机以4倍音速在100000英尺高空飞行，姿态控制系统的参数分别为：4,0.1,0.1,0.111====a a aK ωεωτ设计一个校正网络(),s G c 使系统的阶跃响应超调量小于5%，调节时间小于5s （按2%准则）2、计算机辅助设计（1）simulink仿真框图Simulink仿真框图双击scope显示图像，观察阶跃相应是否达到指标放大图像观察超调量为s t s p 7.4%,3==σ满足要求（2）绘制bode 图校正前的bode图校正后的bode图（3）绘制阶跃相应曲线校正前的阶跃相应曲线校正后的阶跃相应曲线三、校正装置电路图前面为放大装置放大25倍，后面为超前补偿电路，它自身的K 为0.1，相乘之后为指标中的2.5，校正装置电路完成160)16(5.2++=s s G c 。

四、设计结论设计的补偿网络为160)16(5.2++=s s G c 。

经过仿真得出超调量为s t s p 7.4%,3==σ满足要求。

五、设计后的心得体会实际的控制系统和我们在书中看到的标准系统差别很大，参数的要求比书中要求相对要苛刻，在设计校正网络的过程中，遇到很多困难超前滞后用根轨迹法无法求出，只能用simulink 画出仿真框图，通过经过一定的计算大概确定某些参数，通过不断地尝试修改，才能最终得到满足指标要求的阶跃相应曲线，很多时候现实中的参数没有书中的参数给的那么简单，会遇到很多难以想象的复杂状况，所以我们学习控制原理关键是学习怎么处理，如何应用好软件来配合完成系统的设计，现代控制理论不能单纯的通过简单的计算得出结论的，需要我们熟练运用软件来辅助设计，这样我们才能设计好一个校正网络。

附录：绘制bode图程序：g1=tf(16*[1.1],[1,2,16,0]);margin(g1)g2=tf(400*[1,7,6],[1,62,136,960,0]);margin(g2)绘制阶跃相应程序g1=tf(16*[1.1],[1,2,16,0]);h=tf([1],[1]);gc1=feedback(g1,h);t=0:0.01:10;step(gc1,t);gridg2=tf(400*[1,7,6],[1,62,136,960,0]); h=tf([1],[1]);gc2=feedback(g2,h);t=0:0.01:10;step(gc2,t);grid。

1.1 什么是系统？什么是被控对象？什么是控制？1.2 什么是自动控制？它对人类活动有什么意义？1.3 试列举几个日常生活中的开环控制系统和闭环控制系统，并说明它们的工作原理。

1.4 自动控制系统主要由哪几部分组成？各组成部分有什么功能？1.5 试用反馈控制原理来说明司机驾驶汽车是如何进行线路方向控制的，并画出系统方框图。

1.6 洗衣机控制系统的方框图如习题1.6图所示，试设计一个闭环控制的洗衣机系统方框图。

2.1 试列写出习题2.1图中各电路的动态方程。

(a)(b)2.2 试求习题2.2图所示有源网络的传递函数。

UoCR2Uo(b)o o(d)CC(a)o(e)C1 μF2.3 试求习题2.3图所示有源网络的传递函数。

uuo R2.4 试用拉氏变换变换下列微分方程（初始值为0）。

)()()()3()()()(2)()2()()()()()1(2222t x t y dtt dy T t x t y dt t dy dt t y d t x t y dt t dy dt t y d =+=++=++2.5 系统的微分方程如下：式中, T 1、 T 2、 K 1、 K 2、 K 3均为正的常数， 系统的输入量为r (t )， 输出量为c (t )， 试画出动态结构图， 并求传递函数C (s )/R (s )。

)()()()()()()()()()()()(322323211211t x K t c dtt dc T t c K t x t x t x t x K dtt dx T t c t r t x =+-=-=-=2.6 系统微分方程如下：x 1(t )=r (t )-c (t )-n 1(t ) x 2(t )=K 1x 1(t ) x 3(t )=x 2(t )-x 5(t )式中, T 、 K 1、 K 2、 K 3均为正常数。

试建立以r (t )、 n 1(t )和n 2(t )为输入量， c (t )为输出量的系统动态结构图。