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自动控制原理课程设计一、引言自动控制原理课程设计是为了帮助学生深入理解自动控制原理的基本概念、原理和方法，通过实际项目的设计与实现，培养学生的工程实践能力和创新思维。
本文将详细介绍自动控制原理课程设计的标准格式，包括任务目标、设计要求、设计方案、实施步骤、实验结果及分析等内容。
二、任务目标本次自动控制原理课程设计的目标是设计一个基于PID控制算法的温度控制系统。
通过该设计，学生将能够掌握PID控制算法的基本原理和应用，了解温度传感器的工作原理，掌握温度控制系统的设计和实现方法。
三、设计要求1. 设计一个温度控制系统，能够自动调节温度在设定范围内波动。
2. 使用PID控制算法进行温度调节，实现温度的精确控制。
3. 使用温度传感器实时监测温度值，并将其反馈给控制系统。
4. 设计一个人机交互界面，能够实时显示温度变化和控制系统的工作状态。
5. 设计一个报警系统，当温度超出设定范围时能够及时发出警报。
四、设计方案1. 硬件设计方案：a. 使用温度传感器模块实时监测温度值，并将其转换为电信号输入到控制系统中。
b. 控制系统使用单片机作为主控制器，通过PID控制算法计算控制信号。
c. 控制信号通过电路板连接到执行器，实现温度的调节。
d. 设计一个报警电路，当温度超出设定范围时能够触发警报。
2. 软件设计方案：a. 使用C语言编写单片机的控制程序，实现PID控制算法。
b. 设计一个人机交互界面，使用图形化界面显示温度变化和控制系统的工作状态。
c. 通过串口通信将温度数据传输到电脑上进行实时监控和记录。
五、实施步骤1. 硬件实施步骤：a. 搭建温度控制系统的硬件平台，包括温度传感器、控制系统和执行器的连接。
b. 设计并制作电路板，将传感器、控制系统和执行器连接在一起。
c. 进行硬件连接调试，确保各个模块正常工作。
2. 软件实施步骤：a. 编写单片机的控制程序，实现PID控制算法。
b. 设计并编写人机交互界面的程序，实现温度变化和控制系统状态的实时显示。
自动控制原理课程设计1000字随着科学技术的不断发展，自动控制技术在现代工业生产中已经广泛应用。
在这其中，自动控制原理是自动控制技术中最基础、最重要的理论课程之一。
本文通过对自动控制原理课程设计的阐释，介绍一下该课程的内容、目的和方法。
一、自动控制原理的内容自动控制原理的内容涉及科学基础理论、数学工具和计算机方法，它主要包括以下几个方面：1. 控制系统的基础概念：控制系统的基本概念、控制系统的分类、控制系统的组成和控制系统的传动机构等。
2. 控制系统的数学模型：从物理规律和经验中推导出数学模型，建立控制系统的数学模型。
3. 控制系统的性能评价：针对控制系统的稳态性、动态性、准确性等性能指标进行评价。
4. 控制系统的设计方法：根据控制要求，通过合适的控制方法设计出控制方案。
5. 控制系统的稳态分析：控制系统的稳态特性分析，包括稳态误差计算、校正系数设计等方面。
二、自动控制原理课程设计的目的自动控制原理课程设计的主要目的是为了让学生在学习自动控制原理的基础理论的同时，完成具体的控制系统设计和仿真实验。
这可以帮助学生更好地掌握自动控制原理的方法和技巧。
1. 提高学生的实践能力：通过自动控制原理课程设计，学生可以更好地了解自动控制原理的实际应用及其特点，提高了学生的实践动手能力。
2. 增强学生自主学习能力：课程设计需要运用数学知识、自动控制原理、计算机技术进行综合应用，这提高了学生对多种知识的综合应用能力。
3. 培养学生的团队协作能力：课程设计过程中，需要学生们共同完成，这有助于团队协作能力的提升。
三、自动控制原理课程设计的方法自动控制原理课程设计方法主要包括以下几个方面：1. 确定课程内容和设计要求：课程设计前，应该明确整个课程设计的要求和任务，确定设计方案与设计目标。
2. 建立数学模型和仿真平台：根据课程要求，选择合适的模型，进行控制系统的建模。
确定仿真平台，配置必要的软硬件环境。
3. 设计算法：针对控制系统的稳态性、动态性、准确性等性能指标，结合数学模型，设计合适的控制算法。
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。
自动控制原理课程设计专业：电气工程及其自动化设计题目：二阶系统的综合设计班级：电自1141班学生姓名：Jason学号12指导教师：王彬分院院长：许建平教研主任：高纯斌电气工程学院目录第一章课程设计内容与要求分析 (2)1.1 课程设计内容 (2)1.2 课程设计要求分析 (2)1.2.1 二阶系统综合设计要求分析 (2)1.2.2 直流电机调速设计要求分析 (3)第二章二阶系统综合设计 (4)2.1 校正系统参数及特性图和结构图的确定 (4)2.2 MATLAB仿真实现过程 (6)2.2.1 程序编写 (6)2.2.2 Simulink仿真过程 (8)第三章直流电机调速 (10)3.1 开环直流电机调速 (10)3.2 单闭环晶闸管直流调速系统实验 (10)第四章自控课设总结 (12)参考文献 (13)致谢 (13)第一章课程设计内容与要求分析1.1 课程设计内容本次课程设计内容主要分为两大部分，第一部分为利用有源串联超前校正网络进行二阶系统校正。
通过校正装置开关的开合来比较校正前后的效果差异，主要利用MATLAB进行相关程序的编写和仿真，结合最终的结果经过分析论证最终得出相应结论。
第二部分为直流电动机开环调速实验和单闭环晶闸管直流调速系统实验。
二阶系统综合设计要求：1）开关S闭合引入校正网络后，在单位阶跃输入信号作用时，’≥4.4弧度/秒，相位裕量γ’≥45°；开环截止频率ωc2）根据性能指标要求，确定串联超前校正装置传递函数；3）手工绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线；4）利用Matlab仿真软件辅助分析设计，并验算设计结果，绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线；5）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；6）根据计算结果确定有源超前网络元件参数R、C值。
直流电动机调速设计要求：1）未接入反馈回路时直流电动机的转速随负载的变化而产生变化；2）通过晶闸管直流调速系统对系统进行调速；3）接入反馈后在给定电压和负载下产生一个转速，通过负载的改变系统转速能恢复到原来的状态；4）利用电力系统试验台进行试验。
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计是针对自动控制原理课程的学习内容和要求进行的实践性教学任务。
其目的是通过设计和实现一个自动控制系统，加深学生对自动控制原理的理解和应用能力。
一般来说，自动控制原理课程设计包括以下几个步骤：
1. 选题：根据课程要求和学生的实际情况，选择一个合适的自动控制系统作为课程设计的对象。
可以选择一些简单的控制系统，如温度控制、水位控制等，也可以选择一些复杂的控制系统，如飞行器控制、机器人控制等。
2. 系统建模：对选定的控制系统进行建模，包括确定系统的输入、输出和状态变量，建立系统的数学模型。
可以使用传递函数、状态空间等方法进行建模。
3. 控制器设计：根据系统模型和控制要求，设计合适的控制器。
可以使用经典控制方法，如比例积分微分（PID）控制器，也可以使用现代控制方法，如状态反馈控制、最优控制等。
4. 系统仿真：使用仿真软件（如MATLAB/Simulink）对设计的控制系统进行仿真，验证控制器的性能和稳定性。
5. 硬件实现：将设计的控制器实现到实际的硬件平台上，如单片机、PLC等。
可以使用编程语言（如C语言、Ladder图等）进行编程。
6. 系统调试：对实际的控制系统进行调试和优化，使其达到设计要求。
可以通过实验和测试来验证系统的性能。
7. 实验报告：根据课程要求，撰写实验报告，包括实验目的、方法、结果和分析等内容。
通过完成自动控制原理课程设计，学生可以深入理解自动控制原理的基本概念和方法，掌握控制系统的设计和实现技术，提高自己的实践能力和创新能力。
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MATLAB成为学生的基本技能，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，学生应达到以下的基本要求：1.能用MATLAB软件分析复杂和实际的控制系统。
2.能用MATLAB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的CONTROL SYSTEM 工具箱和SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。
自动控制原理课程设计---单位负反馈系统设计校正
单位负反馈系统是自动控制原理课程设计中的重要内容，它是将输入信号与反馈信号进行比较、控制，从而达到调节系统性能的一种手段。
其目的是提高系统的稳定性和可靠性，缩小输入量的波动对输出量的影响，保持系统性能的稳定性和提高系统的控制性能，增强系统的鲁棒性。
系统的校正是保证其良好性能的前提，系统校正理论是所有反馈控制系统的基础之一，是实现系统自动控制的根本。
一、系统校正要点
1、调节器模式：调节器的类型是校正的核心，调节器的模式决定着反馈控制系统的性能。
常用的调节器有PI、PD、PID参数调节器，应根据实际情况灵活选择。
2、参数校正：选择调节器模式后，需要进行具体参数的校正，校正的过程一般有两种：经验法和数学模型法可以采用。
3、现场校正：现场校正过程主要是现场对参数进行实践调整，包括检查输入信号校正等，此类校正只能通过仪器进行，由于仪器的精度不同，校正效果也会有所不一样。
二、系统校正实施
1、系统检查：在校正实施前需要进行系统检查，检查项包括仪表精度以及反馈控制系统的结构与结构，检查后才能确定最佳的参数；
2、参数设置：在校正过程中，参数设置是提高反馈控制系统可用性的关键，特别是PID参数的调节，这要求改变参数时，要结合理论，灵活调整，以保证系统满足要求；
3、系统性能：在系统校正完成后，对系统性能进行检查，要求系统要满足设定的所有参数，结果必须与预期的结果保持一致，否则可以继续微调参数设置，以更好的满足需要。
总之，系统校正是自动控制原理中重要的一环，它既涉及到调整调节器参数，也涉及到系统调试等过程，必须根据实际情况，灵活选择，层层检查，从而实现反馈控制系统的良好性能。
自动控制原理-教案一、课程简介1.1 课程背景自动控制原理是工程技术和科学研究中的重要基础，广泛应用于工业、农业、医疗、航空航天等领域。
本课程旨在介绍自动控制的基本理论、方法和应用，使学生掌握自动控制系统的基本原理和设计方法，具备分析和解决自动控制问题的能力。
1.2 教学目标（1）理解自动控制的基本概念、原理和分类；（2）掌握线性系统的数学模型建立和求解方法；（3）熟悉系统的稳定性、瞬态和稳态性能分析；（4）学会设计简单的线性控制器；（5）了解自动控制技术的应用和发展趋势。
二、教学内容2.1 自动控制的基本概念（1）自动控制系统的定义和分类；（2）自动控制系统的组成和基本环节；（3）自动控制系统的性能指标。
2.2 线性系统的数学模型（1）连续时间线性系统的数学模型；（2）离散时间线性系统的数学模型；（3）系统的状态空间表示。
2.3 系统的稳定性分析（1）连续时间线性系统的稳定性；（2）离散时间线性系统的稳定性；（3）系统稳定性的判定方法。
2.4 系统的瞬态和稳态性能分析（1）连续时间线性系统的瞬态响应；（2）离散时间线性系统的瞬态响应；（3）系统的稳态性能分析。
2.5 控制器的设计方法（1）PID控制器的设计；（2）状态反馈控制器的设计；（3）观测器的设计。
三、教学方法3.1 讲授法通过课堂讲授，系统地介绍自动控制原理的基本概念、理论和方法。
3.2 案例分析法通过分析实际案例，使学生更好地理解自动控制系统的原理和应用。
3.3 实验法安排实验课程，让学生亲自动手进行实验，培养实际操作能力和问题解决能力。
3.4 讨论法组织学生进行课堂讨论，促进学生思考和交流，提高分析和解决问题的能力。
四、教学评估4.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况、实验报告等，占总成绩的30%。
4.2 期中考试通过期中考试检验学生对自动控制原理的基本概念、理论和方法的掌握程度，占总成绩的30%。
4.3 期末考试通过期末考试全面评估学生对自动控制原理的掌握程度，占总成绩的40%。
课程设计(综合实验)报告( 2012 -- 2013 年度第 1学期)名称：自动控制原理题目：自控课设院系：控制与计算机工程学院班级：学号：学生姓名：指导教师：***设计周数：一周成绩：日期： 2015年1月22日自动控制原理课程设计课程设计目的与要求题目 已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数任务：1. 分析系统单位阶跃响应的时域性能指标2. 当(),k ∈-∞+∞时，绘制系统的根轨迹，分析系统的稳定性3. 对系统进行频域分析，绘制其Nyquist 图及Bode 图，确定闭环系统的稳定性4. 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：4.1设计串联校正满足下列性能指标 （1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差；（2）系统校正后，相位裕量。
4.2设计串联校正满足下列性能指标 （1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差；（2）系统校正后，相位裕量。
（3）系统校正后，幅值穿越频率。
课程设计正文注：本题中系数取0.2一、 系统的单位阶跃响应及性能指标)11.0()(+=s s Ks G k t t r =)(01.0≤ss e 0''45)(>c ωγt t r =)(005.0≤ss e 0''45)(>c ωγ50'>c ωnum=1;den=[0.2 1 0];G=tf(num,den);%开环传递函数 sys=feedback(G,1);%闭环传递函数 figure(1)step(sys);grid%单位阶跃响应运行结果：图1-系统单位阶跃响应曲线由上图分析可得：上升时间 2.020.243 1.777r t s =-=，调节时间 2.53(5%)s t s =∆=，由于系统为过阻尼系统，无振荡，故峰值时间p t 不存在，超调量%σ、振荡次数N 均为零。
二、 根轨迹及稳定性分析1. K<0程序：%K>0figure(2)rlocus(G)运行结果：图2-K>0时系统根轨迹2.K<0程序：%K<0figure(3)rlocus(-G)运行结果：由图分析系统稳定性：当k>0的时候，根轨迹分支没有进入右半平面，故系统稳定；当k<0的时候，根轨迹分支进入右半平面，故系统不稳定。
三、频域及闭环稳定性分析1.奈奎斯特曲线及稳定性分析程序：%奈奎斯特图figure(4)nyquist(G);axis([-1.2 0.3 -10 10]);ngridaxis equal%调整横纵坐标比例，保持原形运行结果：图4-奈奎斯特图2.伯德图及稳定性分析程序：%伯德图figure(5)margin(G)运行结果：图5-伯德图由图分析系统闭环稳定性：由奈奎斯特图可知，曲线在(1,0)-点左侧无穿越，且在右半平面无极点，故系统闭环稳定；由伯德图可知，相频特性曲线没有穿越(21)+线，故系统闭环kπ稳定。
四、系统的校正及设计(一)设计一1.校正前系统分析画伯德图程序：k=1/0.01;G1=tf([k],[0.2 1 0])[h0,r,wx,wc]=margin(G1)figure(6)margin(G1)运行结果及伯德图：Transfer function:100-----------0.2 s^2 + sh0 =Infr =12.7580wx =Infwc =22.0825图6-校正前伯德图由图可知，校正前系统相角裕度12.7580r=︒，远小于要求的45︒，则需要进行校正。
本题中采用串联超前校正装置。
画单位阶跃响应图程序：k=1/0.01;G1=tf([k],[0.2 1 0]);jzq=feedback(G1,1);%校正前闭环传递函数step(jzq)运行结果：图7-校正前阶跃响应图2.校正过程1)令wm=30程序：wm=30;L=bode(G1,wm);Lwc=20*log10(L)a=10^(-0.1*Lwc)%确定aT=1/(wm*sqrt(a))%确定tfi=asin(a-1)/a+1%fi最大超前相角Gc=(1/a)*tf([a*T 1],[T 1])%超前传递函数Gc=a*Gc;%补偿无源超前网络产生的增益衰减，放大器提高增益a倍Gk=Gc*G1;%计算已校正的系统开环传递函数[h,r,wx,wc]=margin(Gk)figure(7)margin(Gk)运行结果：Lwc =-5.2244a =3.3300T =0.0183fi =1.4717 - 0.4473iTransfer function:0.01827 s + 0.3003------------------0.01827 s + 1h =Infr =42.0171wx =Infwc =30.0000图8-试校正伯德图由图可知，相角裕度42r=︒，未满足要求，故重新计算。
2)令wm=35程序：同上运行结果：Lwc =-7.8711a =6.1250T =0.0115fi =1.2565 - 0.3784iTransfer function:（0.01154 s + 0.1633）/( 0.01154 s + 1)h =Infr =54.1267wx =Infwc =35.0000由此可知，校正装置传递函数及伯德图：Transfer function:0.01154 s + 0.1633------------------0.01154 s + 1伯德图：margin([0.01154 0.1633],[0.01154 1])图9-校正装置伯德图校正后的伯德图：图10-校正后伯德图由图可知，相角裕度54.1r=︒，满足要求。
画单位阶跃响应图程序：jzh=feedback(Gk,1);%校正后闭环传递函数figure(8)step(jzh)axis([0 2.5 0 1.5])运行结果：图11-校正后阶跃响应图3.超前串联校正结构图图12-串联校正装置结构图(二)设计二1.校正前系统分析画伯德图程序：k=1/0.005;G1=tf([k],[0.2 1 0])[h0,r,wx,wc]=margin(G1)figure(6)margin(G1)运行结果及伯德图：Transfer function:200-----------0.2 s^2 + sh0 =Infr =9.0406wx =Infwc =31.4247图13-校正前伯德图由图可知，校正前系统相角裕度9.0406r=︒，远小于要求的45︒，则需要进行校正。
本题中采用串联超前校正装置。
画单位阶跃响应图程序：k=1/0.005;G1=tf([k],[0.2 1 0]);jzq1=feedback(G1,1);%校正前闭环传递函数step(jzq1)运行结果：图14-校正前阶跃响应图2.校正过程令wm=60程序：wm=60;L=bode(G1,wm);Lwc=20*log10(L)a=10^(-0.1*Lwc)%确定aT=1/(wm*sqrt(a))%确定tfi=asin(a-1)/a+1%fi最大超前相角Gc=(1/a)*tf([a*T 1],[T 1])%超前传递函数Gc=a*Gc;%补偿无源超前网络产生的增益衰减，放大器提高增益a倍Gk=Gc*G1;%计算已校正的系统开环传递函数[h,r,wx,wc]=margin(Gk)figure(7)margin(Gk)运行结果：Lwc =-11.1561a =13.0500T =0.0046fi =1.1204 - 0.2437iTransfer function:0.004614 s + 0.07663--------------------0.004614 s + 1h =Infr =63.8175wx =Infwc =60.0000由此可知，校正装置传递函数及伯德图：Transfer function:0.004614 s + 0.07663--------------------0.004614 s + 1伯德图：margin([0.004614 0.07663],[ 0.004614 1])图15-校正装置伯德图校正后伯德图：图16-校正后伯德图由图可知，相角裕度63.8r=︒，幅值穿越频率'60wc=，均满足要求。
画单位阶跃响应图程序：jzh=feedback(Gk,1);%校正后闭环传递函数figure(8)step(jzh)axis([0 2.5 0 1.5])运行结果：图17-校正后阶跃响应图3.超前串联校正结构图图18-串联校正装置结构图课程设计心得通过自动控制原理课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
这个方案使用了Matlab软件，使我们有掌握了一个软件的应用。
在课本的学习过程中遇到的一些理解不是很透彻的知识点，在这次课程设计中都加深了理解，如：系统的性能指标，根轨迹，伯德图，奈奎斯特图以及系统的校正。
另外，还对matlab更加熟练的应用，这将在以后的学习生活中带来很大的影响，帮助我们更加深刻的理解曲线的含义。
matlab强大的计算功能将在我们今后的学习中应用更加广泛。
