武汉科技大学自动控制原理专业课程设计样本

武汉科技大学自动控制原理专业课程设计二○一四～二○一五学年第一学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称：自动控制原理课程设计学时学分：1周1学分班级：自动化12级01班学号：姓名：指导教师：柴利2014年12月一．课程设计目的：综合运用本课程的理论知识进行控制系统分析及设计，利用MATLAB 作为编程工具进行计算机实现，复习与巩固课堂所学的理论知识，提高了对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步了解控制系统的分析设计理论与过程。

二．设计任务与要求：1设计题目：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数 )11.0()(+=s s Ks G k用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。

任务一：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使闭环系统同时满足如下动态及静态性能指标：（1）在单位斜坡信号t t r =)(作用下，系统的稳态误差005.0≤ss e ；（2）系统校正后，相位裕量0''45)(>c ωγ。

（3）系统校正后，幅值穿越频率50'>c ω。

任务二：若采用数字控制器来实现任务一设计的控制器，给出数字控制器的差分方程表示或离线传递函数（Z 变换）表示。

仿真验证采用数字控制器后闭环系统的性能，试通过仿真确定满足任务一指标的最大的采样周期T. （注：T 结果不唯一）。

2设计要求：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) M ATLAB 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－MATLAB 或SIMULINK 辅助设计）；5) 校正前后的系统性能指标的计算。

三．串联校正设计方法：1校正前系统分析：开环传递函数()()11.0+=s s K s G ，;005.0≤e ss ()()005.01111.0s 11.020lim ≤=+++=→k s k s s s s s ss e ；故k 取最小值时，k=200。

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)10100k G s Ks 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。

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。

《自动控制原理》课程设计姓名：学号：班级：14电气1班专业：电气工程及其自动化学院：电气与信息工程学院注：姓名、学号、班级等都居中（此行删除）2016年6月目录一、设计目的 (2)二、设计任务 (2)三、具体要求 (2)四、设计原理概述 (2)五、设计方案及分析 (3)I手工设计 (3)II计算机编程设计 (7)1观察原系统性能指标 (7)2校正方案确定及校正结果分析 (11)（1）采用串联超前网络进行系统校正 (11)（2）采用串联滞后网络进行系统校正 (12)（3）采用串联滞后-超前网络校正 (15)六、结束语 (20)模拟PID闭环温度控制系统的设计与实现一、设计目的（1）掌握PID控制规律及控制器的实现；（2）了解模拟PID闭环控制系统的各部分构成；（3）掌握模拟PID调节器的设计和参数调整的方法；（4）掌握使用Simulink建立PID控制器及构建系统模型与仿真方法。

二、设计任务（1）使用实验箱搭建系统模拟实现电路，测量温度与电压的关系；（2）使用Simulink进行PID控制器设计和仿真，并给出仿真结果。

五、设计方案及分析 I 、手工设计1）由开环增益要求，得K ≥100，取K=100。

2）根据开环频域特征量（γ和ω）与时域指标（s t %和σ）之间的关系近似公式，%100)]1sin 1(4.016.0[%⨯-+=γσ（︒︒≤≤9035γ）、])1s i n1(5.2)1s i n 1(5.12[t 2-+-+=γγωπc s （︒︒≤≤9035γ）将题目中系统的时域指标转化为频域指标：①%30)1sin 1(4.016.0p <-+=γσ，解之得γ>47.79，取︒=8.47*γ；②5.0])1sin 1(5.2)1sin 1(5.12[t 2<-+-+=γγωπc s ，解之得c ω>17.787，经计算比较，多次计算比较的Matlab 程序如下：s=tf('s');G0=100/(s*(0.1*s+1)*(0.025*s+1)); %原系统开环传递函数 wc=25; expPm=47.8;Pm=(pi/2-atan(wc/10)-atan(wc/40))*180/pi; phim=expPm-Pm+6;a=(1+sin(phim*pi/180))/(1-sin(phim*pi/180)); wC=sqrt(a)*wc; wD=wc/sqrt(a); wE=0.1*wc; w0=1000/wc; wF=wD*wE/w0; Gc1=(s/wE+1)/(s/wF+1) Gc2=(s/wD+1)/(s/wC+1) G=Gc1*Gc2*G0计算比较后发现，25c =ω时可满足调节时间要求，所以取*c ω=25； 3）绘制未校正系统的开环对数幅频曲线如图1中红色线所示。

自动控制原理课程设计报告材料一、引言自动控制原理是现代工程领域中一门重要的学科，它涉及到控制系统的设计、分析和优化。

本课程设计报告旨在介绍我所完成的自动控制原理课程设计，并详细阐述设计过程、实验结果及分析。

二、设计目标本次课程设计的目标是设计一个能够实现温度控制的自动控制系统。

通过该系统，能够实时监测温度变化并根据设定的温度范围自动调节加热器的工作状态，以保持温度在设定范围内稳定。

三、设计原理1. 系统框架设计的自动控制系统由传感器、控制器和执行器组成。

传感器负责实时监测温度变化，控制器根据传感器的反馈信号进行判断和控制决策，执行器则根据控制器的指令调节加热器的工作状态。

2. 控制算法本次设计采用了经典的比例-积分-微分（PID）控制算法。

PID控制器通过计算误差的比例、积分和微分部分的权重，来调节执行器的输出信号，以实现对温度的精确控制。

3. 系统建模为了进行系统控制算法的设计和分析，我们需要对系统进行建模。

本次设计中，我们采用了一阶惯性环节模型来描述加热器和温度传感器之间的关系。

四、实验步骤1. 硬件搭建首先，我们搭建了一个实验平台，包括加热器、温度传感器、控制器和执行器等硬件设备。

确保各个设备之间的连接正确并稳定。

2. 参数调节接下来，我们通过对PID控制器的参数进行调节，使得系统能够快速响应、稳定控制。

通过试验和调整，我们得到了最优的PID参数。

3. 实验数据采集在实验过程中，我们采集了一系列的温度数据，包括初始温度、设定温度和实际温度等。

同时，记录了控制器的输出信号和执行器的工作状态。

4. 数据分析与结果验证通过对实验数据的分析，我们验证了设计的自动控制系统的性能。

分析结果表明，该系统能够准确地控制温度在设定范围内波动，并具有良好的稳定性和鲁棒性。

五、实验结果与讨论1. 温度控制精度经过多次实验，我们得到了控制系统的温度控制精度。

结果表明，系统能够将温度控制在设定范围内，误差较小。

2. 响应时间实验结果显示，系统对温度变化的响应时间较短，能够快速调节加热器的工作状态以保持温度稳定。

武科大 plc课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解PLC（可编程逻辑控制器）的基本原理和结构组成，掌握其工作流程。

2. 学生能够掌握PLC编程的基础知识，包括逻辑运算、定时器、计数器等功能的使用。

3. 学生能够了解PLC在工业自动化控制中的应用场景和重要性。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，独立进行简单的PLC程序编写和调试。

2. 学生能够运用PLC解决实际工业控制问题，具备一定的工程实践能力。

3. 学生通过小组合作，培养团队协作和沟通能力，提高问题解决效率。

情感态度价值观目标：1. 学生通过学习PLC课程，培养对自动化技术的兴趣，提高学习积极性。

2. 学生能够认识到PLC技术在工业生产中的重要作用，增强社会责任感和使命感。

3. 学生在课程学习过程中，养成严谨、认真、负责的学习态度，培养良好的学习习惯。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，旨在培养学生的动手能力和实际应用能力。

学生特点：学生具备一定的电子、电气基础知识，对PLC技术有一定的好奇心，但实践经验不足。

教学要求：注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，培养学生的创新意识和实践能力。

在教学过程中，注重引导学生主动探索、合作学习，提高学生的综合素质。

通过课程学习，使学生能够将理论知识应用于实际工程问题，为将来的职业发展打下坚实基础。

二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. PLC基本原理：介绍PLC的发展历程、结构组成、工作原理及其在工业自动化中的地位与作用。

2. PLC硬件系统：讲解PLC的输入/输出模块、中央处理单元、通信接口等硬件组件的组成和功能。

3. PLC编程语言：学习PLC的编程基础知识，包括梯形图、指令表、功能块图等编程语言及其应用。

4. PLC编程软件：介绍PLC编程软件的使用方法，使学生能够熟练操作软件，进行程序编写和调试。

5. 逻辑运算与功能指令：学习逻辑运算指令、定时器、计数器等常用功能指令的使用方法。

武科大自控课程设计一、教学目标本课程的教学目标旨在帮助学生掌握自动控制基本理论、方法和应用，培养学生的科学思维和创新能力。

通过本课程的学习，学生应达到以下具体目标：1.理解自动控制的基本概念、原理和数学模型。

2.熟悉经典控制理论和现代控制理论的基本方法。

3.掌握自动控制系统的设计和分析方法。

4.能够运用MATLAB等工具进行控制系统分析和设计。

5.具备阅读和分析自动控制相关英文文献的能力。

6.能独立完成自动控制实验，具备实际问题解决能力。

情感态度价值观目标：1.培养学生的团队合作精神和自主学习能力。

2.增强学生对自动控制领域的兴趣，激发创新意识。

3.培养学生具备工程伦理和社会责任感。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括自动控制基本理论、方法和应用。

教学大纲如下：1.自动控制概述：自动控制的基本概念、原理和数学模型。

2.经典控制理论：包括线性系统理论、非线性系统理论、稳定性分析、频率响应分析、根轨迹法等。

3.现代控制理论：包括状态空间法、最优控制、鲁棒控制、自适应控制等。

4.自动控制系统设计：包括模拟和数字控制系统设计，以及基于MATLAB的控制系统分析与设计。

5.自动控制应用：涉及工业自动化、机器人控制、生物医学工程等领域的应用案例。

三、教学方法为提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式：1.讲授法：用于阐述基本概念、理论和方法。

2.讨论法：鼓励学生参与课堂讨论，培养思考和表达能力。

3.案例分析法：分析实际应用案例，加深对自动控制理论的理解。

4.实验法：通过实验操作，掌握自动控制系统的设计和分析方法。

四、教学资源为支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：《自动控制原理》（第五版），吴恩达著。

2.参考书：《现代控制系统》，理查德·小奈森著。

3.多媒体资料：包括教学PPT、视频讲座、在线课程等。

4.实验设备：自动控制实验装置，包括传感器、执行器、控制器等。

信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称: 自动控制原理课程设计班级：自动化学号：姓名：指导教师：陈琳二○一三年十二月一、设计目的1.掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。

2.掌握对系统相角裕度、稳态误差和剪切频率以及动态特性分析。

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、设计任务与要求2。

1设计任务2）在MATLAB 中编写如下程序： h1=tf([30],［1 0］)； h2=tf （［1],[0.1 1］）; h3=tf （［1],[0.2 1］)； h=h1＊h2*h3；[num,den]=tfdata （h)；［mag,phase ，w]=bode(num ，den ）; subplot(211)；semilogx(w ，20*log10(mag ）)；grid subplot(212）；semilogx （w ，phase ）;grid[gm ，pm,wcg ，wcp ］=margin （mag ，phase ，w)未校正前bode 图:由图知,相位裕度为 -17.2054°,截止频率为 9。

7680 rad/s 。

因为系统不稳定,不宜采用相位超前校正，故采用滞后校正。

（2）详细设计1）根据系统相位裕度大于45度的要求，串联校正后相角裕度应为：0002702545=+=+=εγγ又因为：()02200270)2.0arctan(1.0arctan 90180=---=c c ωωγ即:222002.013.0arctan =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-c c ωω则可解的：1217.1-=s c ω当117.1-==s c ωω时,令未校正系统的开环增益为βlg 20，从而求出串联滞后校正装置的系数β，由于未校正系统的增益在11-=s ω时为30lg 20，故有2017.1lg 0lg 2030lg 20-=--β解的: 64.25=β选定： 1239.01-===s c ωτω 则: )11015.01-==s βτω于是，滞后网络的传递函数为：()()()39.064.2539.0++=s s s G c校正后系统开环传递函数为：()()()()()174.6512.011.0156.230++++=s s s s s s G 2）对于频率为11.0-=s ω,幅值为3的正弦输入信号稳态误差的检验： 因为系统的稳态误差传递函数为： ()()()s R s E =Φs er 所以有: ()()()()s G s s G c 0er G 1111s +=+=Φ 其频率特性为：()()()()()()()()39.03039.064.2512.011.039.064.2512.011.0++++++++=Φωωωωωωωωωj j j j j j j j j s er把1s 1.0-=ω带入()()()()()()()()39.03039.064.2510.2j 11.0j 39.064.2510.2j 11.0j j er ++++++++=Φωωωωωωωωωωj j j j j 得: ()0219.0j er =Φω又因为输入信号的振幅为3,所以稳态误差的振幅为()j 1.03er Φ，所以稳态误差的振幅为0。

自动控制原理课程设计专业：自动化班级：姓名：学号：指导教师：自动化与电气工程学院2013 年 01月 11日目录1、设计目的 (2)2、设计内容 (2)3、设计过程和步骤 (2)4、软件仿真 (6)5、电路模拟以及结果分析 (7)6、思考题 (9)7、设计小结 (10)8、参考文献 (10)连续定常系统的频率法超前校正1.设计目的(1)了解串联超前校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响；(2)掌握用频率特性法分析自动控制系统动态特性的方法；(3)掌握串联超前校正装置的设计方法和参数调试技术；(4)掌握设计给定系统超前校正环节的方法，并用仿真技术验证校正环节理论设计的正确性；(5)掌握设计给定系统超前校正环节的方法，并模拟实验验证校正环节理论设计的正确性。

2.设计内容已知单位反馈控制系统的开环传递函数为：G0(s)=Ks(0.2s+1)(0.01s+1)设计超前校正装置，使校正后系统满足：K v=100s−1, ωc≥30s−1,σ%≤36% 3．设计过程和步骤3.1 确定开环增益K根据给定静态误差系数的要求，确定开环增益KK v=lims→0sG0(s)=lims→0sKs(0.2s+1)(0.01s+1)=100s−1得K=100。

3.2画出未校正系统的伯德图未校正系统的开环函数：G0(s)=100s(0.2s+1)(0.01s+1)=50000s(s+5)(s+100)MATLAB中输入以下语句：>> Go=zpk([],[0 -5 -100],50000);>> bode(Go)>> margin(Go)得到未校正系统的Bode图，如图1所示，并由图可知未校正系统的相角余P m=γ1= 0.596deg ,剪切频率ωc=21.8s−1。

图1未校正系统的Bode图3.3 确定最大超前相角由题目要求可知，校正后的系统的超调量σ%≤36%，高阶系统有以下公式，超调量：σ%=0.16+0.4(Mγ−1)谐振峰值：Mγ=1 sinγ由以上公式可得，当σ%=36%时，γ=41.8°，由于系统的开环对数幅频特性在剪切频率处的斜率为−40db/dec，一般取ε=5~10。