当前位置：文档之家 › 自动控制原理课程设计任务书 -

自动控制原理课程设计任务书 -

  • 格式：doc
  • 大小：704.37 KB
  • 文档页数：19

中北大学 课 程 设 计 说 明 书

学生姓名 学 号： 学 院：信息与通信工程学院 专 业： 自动化 题 目： 自动控制原理课程设计

指导教师： 职称: 讲师 2012年 2月 13 日 2

中北大学 课程设计任务书

11/12 学年第 2 学期 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 自动化 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目： 自动控制原理课程设计 起 迄 日 期： 2 月13 日～ 2月 24日 课程设计地点： 校内 指 导 教 师： 系 主 任： 王忠庆

下达任务书日期: 2012 年 2 月13 日 3

课 程 设 计 任 务 书 1．设计目的： 1）培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。 2）培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 3）培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。 4）提高学生课程设计报告撰写水平。

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： （1） 未校正系统的分析： 1）利用MATLAB绘制未校正系统的开环和闭环零极点图，标出关键数据点 2）绘制根轨迹，分析未校正系统随着根轨迹增益变化的性能（稳定性，快速性） 3）编写M文件作出单位阶跃输入下的系统响应，分析系统单位阶跃响应的性能指标 4）绘出系统的开环传函的bode图，利用频域方法分析系统的频域性能指标（相角裕度和幅值裕度，开环振幅）。 （2） 画出串联校正结构图，分析所采用的校正类型的理由。 （3） 确定校正装置传函的参数。 （4） 画出校正后的系统bode图，并检验系统性能指标。 （5） 提出校正的实现方式及其参数（要求实验实现校正前、后系统并得到的校正前后的阶跃响应）。 （6） 在SIMULINK中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 （7）对以上程序仿真内容能够亲自上机操作。答辩抽查。 4

3．主要参考文献： 王划一，杨西侠《自动控制原理》 国防工业出版社 黄忠霖，周向明 《控制系统MATLAB计算机仿真实训》 国防工业出版社 郑勇，徐继宁等编著《自动控制原理实验教程》 国防工业出版社 胡松涛 《自动控制原理》 科学出版社 孟庆明 《自动控制理论》 高等教育出版社

4．工作计划及进度： 2012年02月13日----02月18日 收集整理资料，学习MATLAB确定方案 02月19日--02月23日 设计并完成设计说明书 02月24日 答辩

系主任审查意见：

签字： 2012年2月24日 5

已知单位负反馈系统的开环传递函数0()(2)KGSSS试用频率法设计串联超前校正装置，使系统的静态速度误差系数20VK，相位裕度035，增益欲度10dB20lgKg。

一，未校正前的分析 1.已知系统的开环传递函数为 0()(2)KGSSS ，根据20)(limK0vSSGks可

得K0=40，则系统的开环传递函数为 )2(40)(ssGs。 （1）利用MATLAB编写程序 num=[40]; den=[1,2,0]; pzmap(num,den) 可得开环零极点图

图1.开环零极点 6

(2).闭环传递函数402402)(sss，利用MATLAB编写程序 num=[40]; den=[1,2,40]; pzmap(num,den) 可得闭环零极点图

图2.闭环零极点 7

2.闭环传递函数为402402)(sss，利用MATLAB编写程序： num=[1]; den=[1,2]; rlocus(num,den) grid 可得系统根轨迹

图3.系统根轨迹 系统的闭环传递函数为402402k22)(ssksss，可得系统根轨迹增益Kg=K0=40,开环增益K=20。 （1）稳定性 当开环增益K从0变到无穷大时，系统的根轨迹不会越过虚轴进入S右半平面，因此系统所有对应的K值都是稳定的。 运动形态的分析：闭环极点为实数（001K），系统的时间响应是单调的。

闭环极点为复数（01K），系统的时间响应是有振荡的。 8

快速性的分析：要使系统具有好的响应快速性，其响应的各暂态分量应具有较大的 分解因子，且各暂态分量的系数应尽可能的小。即系统的闭环极点应远离虚轴。 3.当系统输入为单位阶跃时，利用MATLAB编写程序，可求出系统响应。对应M文件如下： G=tf([40],[1,2,40]); t=0:0.1:10; c=step(G,t); grid plot(t,c) Css=dcgain(G) %求稳态值 [Y,k]=max(c); timetopeak=t(k) %峰值时间tp C=dcgain(G); [Y,k]=max(c); percentovershoot=100*(Y-C)/C %超调量 C=dcgain(G); n=1; while c(n) n=n+1; end risetime=t(n) %上升时间tr C=dcgain(G); i=length(t); while(c(i)>0.98*C)&(c(i)<1.02*C) i=i-1; end setllingtime=t(i) %调节时间ts 9

可得系统单位阶跃输入下的响应曲线 图4.单位阶跃响应曲线 根据MATLAB可得单位阶跃响应如下性能指标：

稳态值=1；峰值时间峰值时间tp=0.5s;超调量=4566.60%；上升时间tr=0.3s 调节时间ts=3.6s 4.利用MATLAB可得系统的开环伯德图，对应M文件如下： num=[40]; den=[1,2]; bode(num,den) grid [Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(num,den) 10

图5.开环伯德 利用MATLAB可得系统的频域性能指标： 幅值裕度Gm=Inf（无穷大）；相角裕度Pm=17.96<35；幅值穿越频率Wcp=6.16 相角穿越频率Wcg=Inf 二．校正后的分析 1.画出串联校正结构图 通过计算，引入一个串联超前校正装置：（计算过程略）

sssGc087.01192.01)(

校正后系统传递函数为

sssssGsGsGc).15.0).(087.01()192.01(20)().()('

计算可知校正后，Kg=88.3; 增益裕度为：20lgKg=20lg88.3=38.9>10db, 相位裕度为：γ=36.6>35 所以符合题目的校正指标要求

11

利用simulink画出串联校正结构图如下： 图6.串联校正结构 采用串联超前校正的原因： 是利用校正装置的相角超前补偿原系统的相角迟后，从而增大系统的相角裕度。超前校正产生正的相角移动和正的幅值斜率。采用超前校正可以增大系统的稳定裕度和频带宽度，提高了系统动态响应的平稳性和快速性。串联超前校正一般用于稳态性能已满足要求，但动态性能较差的系统。

2.画出校正后系统伯德图，利用MATLAB编写程序如下： num=[3.84,20]; den=[0.0435,0.587,1,0]; bode(num,den) grid [Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(num,den) 12

可得校正后系统伯德图 图7.校正后系统伯德图 利用MATLAB可得系统的频域性能指标： 幅值裕度Gm=Inf（无穷大）；相角裕度Pm=36.95；幅值穿越频率Wcp=7.54 相角穿越频率Wcg=Inf 13

校正前后伯德图对比（校正前实线，校正后虚线） 通过实验所得图和实验结果可知，校正以后，系统的相角裕度由17.96增大为36.95，幅值穿越频率从6.16增加为7.54, 校正后，响应的振荡减弱，更快达到稳态值，且超调量变小。 14

3.求出校正前后阶跃响应 校正前系统阶跃响应

图8.校正前阶跃响应系统结构图 图9.校正前阶跃响应曲线 15

校正后系统阶跃响应结构图 图10.校正后阶跃响应结构图 图11.校正后阶跃响应曲线 16

校正前后对比

图12.校正前后对比（校正前实线，校正后虚线） 17 4.非线性环节对系统性能的影响

1)饱和非线性环节

运行后得到如下曲线：

图13.加入非线性环节前后阶跃输入响应对比 波动性小，峰值小的曲线为加入非线性环节的曲线 饱和非线性环节对系统动态特性的影响： 从上图可以看出饱和非线性环节对系统过渡过程的影响与不引入非线性环节时有所不同，在引入饱和非线性环节后，超调量变小，振荡减弱。

合集下载

自控课设完全版

自控课设完全版

分数：华南理工大学广州学院课程设计报告题目：自动控制原理课程设计课程：自动控制原理课程设计专业：班级：姓名：学号：电信学院自动控制原理课程设计指导老师评价表第一部分任务书《自动控制原理》课程设计任务书一、课题名称自动控制原理课程设计二、课程设计目的课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的理论、实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地消化、巩固、掌握课堂教学内容、开拓思维、培养专业素养、指导学生的实践和动手环节、提高学生全面素质具有很重要的意义。

自动控制原理课程设计目的：1）利用电阻、电容、电感建立一阶、二阶、三阶数学模型。

2）掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补偿（校正）装置的作用及设计，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。

3) 学会使用MA TLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试。

三、课程设计任务和要求1、理论分析：用MA TLAB进行系统时域、频域分析，报告要有相应程序和响应曲线、结论。

1）、时域分析：分析系统在典型输入信号（单位阶跃信号、单位斜坡信号、脉冲信号、正弦信号）作用下，系统输出响应；画出未校正系统的根轨迹图，分析闭环系统是否稳定。

用MATLAB软件进行系统时域分析，报告中要有程序和响应曲线。

（参考教材第三章第七节基于MATLAB的控制系统时域分析）2）频域分析：画出未校正开环系统的Bode图，分析系统是否稳定3）、根据设计系统的串联校正装置，使系统达到规定的性能指标根据给定的性能指标选择合适的校正方式G C(s)对原系统进行校正（必须有校正过程计算过程），使其满足工作要求。

串联校正利用MATLAB对校正后系统的性能进行分析，与未校正前系统进行比较分析。

2、实物制作和调试利用面包板、电阻R、电容C、电感L建立一阶、二阶、三阶数学模型，面包板是由于板子上有很多小插孔，专为电子电路的无焊接实验设计制造的。

《自动控制系统》课程设计任务书

《自动控制系统》课程设计任务书

《自动控制系统》课程设计任务书适用：自动化专业、电气工程及自动化专业编写：自动化教研室时间：2009年5月设计题目-----转速电流双闭环不可逆直流调速系统设计一、课程设计的主要任务（一）系统各环节选型1、主回路方案确定。

2、控制回路选择：给定器、调节放大器、触发器、稳压电源、电流截止环节，调节器锁零电路、电流、电压检测环节、同步变压器接线方式（须对以上环节画出线路图，说明其原理）。

（二）主要电气设备的计算和选择1、整流变压器计算：变压器原副方电压、电流、容量以及联接组别选择。

2、晶闸管整流元件：电压定额、电流定额计算及定额选择。

3、系统各主要保护环节的设计：快速熔断器计算选择、阻容保护计算选择计算。

4、平波电抗器选择计算。

（三）系统参数计算1、电流调节器ACR 中i i R C 、 计算。

2、转速调节器ASR 中n n R C 、 计算。

3、动态性能指标计算。

（四）画出双闭环调速系统电气原理图。

使用A1或A2图纸，并画出动态框图和波德图（在设计说明书中）。

二、基本要求1、使学生进一步熟悉和掌握单、双闭环直流调速系统工作原理，了解工程设计的基本方法和步骤。

2、熟练掌握主电路结构选择方法，主电路元器件的选型计算方法。

3、熟练掌握过电压、过电流保护方式的配置及其整定计算。

4、掌握触发电路的选型、设计方法。

5、掌握同步电压相位的选择方法。

6、掌握速度调节器、电流调节器的典型设计方法。

7、掌握电气系统线路图绘制方法。

8、掌握撰写课程设计报告的方法。

三、 课程设计原始数据A 组：直流他励电动机：功率P e ＝1.1KW ，额定电流I e =6.7A ，磁极对数P=1，n e =1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻R a =2.34Ω,主电路总电阻R ＝7Ω，L ∑＝246.25Mh(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，K s =58.4，机电时间常数T m =116.2ms ，滤波时间常数T on =T oi =0.00235s ，过载倍数λ＝1.5，电流给定最大值 10V U im =*，速度给定最大值 10V U n =*,β＝0.77V/A ，α＝0.007 Vmin ／r设计要求：稳态指标：无静差；动态指标：电流超调量%5≤i σ；空载起动到额定转速时的转速超调量%10%<n σ。

自动控制理论A课程设计任务书

自动控制理论A课程设计任务书

《自动控制理论A》课程设计任务书一、目的与要求详细介绍MATLAB的控制系统工具箱的用法以及SIMULINK仿真软件，使学生能够应用MATLAB对自动控制理论所学的内容进行深层次的分析和研究，能用MATLAB 解决复杂的自动控制系统的分析和设计题目；能用MATLAB设计控制系统以满足具体的性能指标；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，进行控制系统设计。

二、主要内容1、简要介绍控制系统理论的基本概念和基本方法，并介绍MATLAB软件的基本知识。

2、在掌握控制系统基本理论和控制系统工具箱函数的基础上，利用MATLAB及其工具箱函数来解决所给控制系统的分析与设计问题，并上机实验；撰写课程设计报告。

四、设计成果要求1、按自己所做课程设计的内容撰写课程设计报告，要求图、表、公式等书写打印规范。

2、可以最后写一些总结、课程设计的心得体会以及你对课程设计的一些意见及建议。

五、考核方式本课程设计周最后一天带课程设计报告进行答辩，课程设计的成绩将根据课程设计中的表现，课程设计报告的书写情况，答辩情况综合给出。

学生姓名：指导教师：2009年1月8日三阶系统的分析与校正一、在本课程设计中，选择开环传递函数为)12.0)(1()(0++=s s s Ks G 的三阶单位负反馈系统作为研究对象，通过计算可得，系统的闭环传递函数为Ks s s Ks +++=22.12.0)(3φ，该系统的方框图如下：1．绘制出闭环系统单位阶跃响应曲线（1）MATLAB 程序如下：t=0:0.001:25 ;num=[1];den=[0.2 1.2 1 1];step(num,den,t);xlabel('t,sec');ylabel('output');t,sec (sec)o u t p u t0.20.40.60.811.21.4(2)系统动态性能指标 峰值时间：s 7.3 上升时间：s 53.1 调节时间：s 79.8 超调量 ：%4.25(3)绘制对数幅频、相频特性曲线 MATLAB 程序如下：g=tf(1,conv([1 1 0],[0.2 1])); margin(g),grid;[h,r,wx,wc]=margin(g); wc wx r hM a g n i t u d e (d B )1010101010P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = 15.6 dB (at 2.24 rad/sec) , P m = 43.2 deg (at 0.779 rad/sec)Frequency (rad/sec)频域指标为：由图可得：s rad w c /779.0= ：截止频率c ws rad w x /24.2= ：穿越频率x w相位裕度：deg 2.43 幅值裕度：dB 6.152.绘制根轨迹图绘制出K c 由0 →∞变化时的根轨迹 MATALAB 程序如下：num=[1];den=conv([1 1 0],[0.25 1]); rlocus(num,den); axis equal;set(findobj('maker','x'),'makersize',12); set(findobj('maker','o'),'makersize',12); v=[-8 2 -6 6]; axis(v); 生成如下根轨迹图：Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i s-8-7-6-5-4-3-2-1012-6-4-2246由上图可以看出：K c 变化对根轨迹的影响是在根轨迹图上，随着K c 值从0∞→的变化，会依次出现无超调量、衰减振荡、等幅振荡和振荡发散的情况。

自动化课程设计任务书

自动化课程设计任务书

自动化控制课程设计任务书一、课程教学目的1、培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力。

2、掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补偿（校正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。

3、学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试。

4、学会使用硬件仿真软件对系统进行模拟仿真。

5、锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力。

二、课程设计内容及基本要求1、课程设计内容（1）、给出有实际背景的数学模型，分别提出不同的设计题目及设计指标要求。

学生通过查阅相关资料，根据各自题目确定合理的控制方式及校正形式，完成设计。

（2）、学生首先要根据所学自动控制原理课程知识（时域分析法、频率法和根轨迹法）对系统进行性能分析。

根据设计题目要求进行人工设计校正装置，初步设计出校正装置传递函数形式及参数。

（3）、利用MATLAB语言及simulink动态仿真工具，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，使其满足技术要求，并绘制打印出仿真框图、频率特性图及动态响应图。

（4）、确定校正装置的电路形式及电路参数。

（5）、完成设计报告。

2、设计基本要求（1）、掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补偿（校正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析。

（2）、根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。

（3）、利用MATLAB语言及simulink动态仿真工具，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，使其满足技术要求，并绘制打印出仿真框图、频率特性图及动态响应)12.0)(11.0()(++=s s s K s G 图。

（4）、确定校正装置的电路形式及电路参数。

（5）、使用multsim 电路设计仿真软件绘画模拟电路。