自控原理课程设计

二○一二～二○一三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班级：自动化2010级6班

学号：201004134184

姓名：

指导教师：

二○一二年十二月

题目一

一、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 K

s G k

用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。

二、设计任务及要求

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： （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。

三、设计步骤

1、先计算计算校正前的幅值穿越频率和相位欲量

k s k

s H s sG Kv =+==1

1.0lim )()(lim

005.01

1≤==

k

Kv e ss 则200≥k 在该题中取k=200

当2)20(lg220lgk (1)1+===L w 时，

s

rad w w L w L L L w c c c /72.4440

-10lg -lg )

10(-01)

(lg220)10(20

-1lg -10lg )

1()10(10==+==-=算得，计算算得时，当

?

44.72

acctan

-90-180o γ则 2、将自己计算的校正前的幅值穿越频率和相位欲量与Matlab 画出来的Bode 图

的幅值穿越频率和相位欲量进行比较看是否有差异，且画出校正前的阶跃响应图以便与校正后的比较。 （1）校正前的阶跃响应图 Matlab 程序为：

num=[200]; den=[0.1,1,0]; G=tf(num,den); Gc=feedback(G,1,-1); step(Gc)

系统上升时间

0.07s ，最大超调量70%100%1

1

-7.1%=?=

δ，调节时间s t s 9.0=。

（2）校正前的Bode 图 Matlab 程序为： h1=tf([200],[1 0]); h2=tf([1],[0.1 1]); h=h1*h2;

[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)

得到的Bode 图

相位欲度pm =12.8124 幅值穿越频率wcp =44.1559 比较Matlab 与自己计算值可知几乎没有差别。 3、比较选择校正系统

由于12.8124o<45o,相位裕度都不满足要求。又因为系统校正后，幅值穿越频率50'>c ω。而如果用串联滞后校正只会是c 'ω变小，所以在这里采用串联超前校正。

dB

dB m o m o 63.62174)..00/1(lg 102174

.0sin401sin40-1408.78.12408.7c2===?

+?

=

=?=?+?-?=?=校正网络的增益为处，

在校正后系统剪切频率故取，则取ωωα???ε

1

-11-2c2254s .305s .6540

-/lg (1/0.2174)

lg 10 6.63-=====αωωωωωωωm m

c c c dB 率分别为

校正网络的两个交接频得即

穿越频率处的频率即为校正后的增益为可以计算的未校正系统

?=+??=+++=

=++===69.485

.1405

.65arctan -105.65arctan -54.305.65tan

arc 90-180)

15.140)(11.0()

154.30(200)()()(15

.1401.5430)(5s .1401

-2γαωω其相角稳定欲度为开环传递函数为

经过超前校正后，系统函数为

于是超前校正网络传递、s

s s s

s G s G s G s

s

s G c k c m 符合给定相位欲量0''45)(>c ωγ的要求

4、画出串联校正结构图

5、校正装置的Bode 图 Matlab 程序为： num=[0.03274,1]; den=[0.00712,1]; sys=tf(num,den); w=logspace(-1,4,10000); bode(sys,w);grid

6、校正前和校正后的阶跃响应图

校正后系统上升时间

0.05s ，最大超调量25%100%1

1

-25.1%=?=

δ，调节时间s t s 1.0=。

Matlab程序为：

num=[200];

den=[0.1,1,0];

G=tf(num,den);

Gc=feedback(G,1,-1);

step(Gc，’b’,1)

hold

num1=[6.549,200];

den1=conv([0.1,1,0],[0,0.00712,1]);

G1=tf(num1,den1);

Gc1=feedback(G1,1,-1);

step(Gc1,'r',1)

7、校正后的系统Bode图

校正后的相位欲度pm =48.7527 幅值穿越频率wcp =64.9212 Matlab程序为：

num1=[6.549,200];

den1=conv([0.1,1,0],[0,0.00712,1]);

sys=tf(num,den);

w=logspace(-1,4,10000); bode(sys,w);grid

[gm,pm,wcg,wcp]=margin(sys); gmdb=20*log10(gm); [gm,pm,wcg,wcp]

8、采用的是串联超前校正，校正网络的电路图如下所示

因为()15

.140145.30++=s s

s G c 且2174.0=α，又因为212

R R R +=α， C R 1=τ 设Ω=Ω=k R k R 6.3112，则 ，F 1.9106.354.301

13

11μω=??==F R C

题目三

一、设计题目

已知单位负反馈系统开环传递函数为：

1

()(1)(1)10100

k G s K

s 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。

二、设计任务及要求

用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

态性指标：

（1）在单位斜坡信号t t r =)(作用下，系统的速度误差系数1100-≥s K v ； （2）系统校正后，相位裕量：040)(>c ωγ； （3）系统校正后，幅值穿越频率s rad c /20≥ω。

三、设计步骤

1、先计算计算校正前的幅值穿越频率和相位欲量

100100)

101.0)(11.0(lim

)()(lim =≥=++==k k s s k

s H s sG Kv ，则取

当4020lgk (1)1===L w 时，

1

-100040

-10lg -lg )

10(-0/40-20)100(40

-lg10

-lg100L(10)

-L(100)10020)10(20

-1lg -10lg )

1()10(10s w w L w dec dB dB

L dB

L L L w c c c ==-=====-=算得，计算段取得则幅值穿越频率在时，当算得时，当ω

001.0arctan -acctan0.1-90-180c =??=c o ωωγ则<40o 2、画出校正前的阶跃响应图和Bode 图 （1）、校正前的阶跃响应图

Matlab 程序为：

num=[100];

den=conv([0.1,1,0],[0,0.01,1]);

G=tf(num,den);

Gc=feedback(G,1,-1);

step(Gc)

（2）、校正前的Bode图

Matlab程序为：

num=[100];

den1=conv([0.1,1,0],[0,0.01,1]);

sys=tf(num,den1);

w=logspace(-1,4,10000);

bode(sys,w);grid

[gm,pm,wcg,wcp]=margin(sys);

gmdb=20*log10(gm);

[gm,pm,wcg,wcp]

校正前的相位欲度pm = 1.5763 幅值穿越频率wcp =31.6228 忽略误差，算得的值与自己计算的值几乎无差

3、选择校正装置

（1）首先选择串联超前校正

dB

dB m o m o 11.40718)..00/1(lg 100718

.0sin601sin60-16021.5761.5764021.576c2===?

+?

=

=?=?+?-?=?=校正网络的增益为处，在校正后系统剪切频率故取，则取ωωα???ε

1

-11-2c22345s .1661s 40

-/lg (1/0.0718)

lg 1011.4-=====αωωωωωωωm m

c c c dB 率分别为

校正网络的两个交接频得即

穿越频率处的频率即为校正后的增益为，

可以计算的未校正系统

?

=+??=++++=

=++=

==37.92227.6

61

arctan -61.0arctan -16.arctan -16.34561tan

arc 90-180)

1227.6

1)()(0.01s 11.0()

1345.16(200)()()(16

.2271

16.345)(227.6s

/1-2γαωω其相角稳定欲度为

开环传递函数为

经过超前校正后，系统函数为

于是超前校正网络传递s

s s s

s G s G s G s

s

s G c

k

c m

因为在该题中m ?=60o已经为一级校正网络的最大值，而37.92o<40o 则串联超前校正不合适 （2）选择串联滞后校正

o o o c o 551540)(152=+=+==εωγγε，则取

o c c o o aac 5501.0arctan -1.0tan -90-180222==ωωγ

即s

rad s rad c o

c c /20/164.655001.0-1)01.01.0(arctan 222

<==+ωωω

不合适

若o o o c o 40040)(02=+=+==εωγγε，则取

o c c o o aac 4001.0arctan -1.0tan -90-180222==ωωγ

s

rad s rad c o

c c /20/9.950001.0-1)01.01.0(arctan 222

<==+ωωω即

也不合适，这说明不能用串联滞后校正装置进行校正 （3）选择串联滞后-超前校正

6

.440

sin -140

sin 12.81.6/50/20-/1.61.7320

arctan

4090-)/100(arctan -,100arctan

-20

arctan

-9.56100

arctan -50arctan -5arctan -arctan 90-180/100)

j /50)(1j )(1/j5(1j )

/j 100(1)()(j /50)

j )(1/j5(1/10)

j )(1/j (1)/(j )(1/j (1)/1)(/1()(-5

/10lg 20)(lg 20-2lg 40-20)(40

-10

lg -20lg )

10(-)(/20,/10o 2a 2

222o o 2a a a b a 22222=+≥

=====≈<=+=++++=

++++=

++++=

===++====h dec dB s rad j G G j j j G T T L L L L s rad s rad a o a

o a b a

a

o c c a c a c a

c k a b a c b b c b c c c c b 的中频区宽度斜率

。这样，已校正系统，可求得化为，所依上式可简。因为要求取考虑到以确定校正网络参数利用相角裕度指标，可率特性为相应的已校正系统的频性可写为超前校正网络的频率特此时滞后得，且又因为：

取ωωγωωωωωωωωωωωγωωωωωωωωωωωωωωωωαωωωαωωωωωωαωωωαωωωω

1)

1)(0.01s 1)(0.02s s(0.82s 1)

100(0.164s )()(1)1)(0.02s (0.82s 1)

1)(0.1s (0.164s )(++++=

++++=

s G s G s G c k C 为：已校正系统的传递函数为：

则校正网络的传递函数

4、画出串联校正结构图

5、校正装置的Bode 图

Matlab 程序为：

num=conv([0.164,1],[0.1,1]); den=conv([0.82,1],[0.02,1]); sys=tf(num,den);

bode(sys,w);grid 6、校正后的阶跃响应图 Matlab 程序为： num=[16.4,100];

den=conv([0.82,1,0],[0.0002,0.03,1]); G=tf(num,den); Gc=feedback(G,1,-1); step(Gc)

校正后系统上升时间0.15s ，最大超调量30%100%1

1

-3.1%=?=

δ，调节时间s t s 5.0=。

7、校正后的系统Bode 图 Matlab 程序为： num=[16.4,100];

den=conv([0.82,1,0],[0.0002,0.03,1]); sys=tf(num,den); w=logspace(-1,4,10000); bode(sys,w);grid

[gm,pm,wcg,wcp]=margin(sys); gmdb=20*log10(gm);

[gm,pm,wcg,wcp]

校正后的相位欲度pm =44.1405 幅值穿越频率wcp =20.1996 8、采用的是串联滞后-超前校正，校正网络的电路图如下所示

1)

1)(0.02s (0.82s 1)

1)(0.1s (0.164s )(++++=

s G C 数为：因为校正网络的传递函Ω

===Ω==+======k R F C F C k R C R C R C R 36.1776.564.1100576

.01.0-164.0-02.082.01.0164.022112112222111，，，则分别算得令，，μμτττ

四、三种校正方法及装置的比较

串联超前校正是利用超前校正网络的相角超前特性去增大系统的相角欲度，以改善系统的暂态效应。因此，在设计校正装置时，应该是最大的超前相位角尽可能出现在矫正后系统的剪切频率处。串联相位超前校正装置使系统的相角欲度增大，从而降低了系统响应的超调量。增加了系统的带宽，使系统的响应速度加快。这些可以从题目一校正前后的阶跃响应图和Bode图中看出。串联超前校正主要用来改善系统的动态性能，从系统的频率效应的角度来看，串联超前校正在于改变中频区特性的形状和参数。

串联滞后校正装置的作用有二，其一是提高系统低频响应的增益，减小系统的稳态误差，同时基本保持系统的暂态性能不变；其二是滞后校正装置的低通滤波特性，将是系统高平响应的增益衰减，降低系统的剪切频率，提高系统的相角稳定裕度，以改善系统的稳定性和某些暂态性能。串联滞后校正的作用在于提高系统的稳态控制精度，系统的频率效应的角度来看，串联滞后用来校正开环频率响应的低频区特性。由于串联滞后校正会降低系统的剪切频率，而在题目一和题目三的课程设计中，对剪切频率都有一定的要求，所以不宜用串联滞后校正。

串联滞后-超前校正，因为单纯采用超前校正或滞后校正均只能改善系统暂态或稳态一方面的性能。若未校正系统不稳定，并且对校正后系统的稳态和暂态都有较高的要求，宜采用串联滞后—超前校正装置。在未校正系统中同时采用串联滞后与串联超前校正，则可兼有这两种校正方案的优点，并对它们各自的缺点也可做到一定程度的补偿。与此同时，串联超前校正具有扩展系统带宽的功能恰可弥补由串联滞后校正造成的响应速度的下降。因此，一般来说，在未校正系统采用串联滞后-超前校正，既可有效的提高系统的阻尼程度与响应速度，又可大幅度增加其开环增益，从而双双提高控制系统的动态和稳态控制质量。在题目三的课程设计中，如果单纯的采用串联超前校正，会发现相角裕度达不到要求；而单纯的采用串联滞后校正，则幅值穿越频率无法达到要求。所以只能采用串联滞后-超前校正。

五、课程设计总结

在拿到此次课程设计的题目时，我并没有急拿着就做，而是先把课本拿出来

把需要涉及到的内容仔细看了一遍。然后才开始做，做完第一个题目时，自己觉得学到的还不够多，因为第一个用串联超前校正一下子就满足了设计要求所以决定再做一个题目。而第一个题目和第二个题目类似，如果做这两个题目，会觉得自己没有学到新的东西，所以决定选择第三题。第三个题目的课程设计果然让我掌握到了更多的知识，因为相对较简单的串联超前校正和串联滞后校正经检验后在这个课程设计中都用不上，只能选择串联滞后-超前校正。而对于串联滞后-超前校正在书本上的内容有一些地方我没能理解，所以就去请教同学，这些对于我学好《自动控制原理》这门课是很有帮助的。以前对于用频率法进行串联校正的有些概念是靠死记硬背，而通过这一次的课程设计，让我从实践中更好的掌握了如何用频率法进行串联校正，对课本上的内容也有了一个更深的理解。

自动控制原理实验报告

《自动控制原理》 实验报告 姓名： 学号： 专业： 班级： 时段： 成绩： 工学院自动化系

实验一 典型环节的MATLAB 仿真 一、实验目的 1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。 2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。 3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验原理 1．比例环节的传递函数为 K R K R R R Z Z s G 200,1002)(211 212==-=-=- = 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。 三、实验内容 按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK 仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。 ① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ； ② 惯性环节11)(1+= s s G 和1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节s s G =)(1 ⑤ 比例+微分环节（PD ）2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G ⑥ 比例+积分环节（PI ）s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+= 四、实验结果及分析 图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形

① 仿真模型及波形图1)(1=s G 和2)(1=s G ② 仿真模型及波形图11)(1+= s s G 和1 5.01)(2+=s s G 11)(1+= s s G 1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节

《自动控制原理》实验指导书

自动控制原理实验指导书 池州学院 机械与电子工程系

目录 实验一、典型线性环节的模拟 (1) 实验二、二阶系统的阶跃响应 (5) 实验三、根轨迹实验 (7) 实验四、频率特性实验 (10) 实验五、控制系统设计与校正实验 ......................................... 错误！未定义书签。实验六、控制系统设计与校正计算机仿真实验...................... 错误！未定义书签。实验七、采样控制系统实验 ..................................................... 错误！未定义书签。实验八、典型非线性环节模拟 ................................................. 错误！未定义书签。实验九、非线性控制系统分析 ................................................. 错误！未定义书签。实验十、非线性系统的相平面法 ............................................. 错误！未定义书签。

实验一、典型线性环节的模拟 一、实验目的： 1、学习典型线性环节的模拟方法。 2、研究电阻、电容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。 二、实验设备： 1、XMN-2型实验箱； 2、LZ2系列函数记录仪； 3、万用表。 三、实验内容： 1、比例环节： r(t) 方块图模拟电路 图中： i f P R R K= 分别求取R i=1M，R f=510K，（K P=0.5）； R i=1M，R f=1M，（K P=1）； R i=510K，R f=1M，（K P=2）； 时的阶跃响应曲线。 2、积分环节： r(t) 方块图模拟电路图中：T i=R i C f 分别求取R i=1M，C f=1μ，（T i=1s）； R i=1M，C f=4.7μ，（T i=4.7s）；）；

自控课程设计报告概要

成绩 课程设计报告 题目控制系统的设计与校正 课程名称自动控制原理课程设计 院部名称机电工程学院 专业电气工程及其自动化 班级 10电气(1) 学生姓名董天宠 学号 1004103037 课程设计地点 C306 课程设计学时 1周 指导教师陈丽换 金陵科技学院教务处制

目录 一、设计目的 (3) 二、设计任务与要求 (3) 三、设计方案 (4) 四、校正函数的设计 (4) 4.1、校正前系统特性 (4) 4.2、利用MATLAB语言计算出超前校正器的传递函数 (6) 4.3校验系统校正后系统是否满足题目要求 (7) 五、函数特征根的计算 (8) 5.1校正前 (8) 5.2校正后 (9) 六、系统动态性能分析 (10) 6.1 校正前单位阶跃响应 (10) 6.2校正前单位脉冲响应 (11) 6.3校正前单位斜坡信号 (14) 七、校正后动态性能分析 (14) 7.1 校正后单位阶跃响应 (15) 7.2 校正后单位冲击响应 (15) 7.3 校正后单位斜坡响应 (16) 八、系统的根轨迹分析 (17) 8.1、校正前根轨迹分析 (17) 8.2、校正后根轨迹分析 (19) 九、系统的奈奎斯特曲线分析 (21) 9.1校正前奈奎斯特曲线分析 (21) 9.2 校正后奈奎斯特曲线分析 (22) 设计小结 (23) 参考文献 (24)

1.设计目的 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，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。 2）学会使用MATLAB 语言及Simulink 动态仿真工具进行系统仿真与调试。 2.设计任务与要求 已知单位负反馈系统的开环传递函数0 K G(S)S(0.1S 1)(0.001S 1) = ++， 试用频率法设计串联超前校正装置，使系统的相位裕度 045γ≥，静态速度误差系数1v K 1000s -= 1）首先， 根据给定的性能指标选择合适的校正方式对原系统进行校正，使其满足工作要求。要求程序执行的结果中有校正装置传递函数和校正后系统开环传递函数，校正装置的参数T ，α等的值。 2)利用MATLAB 函数求出校正前与校正后系统的特征根，并 判断其系统是否稳定，为什么? 3)利用MATLAB 作出系统校正前与校正后的单位脉冲响应曲线，单位阶跃响应曲线，单位斜坡响应曲线，分析这三种曲线的关系？求出系统校正前与校正后的动态性能指标 σ%、tr 、tp 、ts 以及稳态误差的值，并分析其有何变化？

课程设计说明书范本模板

辽宁工业大学 工艺课程设计( 论文) 题目: Al-12.5 Si-3 Cu-2-2Ni-0.5Mg铸造合金热处理工艺设计 院(系): 光伏学院 专业班级: 材料工程技术102 学号: 学生姓名: 杨向天 指导教师: 李青春 教师职称: 副教授 起止时间: -7-5~ -7-16

前言 合金工具钢的淬硬性、淬透性、耐磨性和韧性均比碳素工具钢高, 按用途大致可分为刃具、模具和检验尺寸使用的量具用钢三类。合金工具钢广泛用作刃具、冷、热变形模具和量具, 也可用于制作柴油机燃料泵的活塞、阀门、阀座以及燃料阀喷嘴等。 此设计是经过在课堂学习热处理理论知识后的探索和尝试, 其内容讨论如何设计圆板牙钢的热处理工艺, 重点是制定合理的热处理规程, 并按此完成Al-12.5Si-3Cu圆板牙钢的热处理工艺设计。

目录( 小二号黑体, 段前段后1行, 1.25倍行距, 居中排列) 1 低合金刃具钢热处理工艺概述........................................ 错误!未定义书签。 2 圆板牙钢的热处理工艺设计............................................ 错误!未定义书签。 2.1 圆板牙钢的服役条件、失效形式......................... 错误!未定义书签。 2.2 圆板牙技术要求及示意图 ...................................... 错误!未定义书签。 2.3 圆板牙钢的材料选择 .............................................. 错误!未定义书签。 2.4 圆板牙9SiCr钢的C曲线...................................... 错误!未定义书签。 2.5 圆板牙9SiCr钢加工工艺流程图........................... 错误!未定义书签。 2.6 9SiCr圆板牙(M12)钢退火-淬火-回火热处理工艺错误!未定义书签。 2.7 9SiCr圆板牙钢退火、淬火、回火热处理工艺理论错误!未定义书 签。 2.8 选择设备、仪表和工夹具..................................... 错误!未定义书签。 2.9 圆板牙热处理质量检验项目、内容及要求 ........ 错误!未定义书签。 2.10 圆板牙热处理常见缺陷的预防及补救方法........ 错误!未定义书签。 3 参考文献 ............................................................................ 错误!未定义书签。

《车站信号自动控制》实验指导书

前言 计算机联锁系统采用了最新计算机技术、总线技术、网络技术，实现了一套性能可靠、具有故障安全性、功能完善、操作简单、维护方便的车站联锁系统。本课程的目的是通过本课程的教学使学生计算机联锁的基本知识、基本原理和基本技能，熟悉计算机联锁的使用和 维护，使计算机联锁更加安全可靠地运行，充分发挥其效能。 目 录 前言 实验一 （联锁设计实验1）进路选择实验.......................................... 4 实验二 （联锁设计实验1）进路解锁实验.......................................... 7 实验三 （系统认识实验）进路模拟行车实验 (9) 实验四 （接口电路实验）进路故障模拟及处理实验.............................. 11 实验五 车站联锁维修实验............................................................... 13 参考文献 (15)

前言 车站信号自动控制（联锁）系统是保证行车安全的信号基础设备，必须保证工作可靠，并符合“故障-安全”原则。实现车站联锁的基本功能，完成列车进路建立、锁闭、解锁、道岔控制、信号机控制，完成轨道电路和信号设备状态的监督。通过车站联锁实验的教学使学生掌握联锁系统的基本知识、基本原理和基本技能，熟悉车站联锁系统的使用和维修，使联锁系统更加安全可靠地运行，充分发挥其效能。

实验1 进路选择实验 一、实验目的 1.了解车站联锁车务仿真培训系统，熟悉系统的操作。 2.通过办理进路过程过程，验证各种进路的选路处理过程。 二、实验设备及工作原理 1.实验设备： ⑴PC机E8000 1台 ⑵瘦客户机T5740W 20台 ⑶服务器E8100 2台 ⑷交换机ProCurve 1台 ⑸集群软件Pink E8000 1套 ⑹车站联锁车务仿真培训系统1套 2. 车站联锁车务仿真培训系统的体系结构，如下图1-1所示。 教师机调度集中机 学员机1 学员 机2 学员 机m 学员 机n ··········· 扩展功能 以太网图1-1 车站联锁车务仿真培训系统体系结构图 三、工作原理 本系统把联锁上位机操作平台，底层联锁逻辑和模拟现场设备的状态及变化过程集合到一台计算机上构成学员机，在一台计算机上实现了联锁系统的所有功能。同时结合教学及培训的特点，设置了一台教师机来完成学员操作过程的记录、回放并设置设备故障及行车命令以供考核学员的处理作业的能力。 四、车站站场图 实验用车站站场图，如下图所示。

武汉科技大学自动控制原理课程设计

武汉科技大学自动控制原理课程设计

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 K s 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：

课程设计说明书模板

机械制造学课程设计说明书 题目名称 专业班级 学生姓名 学号 指导教师 机械与电子工程系 二○一四年月日

目录 一、任务书--------------- -------3 二、指导教师评阅表----------------------4 三、序言-------------------------------------------------------------------------------------------3 四、零件的分析-----------------------------------------------------------------------------------3 五、工艺规程的设计------------------------------------------------------------------------------4 （1）. 确定毛坯的制造形式---------------------------------------------------------------4 （2）. 基面的选择---------------------------------------------------------------------------4 （3）. 制订工艺路线------------------------------------------------------------------------4 （4）. 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确------------------------------------5 （5）. 确定切削用量及基本工时---------------------------------------------------------6 六、设计心得与小结-----------------------------------------------------------------------------11 七参考文献-------------------------------------------------------------------------------------1 1

自动控制原理实验报告

实验报告 课程名称：自动控制原理 实验项目：典型环节的时域相应 实验地点：自动控制实验室 实验日期：2017 年 3 月22 日 指导教师：乔学工 实验一典型环节的时域特性 一、实验目的 1.熟悉并掌握TDN-ACC+设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。

2.熟悉各种典型环节的理想阶跃相应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异，分析原因。 3.了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验设备 PC 机一台，TD-ACC+(或TD-ACS)实验系统一套。 三、实验原理及内容 下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。 1．比例环节 (P) (1)方框图 (2)传递函数： K S Ui S Uo =) () ( (3)阶跃响应：) 0()(≥=t K t U O 其中 01/R R K = (4)模拟电路图： (5) 理想与实际阶跃响应对照曲线： ① 取R0 = 200K ；R1 = 100K 。 ② 取R0 = 200K ；R1 = 200K 。

2．积分环节 (I) (1)方框图 (2)传递函数： TS S Ui S Uo 1 )()(= (3)阶跃响应： ) 0(1)(≥= t t T t Uo 其中 C R T 0= (4)模拟电路图 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取R0 = 200K ；C = 1uF 。 ② 取R0 = 200K ；C = 2uF 。

1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 理想阶跃响应曲线 0.4s 1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 实测阶跃响应曲线 0.4s 10V 无穷 3．比例积分环节 (PI) (1)方框图： (2)传递函数： (3)阶跃响应： (4)模拟电路图： (5)理想与实际阶跃响应曲线对照： ①取 R0 = R1 = 200K；C = 1uF。 理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线 ②取 R0=R1=200K；C=2uF。 K 1 + U i(S)+ U o(S) + Uo 10V U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t Uo 无穷 U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t

自动控制原理课程设计

审定成绩： 自动控制原理课程设计报告 题目：单位负反馈系统设计校正 学生姓名姚海军班级0902 院别物理与电子学院专业电子科学与技术学号14092500070 指导老师杜健嵘 设计时间2011-12-10

目录一设计任务 二设计要求 三设计原理 四设计方法步骤及设计校正构图五课程设计总结 六参考文献

一、 设计任务 设单位负反馈系统的开环传递函数为 ) 12.0)(11.0()(0 ++= s s s K s G 用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计，使系统满足如下动态和静态性能： (1) 相角裕度0 45 ≥γ ； (2) 在单位斜坡输入下的稳态误差05.0＜ss e ； (3) 系统的剪切频率s /rad 3＜c ω。 二、设计要求 （1） 分析设计要求，说明校正的设计思路（超前校正，滞后校正或滞后－超前 校正）； （2） 详细设计（包括的图形有：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） 用MATLAB 编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）； （4） 校正前后系统的单位阶跃响应图。 三、设计原理 校正方式的选择。按照校正装置在系统中的链接方式，控制系统校正方式分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正4种。串联校正是最常用的一种校正方式，这种方式经济，且设计简单，易于实现，在实际应用中多采用这种校正方式。串联校正方式是校正器与受控对象进行串联连接的。本设计按照要求将采用串联校正方式进行校。校正方法的选择。根据控制系统的性能指标表达方式可以进行校正方法的确定。本设计要求以频域指标的形式给出，因此采用基于Bode 图的频域法进行校正。 几种串联校正简述。串联校正可分为串联超前校正、串联滞后校正和滞后-超前校正等。 超前校正的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性。一般使校正环节的最大相位超前角出现在系统新的穿越频率点。

机械设计课程设计说明书模板.

燕山大学 机械设计课程设计说明书题目：带式输送机传动装置 学院（系）：机械工程学院 年级专业： 09级机械设计及理论 学号： 0901******** 学生姓名：乔旋 指导教师：许立忠 教师职称：教授

目录 一、设计任务书.................................................................. 二、传动方案分析................................... .......................... 三、电动机的选择和参数计算........................................ 四、传动零件的设计计算................................................. 五、轴的设计...................................................................... 六、键的选择校核............................................................ 七、轴承的校核................................................................... 八、联轴器的选择及校核................................................ 九、密封与润滑的选择.................................................... 十、减速器附件及说明................................................... 十一、装配三维图........................................................ 十二、设计小结............................................................. 参考资料...................................................................

自动控制原理MATLAB仿真实验报告

实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析） 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些？ 2、 如何判断系统稳定性？ 3、 系统的动态性能指标有哪些？ 三、实验方法 （一） 四种典型响应 1、 阶跃响应： 阶跃响应常用格式： 1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应： 脉冲函数在数学上的精确定义：0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为：) ()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ② ); ,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = （二） 分析系统稳定性 有以下三种方法： 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图； 2、 利用tf2zp 求出系统零极点； 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.

自动控制原理实验指导书(2017-2018-1)

自动控制原理实验指导书 王娜编写 电气工程与自动化学院 自动化系 2017年11月 实验一控制系统的时域分析

[实验目的] 1、熟悉并掌握Matlab 操作环境和基本方法，如数据表示、绘图等命令； 2、掌握控制信号的拉氏变换与反变换laplace 和ilaplace ，控制系统生成模型的常用函数命令sys=tf(num,den)，会绘制单位阶跃、脉冲响应曲线； 3、会构造控制系统的传递函数、会利用matlab 函数求取系统闭环特征根； 4、会分析控制系统中n ζω， 对系统阶跃、脉冲响应的影响。 [实验内容及步骤] 1、矩阵运算 a) 构建矩阵：A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8]; 解： >> A=[1 2;3 4] A = 1 2 3 4 >>B=[5 5;7 8] B = 5 5 7 8 b) 已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ，求矩阵A 的特征值、特征多项式和特征向量. 解：>> A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4]; >> [V ,D]=eig(A) V = 0.4181 -0.4579 - 0.3096i -0.4579 + 0.3096i -0.6044 0.6211 -0.1757 + 0.2740i -0.1757 - 0.2740i 0.0504 0.5524 0.7474 0.7474 -0.2826 0.3665 -0.1592 - 0.0675i -0.1592 + 0.0675i 0.7432 D = 13.0527 0 0 0 0 -4.1671 + 1.9663i 0 0 0 0 -4.1671 - 1.9663i 0 0 0 0 2.1815 >> p=poly(A) p = -6.9000 -77.2600 -86.1300 604.5500 2. 基本绘图命令 a) 绘制余弦曲线y=cos(x)，x ∈[0，2π] 解：>> x=linspace(0,2*pi); >> y=cos(x); >> plot(x,y)

机械设计课程设计说明书格式

机械设计课程设计说明书格式 论文统一用Ａ４打印纸书写(不允许用铅笔书写文字) 封面格式：教务处统一印制格式 扉页：装订设计任务书 目录页：书写目录 说明书装订顺序：封面+设计任务书+目录+正文+成绩评定表资料袋上的相关部分都要填写，资料袋底部写学号。 目录 1. 设计任务------------------------------------------------------1 2. 传动方案分析-----------------------------------------------页码 3. 电动机的选择计算-------------------------------------------页码 4. 传动装置的运动和动力参数的选择和计算-----------------------页码 5. 传动零件的设计计算-----------------------------------------页码5.1 高速级齿轮传动设计计算-------------------------------------页码 5.2 低速级齿轮传动设计计算-------------------------------------页码 6. 轴的设计计算-----------------------------------------------页码 7. 键连接的选择及计算-----------------------------------------页码 8. 滚动轴承的选择及计算---------------------------------------页码 9. 联轴器的选择-----------------------------------------------页码 10. 润滑与密封-------------------------------------------------页码 11. 箱体及附件的结构设计和选择---------------------------------页码 12. 设计小结---------------------------------------------------页码 13. 参考资料---------------------------------------------------页码

一阶二阶自控原理实验报告

成绩 北京航空航天大学 自动控制原理实验报告 学院自动化科学与电气工程学院 专业方向电气工程及其自动化 班级120311 学号12031019 学生姓名毕森森 指导教师 自动控制与测试教学实验中心

实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 实验时间2014.10.28 实验编号29 同组同学无 一、实验目的 1. 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2. 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3. 学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1. 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。 2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。 三、实验原理 1．一阶系统：系统传递函数为： 模拟运算电路如图1- 1所示： 图 1- 1 由图 1-1得 在实验当中始终取R 2= R 1 ，则K=1，T= R 2 C，取时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1。 2．二阶系统: 其传递函数为： 令=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示： 图1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：

图1-3 取R 2C 1=1 ，R 3C 2 =1，则及ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1 四、实验设备 HHMN-1电子模拟机一台、PC 机一台、数字式万用表一块 五、实验步骤 1. 确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路； 2. 将系统输入端 与D/A1相连，将系统输出端 与A/D1相； 3. 检查线路正确后，模拟机可通电； 4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。 5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。 6. 单击“确定”，进行实验。完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。 六、实验结果 1、一阶系统。

自动控制原理课程设计报告

自控课程设计课程设计(论文) 设计（论文）题目单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称Z Z Z Z学院 专业名称Z Z Z Z Z 学生姓名Z Z Z 学生学号Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课教师Z Z Z Z Z 设计（论文）成绩

单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(0 0++= s s s K s G （ksm7） 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=10。 （2）相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 （3）系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc 和穿频率Wx 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 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、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。 1）、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点，终于开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。故起于0、-1、-2，终于无穷处。 2）、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m 和有限极点数n 中大者相等，连续并且对称于实轴；本题中分支数为3条。

课程设计说明书书写格式

课程设计说明书书写格式 《模拟电子技术》课程设计说明书书写格式模拟电子技术》为了保证课程设计文档的质量,做到说明书格式的规范化,特作如下规定: 一,内容要求及格式课程设计说明书应用汉语撰写,内容应层次分明,数据可靠, 文字简练, 说明透彻,推理严谨. 说明书内容一般应由九个主要部分组成, 依次为:1. 封面,2. 课程设计任务书, 3. 目录, 4. 说明书正文,5. 结束语,6. 参考文献, 7. 附录. 各部分的具体要求如下：1.封面格式:XXXXXXXX学校课程设计说明书课题名称一———————专业名称————————学生班级————————学生姓名————————学生学号————————指导教师———————— 2. 课程设计任务书 3. 目录列出说明书的大标题, 一级和二级节标题,逐项标明页码, 标题应该简明扼要,点出各部分主要内容. " 目录"两字居中, 下空两行为章,节, 小节及其开始页码. 章,节, 小节分别以如下方式: 第 1 章,1.1,1.1.1 依次标出,章, 节,小节与页码之间用"..." 连接.每一... 级标题标题依次往后退一个汉字. 4. 说 明书正文正文是主体,一般可包括设计要求与指标, 理论分析, 计算方法, 具体设计内容,测试方法和实验结果,数据分析和讨论,结论等. 标题:每章标题以三号黑体居中打印; " 章"下空两行为"节"以四号黑体左起打印; " 节"下为"小节" , 以小四号黑体左起打印. 换行后空二个汉字打印论文正文. 正文采用小四号宋体, 正文行间距为固定值24磅.例：第1章XXXX 1. 1 XXXX 1.1.1 XXXX 图, 表,公式:文中的图,表公式一律采用阿拉伯数字分章编号,如:图2-5, 表3-2, 公式等.图序及图名居中置于图的下方,图中的术语,符号,单位等应与正文表述所用一致表序及表名置于表的上方,表中参数应标明量和单位的符号;图序及图名,表序及表名采用五号楷体字.公式的编号用括号括起写在右边行末,其间不加虚线. 图,表, 公式等与正文之间要有一定的行间距. 5. 结束语设计总结,主要成果或结论,存在的问题等 6. 参考文献只列作者直接阅读过, 在正文中被引用过的文献资料. 参考文献一律列在正文的末尾,不得放在各章之后.在引用别人的结论时,应在引用处加以说明,严禁抄袭现象的发生.作者姓名写到第三位，余者写",等"或",et al.."" 参考文献"四字居中用三号黑体字,空一行左起按顺序依次列出参考文献,将序号置于方括号内,用小四号宋体字. 几种主要参考文献的格式为: 连续出版物:序号作者. 文题.刊名[J],年，卷号：起~止页 码专或编著：序号作者.书名[M].出版地：出版社,出版年.起~止页码技术标准：序号发布单位.技术标准代号. 技术标准名称.出版地：出版者,出版日期举例如下： [1] 周绥平,陈宗基. DR 算法的更新时间间隔研究. 系统仿真学报[J],1999,7 ：13~18 [2] 竺可桢.物理学[M].北京：科学出版社，1973.56~60 [3] 中华人民共和国国家技术监督局. GB3100~3102. 中华人民共和国国家标准—量与单位. 北京: 中国标准出版 社,1994-11-01 7. 附录主要列入设计过程所做的实物图,公式推导,与正文分开. 8.

北航自动控制原理实验报告(完整版)

自动控制原理实验报告 一、实验名称：一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、实验目的 1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系 2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法 3、学习阶跃响应的测试方法 三、实验内容 1、建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T时的响应曲线，测定过渡过程时间T s 2、建立二阶系统电子模型，观测并记录不同阻尼比的响应曲线，并测定超调量及过渡过程时间T s 四、实验原理及实验数据 一阶系统 系统传递函数： 由电路图可得，取则K=1，T分别取：0.25, 0.5, 1 T 0.25 0.50 1.00 R2 0.25MΩ0.5M Ω1MΩ C 1μ1μ1μ T S 实测0.7930 1.5160 3.1050 T S 理论0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1 图1.2 图1.3 误差计算与分析 （1）当T=0.25时，误差==6.12%； （2）当T=0.5时，误差==1.32%； （3）当T=1时，误差==3.58% 误差分析：由于T决定响应参数，而,在实验中R、C的取值上可能存在一定误差，另外，导线的连接上也存在一些误差以及干扰，使实验结果与理论值之间存在一定误差。但是本实验误差在较小范围内，响应曲线也反映了预期要求，所以本实验基本得到了预期结果。 实验结果说明 由本实验结果可看出，一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线，特征有T确定，T越小，过度过程进行得越快，系统的快速性越好。 二阶系统 图1.1 图1.2 图1.3

系统传递函数： 令 二阶系统模拟线路 0.25 0.50 1.00 R4 210.5 C2 111 实测45.8% 16.9% 0.6% 理论44.5% 16.3% 0% T S实测13.9860 5.4895 4.8480 T S理论14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1 图2.2 图2.3 注：T s理论根据matlab命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出，否则误差较大。 误差计算及分析 1）当ξ=0.25时，超调量的相对误差= 调节时间的相对误差= 2）当ξ=0.5时，超调量的相对误差==3.7% 调节时间的相对误差==3.4% 4）当ξ=1时，超调量的绝对误差= 调节时间的相对误差==3.46% 误差分析：由于本试验中，用的参量比较多，有R1,R2,R3,R4;C1,C2;在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差，误差再累加，导致最终结果出现了比较大的误差，另外，此实验用的导线要多一点，干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。但是在观察响应曲线方面，这些误差并不影响，这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点，通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系，不影响预期的效果。 实验结果说明 由本实验可以看出，当ωn一定时，超调量随着ξ的增加而减小，直到ξ达到某个值时没有了超调；而调节时间随ξ的增大，先减小，直到ξ达到某个值后又增大了。 经理论计算可知，当ξ=0.707时，调节时间最短，而此时的超调量也小于5%，此时的ξ为最佳阻尼比。此实验的ξ分布在0.707两侧，体现了超调量和调节时间随ξ的变化而变化的过程，达到了预期的效果。 图2.2 图2.1 图2.3

自控理论实验指导书

自动控制理论 实验指导书 信息工程学院 2005年10月

第一部分 实验要求 1．实验前做好预习。 2．严格按照要求操作实验仪器，用毕恢复原状。 3．接线完成后，由指导教师检查后方可通电。 4．实验完成后，由指导教师检查实验记录、验收仪器后，方可离开。 5．实验报告应包括以下内容： 1） 实验目的； 2） 实验线路； 3） 实验内容； 4） 实验结果（测得的数据、波形等）； 5） 实验结果的分析和讨论。 第二部分 实验 实验一 二阶系统的阶跃响应 一、 实验目的 1．学习二阶系统阶跃响应曲线的实验测试方法； 2．研究二阶系统的两个参数n ωξ,对暂态性能指标的影响。 二、 实验设备 1．XMN-2型模拟仪。 2．超低频示波器。 3．万用表。 三、 实验内容 典型二阶系统的框图如图1所示： 图1 二阶系统框图 其闭环传递函数为： 2 222)() (n n n s s s X s Y ωξωω++= 用图2所示电路可模拟二阶系统。其中4个运算放大器分别构成如下环节：

)(t x 图2 用运算放大器构建的二阶系统 . , )(;1)(; ,1)()(6921i f op op op op R R K K s G s G RC T Ts s G s G =-=-==-== 上式中op1、op2、op6、op9分别和模拟仪的运放单元相对应。无阻尼自然振荡角频率、阻尼比与时间常数T 、比例系数K 满足下列关系： 2 );/(1 K s rad T n = = ξω 1． 无阻尼自然振荡角频率n ω保持不变，改变阻尼比ξ，输入单位阶跃信号 V t t x )(1)(=，观察和记录响应曲线)(t y 和最大超调量p M 、调整时间s t 的变化。 1）取K R C M R f 40,0.1,1===μ，使s T K 1,4.0==，可得2.0,1==ξωn 。 2）令K R f 80=，其他参数不变，此时s T K 1,8.0==，4.0,1==ξωn 。 3）令K R f 200=，其他参数不变，此时s T K 1,2==，1,1==ξωn 。 2． 阻尼比ξ保持不变，改变无阻尼自然振荡角频率n ω，输入单位阶跃信号 V t t x )(1)(=，观察和记录响应曲线)(t y 和最大超调量p M 、调整时间s t 的变化（与 上述第一组参数下的结果比较）。 取K R C M R f 40,47.0,1===μ，使s T K 47.0,4.0==，可得12.2=n ω， 2.0=ξ。 3．将以上四组测量结果列表给出，并和最大超调量p M 、调整时间s t 的理论值相比较。 四、 思考题 1．推导图2所示电路的闭环传递函数，并确定n ω、ξ和i f R R C R ,,,的关系。 2．该电路的输出的稳态值是否等于阶跃输入信号的幅值？为什么？

自动控制原理课程设计报告书

自动控制原理课程设计题目细菌总数控制系统校正装置设计 专业电气工程及其自动化 姓名 RXY 班级 0906072 学号 090607224 指导教师标职称副教授 州航空工业管理学院 机电工程学院 2011年12月

细菌总数控制系统校正装置设计 一、 设计目的 1. 掌握控制系统的设计与校正方法、步骤。 2.掌握系统超调量、调整时间和单位斜坡响应稳态误差以及动态特性分析。 3.在掌握利用MATLAB 实现系统的仿真和调试。 二、设计任务 已知有单位反馈的某细菌总数控制系统，系统被控对象的传递函数为 ) 20(2000)(00+=s s K s G ，用根轨迹法对系统进行串联滞后校正装置设计，使系统的阶跃响应满足： 1. 超调量%15%≤p M 2. 调整时间s t s 5.0≤ 3. 系统单位斜坡响应稳态误差%1≤ssv e 。 三、 设计方法步骤及设计校正构图 3.1滞后校正的设计步骤 使用根轨迹法串联滞后校正一般步骤为： （1） 绘出原系统的根轨迹； （2） 根据要求的动态响应指标，确定希望的闭环主导极点； （3） 根据幅值条件，确定闭环主导极点对应的开环增益； （4） 确定满足性能指标而应增大的误差系数值； （5） 由应增大的误差系数值确定校正装置β值，通常取10≤β； （6） 确定滞后校正装置的零、极点，原则是使零、极点靠近坐标原点，且二者 相距β倍; （7） 绘出校正后系统的根轨迹，并求出希望的主导极点；

（8） 由希望的闭环极点，根据幅值条件，适当调整放大器的增益； （9） 校验校正后系统各项性能指标，如不满足要求，可适当调整校正装置的零、 极点。 3.2校正前系统分析 令02000K K =，绘出在02000K K =下的原传递函数的根轨迹，即 )20()(+=s s K s G 的根轨迹 系统的开环传递函数有2个极点：1p =0，202-=p ,无开环零点，即n=2，m=0， 系统有2条根轨迹，分别起始于两个开环极点1p =0，202-=p ，2条根轨迹趋向 于无穷远处，根轨迹对称于实轴且连续变化，实轴上的根轨迹段位于[0,-20]上， 渐近线2条，其渐近线与实轴交点坐标为 a δ=m n z p n i m j j i --∑∑==11=0 20200---=-10 渐近线的倾角为a ?=m n k -+±π)12(=2 )12(π+±k =2π±，k=0 根据分离点和汇合点的公式 N '(s)M(s)-N(s)M '(s)=2s+20=0 解得 s=-10，k=0.01 根轨迹与虚轴交点为 D(s)= 0202=++K s s D(j ω)=0202=++-K j ωω 由{00202=+-=K ωω，解得 0,0==K ω 在MATLAB 命令窗口中键入以下程序：