计算机仿真课程设计

北京理工大学珠海学院

《计算机仿真》课程设计说明书

题目: 控制系统建模、分析、设计和仿真

学 院： 信息学院

专业班级： 自动化1班

学 号： 090104011042

学生姓名： 王道雨

指导教师： 钟秋海

2011年 6 月 9 日

北京理工大学珠海学院

课程设计任务书

2011 ～2012 学年 第 2学期

学生姓名： 王道雨 专业班级： 自动化1班 指导教师： 钟秋海 工作部门： 信息学院

一、课程设计题目

《控制系统建模、分析、设计和仿真》

本课程设计共列出10个同等难度的设计题目，编号为：[0号题]、[1号题]、[2号题]、[3号题]、

[4号题]、[5号题]、[6号题]、[7号题]、[8号题]、[9号题]。

学生必须选择与学号尾数相同的题目完成课程设计。例如，学号为09xxxxxxxx2的学生必须选做

[2号题]。

二、课程设计内容

（一）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计内容

最少拍有波纹控制系统

[0号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真

设连续被控对象的实测传递函数为：

G(s) 888(s 2)(s 5)s5 11s4 31s3 21s2

用零阶保持器离散化，采样周期取0.1秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹

控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。

[1号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真

设连续被控对象的实测传递函数为：

1000(s2 9s 14)G(s) 5s 17s4 87s3 135s2

用零阶保持器离散化，采样周期取0.1秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹

控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。

[2号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真

设连续被控对象的实测传递函数为：

G(s) 668 (s+2) (s+6)s2 (s+1) (s+5) (s+8)

用零阶保持器离散化，采样周期取0.2秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹

控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。

[3号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真

设连续被控对象的实测传递函数为：

G(s) 789(s 3)(s 5)

s5 14s4 56s3 64s2

用零阶保持器离散化，采样周期取0.2秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹

控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。

[4号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真

设连续被控对象的实测传递函数为：

868(s2 10s 16)

用零阶保持器离散化，采样周期取0.05秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波

纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。

[5号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真

设连续被控对象的实测传递函数为：

G(s) 968 (s+2) (s+9)s2 (s+1) (s+4) (s+8)

用零阶保持器离散化，采样周期取0.05秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹 控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。

[6号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真

设连续被控对象的实测传递函数为：

G(s) 999(s 2)(s 5)s5 13s4 39s3 27s2

用零阶保持器离散化，采样周期取0.01秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹 控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。

[7号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真

设连续被控对象的实测传递函数为：

1818(s2 6s 8)G(s) 5s 15s4 62s3 48s2

用零阶保持器离散化，采样周期取0.01秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹 控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。

[8号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真

设连续被控对象的实测传递函数为：

G(s) 879(s 1)(s 6)

s2(s 2)(s 5)(s 7)

用零阶保持器离散化，采样周期取0.02秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹 控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。

[9号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真

设连续被控对象的实测传递函数为：

999s2 8991s 17982G(s) 5s 14s4 56s3 64s2

用零阶保持器离散化，采样周期取0.02秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹 控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。

（二）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计要求及评分标准【共100分】

1、求被控对象传递函数G(s)的MATLAB描述。（2分）

2、求被控对象脉冲传递函数G(z)。（4分）

3、转换G(z)为零极点增益模型并按z-1形式排列。（2分）

4、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位加速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳 定的要求。（6分）

5、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dy(z)可实现、最少拍和实际闭环系统稳定的要求。 （8分）

6、根据4、5、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。（12分）

7、求针对单位加速度信号输入的最少拍有波纹控制器Dy(z)并说明Dy(z)的可实现性。（3分）

8、用程序仿真方法分析加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（7分）

9、用图形仿真方法(Simulink)分析单位加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（8分）

10、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳

定的要求。（6分）

11、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dw(z)可实现、无波纹、最少拍和实际闭环系统稳

定的要求。（8分）

12、根据10、11、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。（12分）

13、求针对单位速度信号输入的最少拍无波纹控制器Dw(z)并说明Dw(z)的可实现性。（3分）

14、用程序仿真方法分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（7分）

15、用图形仿真方法(Simulink)分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（8分）

16、根据8、9、14、15、的分析，说明有波纹和无波纹的差别和物理意义。（4分）

三、进度安排

6月2日： 下达课程设计任务书；复习控制理论和计算机仿真知识，收集资料、熟悉仿真工具；确定

设计方案和步骤。

6月3日： 编程练习，程序设计；仿真调试，图形仿真参数整定；总结整理设计、仿真结果，撰写课

程设计说明书。

6月9日至6月10日： 完成程序仿真调试和图形仿真调试；完成课程设计说明书；课程设计答辩总结。

四、基本要求

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