自动控制原理课程设计指导书

自动控制原理课程设计指导书

课程名称：自动控制原理 学时数：2周 学分数：2分

开课院、系（部）、教研室： 电气信息学院 电气教研室 执笔人： 刘 伟 编写时间： 2013.11.26 一、 设计目的

（1）掌握控制系统设计与校正的步骤和方法。

（2）掌握对控制系统相角裕度、稳态误差、剪切频率、相角穿越频率以及增益裕度的求取方法。

（3）掌握利用Matlab对控制系统分析的技能。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。

（4）提高控制系统设计和分析能力。

二、设计任务

已知单位负反馈系统的开环传递函数为：

KGk(s)

s(0.1s 1)(0.01 1)

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

r(t) tK 100s1） 在单位斜坡信号作用下，系统的速度误差系数v；

1时，r(t) sin t谐波输入的稳态误差

ess

170；

( ) 45c2） 系统校正后，相位裕量：；在幅值穿越频率 c之前不允

许有 60dB/十倍频；

3） 对60Hz的扰动信号，输出衰减到1/250。

三、设计内容与要求

1．前期基础知识，主要包括MATLAB系统要素，MATLAB语言的变量与语句，MATLAB的矩阵和矩阵元素，数值输入与输出格式，MATLAB系统工作空间信息，以及MATLAB的在线帮助功能等。

2．控制系统模型，主要包括模型建立、模型变换、模型简化，Laplace变换等等。

3．控制系统的时域分析，主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系统的稳态误差的求取。

4．控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。

5．控制系统的频域分析，主要包括系统Bode图、Nyquist图、稳定性判据和系统的频域响应。

6．控制系统的校正，主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域法滞后校正以及校正前后的性能分析。

四、设计成果要求

设计论文 六、物资准备

1.到图书馆资料室查阅相关资料 2.到实验室MATLAB或SMULINK辅助设计

七、 主要图式、表式

电路图、表、公式要规范，符合设计要求

八、 时间安排

2013.12.1 设计动员，发放设计任务书 2013.12.1-2013.12.6 查阅资料、拟定设计程序和进度计划

2013.12.6-2013.12.10 确定设计方案、实验、仿真、编写设计说明书 2013.12.13-2013.12.14 完成设计，交指导教师审阅 2013.12.28 成绩评定

九、考核内容与方式

考核的内容包括：学习态度；技术水平与实际能力；论文(计算书、图纸)撰写质量；创新性；采取审定与答辩相结合的方式，成绩评定按百分制记分。 十、参考书目

[1] 胡寿松 自动控制原理 北京：国防工业出版社 [2]章燕申 控制系统的设计与实践 北京：清华大学出版社

[3] 魏克新 MATALAB语言与自动控制系统设计 北京：机械工业出版社 [4] 黄忠霖 控制系统MATLAB设计与仿真 北京：国防工业出版社 [5]谢自美 电子线路设计．实验．测试 武汉：华中科技大学出版社 [6]张志涌，杨祖樱.2006.MATLAB教程.北京:北京航空航天大学出版社 [7]徐海军，王元飞.2004.自动控制习题同步指导.北京:航空工业出版社

自动控制原理课程设计题目

1、已知单位负反馈系统的开环传递函数G(S)

K0(0.5S 1)

，试用频率法

S(S 1)(0.2S 1)(0.1S 1)

0设计串联滞后校正装置，要求校正后系统的开环增益K=8，相位裕度 35，增益裕

度20lgKg 6dB。

2、已知单位负反馈系统的开环传递函数G(S)

K0

，试用频率法设计串

S(S 1)(0.125S 1)

0 1

联滞后校正装置，使系统的相角裕量 30，静态速度误差系数Kv 10s

3、已知单位负反馈系统的开环传递函数G(S)

K0

，试用频率法设计串

S(S 1)(0.25S 1)

1

联校正装置，要求校正后系统的静态速度误差系数Kv 5s

，系统的相角裕度

450，校正后的剪切频率 C 2rads

4、已知单位负反馈系统的开环传递函数G(S)

K0

， 试用频率法设

S(0.0625S 1)(0.2S 1)

0 1

计串联滞后校正装置，使系统的相位裕度 50，静态速度误差系数Kv 40s，增

益欲度20lgKg 17dB。

5、已知单位负反馈系统的开环传递函数G(S)

K0

，试用频率法设计

S(0.1S 1)(0.01S 1)

0串联滞后——超前校正装置，使系统的相位裕度 45，静态速度误差系数

Kv 250rad/s， 幅值穿越频率 C 30rad/s。

6、已知单位负反馈系统的开环传递函数G(S)

K0

，试用频率法设计串联滞

S(S 1)(S 2)

1

后——超前校正装置，使之满足在单位斜坡作用下，系统的速度误差系数Kv 10s，系

0统的相角裕量 45，校正后的剪切频率 C 1.5rads

重庆大学城市科技学院学生课程设计任务书院、系 电气信息学院 专业 电气工程 年级 2011

已知参数和设计要求： ①分析原有系统性能，确定串联校正方式 ②画校正前系统的 bode 图，校正装置的 Bode 图、校正后系统的 Bode 图 ③用 Matlab 程序或 Simulink 来进行仿真 ④画校正前后系统的单位阶跃响应曲线 学生应完成的工

作： 1、分析原有系统性能，确定串联校正方式， 到实验室 MATLAB 或 SMULINK 辅助设计设计 2、完成设计报告 目前资料收集情况(含指定参考资料) : [1] 胡寿松 自动控制原理 北京：国防工业出版社 [2]章燕申 控制系统的设计与实践 北京：清华大学出版社 [3] 魏克新 MATALAB 语言与自动控制系统设计 北京：机械工业出版社 [4] 黄忠霖 控制系统 MATLAB 设计与仿真 北京：国防工业出版社 [5]谢自美 电子线路设计.实验.测试 武汉：华中科技大学出版社 课程设计的工作计划：

2013.12.1 2013.12.1-2013.12.6 2013.12.6-2013.12.10 2013.12.13-2013.12.14 2013.12.28

设计动员，发放设计任务书 查阅资料、拟定设计程序和进度计划 确定设计方案、实验、仿真、编写设计说明书 完成设计，交指导教师审阅 成绩评定

任务下达日期

2013 年 12 月 1 日

完成日期

2013 年 12 月

14 日

指导老师

(签名)

学生

(签名)

课程设计指导教师评定成绩表

指导教师评定成绩：

指导教师签名： 年 月

课 题： 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 设计日期： 成 绩：

重庆大学城市科技学院电气信息学院

××××课程设计报告（二号黑体）

一、设计目的（三号宋体，加粗）

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