任云自控课设

1、自 动 控 制 原 理 课 程 设 计题 目 自来水厂水流控制系统 校正装置设计 专 业 电气工程及其自动化专业 姓 名 班 级 学 号 指导教师 职 称 专业郑 州 航 空 工 业 管 理 学 院机 电 工 程 学 院2015 年 01 月自动控制原理课程设计提纲一、设计目的通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、一般电学系统自动控制方法的基础上，用MATLAB实现系统的仿真与调试。二、设计要求收集和查阅有关技术资料，独立完成所承担的设计课题的全部内容，初步掌握设计原则、设计方法、设计步骤和设计规范的应用；对工程设计方案进行选择和分析；绘制设计图；撰写说明书。具体要求如下：1、根据所学控制

2、理论知识（频率法、根轨迹法等）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；2、使用MATLAB和Simulink，对加入的校正装置的系统进行进行动态仿真，并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；3、确定校正装置的电路形式及电路参数（选作）；4、完成设计报告。设计报告书的撰写。具体内容包括如下五个部分。1） 设计任务书2）设计过程人工设计过程包括计算数据、系统校正前后及校正装置的Bode图（在半对数坐标纸上）、校正装置传递函数、性能指标验算数据。计算机辅助设计过程包括Simulink仿真框图、Bode图、阶跃响应曲线、性能指标要求的其他曲线。3）校正装置电路图4

3、）设计结论5）设计后的心得体会，6）参考文献设计过程与步骤（1）系统分析，计算系统性能指标。（2）按系统指标要求人工设计校正系统。利用半对数坐标纸手工绘制系统校正前、后及校正装置的Bode图或根轨迹图；确定校正装置的传递函数；验算校正后的系统是否满足要求性能指标。（3）计算机辅助设计利用MATLAB语言对系统进行辅助设计、仿真和调试。（4） 确定校正装置的电路形式及其参数。本课程设计以设计报告的形式提交，要求论点清楚，论据充分，结构合理；分析问题有层次。包括设计思想，设计过程，绘图（曲线），数字仿真和总结，列出参考文献。摘要：自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的

4、情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制是相对人工控制概念而言的。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。通过本次课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、一般电学系统自动控制方法的基础上，用MATLAB实现系统的仿真与调试。全文包括目录，正文，结论和参考文献等内容，因学识有限以及各方

5、面因素造成的错误在所难免，希望老师予以指出纠正。课程设计报告书一：设计任务书题目：自来水厂水流控制系统校正装置设计某自来水厂水流控制系统的控制对象的开环传递函数为，设计校正装置的传递函数，使校正后系统满足如下动态及静态性能指标；（1）系统的稳态速度误差系数；（2）阶跃响应超调量%30%，调整时间0.25s二、设计任务分析 首先通过人工计算数据， 由系统的稳态速度误差系数可以确定增益K 根据题目中的要求对系统的传递函数进行校正，画出Simulink仿真图，二：三、设计过程1、 利用根轨迹法进行人工校正装置，初步设计出校正装置传递函数的形式及参数；2、 根据所给的要求验证原系统是否符合要求，再按照

6、校正装置的知识对系统进行校正；3、 在MATLAB下，用Simulink进行动态仿真，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；4、 确定校正装置的电路形式及电路参数并进行验证，验证所添加的校正装置是否满足指标。四、手工绘制开环传递函数的根轨迹图： 1）系统有三个开环极点；分别为，没有开环零点，所以根轨迹有三条，分别起始于，终止于无穷远处； 2）根轨迹对称于实轴且连续变化； 3）渐近线有3条，渐近线与实轴的交点为：渐近线的倾角为： 4）实轴上的根轨迹段位于和上； 5）根轨迹分离点和会和点的公式：解得：s=-0.554 6)分离角为： 7)根轨迹与虚轴的交点：得：所以原系统的根轨迹

7、如下图所示：五、数据计算由题意可知，开环传递函数在单位斜坡信号r(t)= t作用下，要满足系统的系统的稳态误差系数Kv1000/s和阶跃响应超调量Mp%30%。题目中要求系统的稳态误差，则可取=，则校正环节要求的放大系数为：则此时开环传递函数为：由%30%，0.25s，可取=30%，=0.25s可由公式：，得则由公式可得出由此可由看出原系统根轨迹需要加以修正，可以在前串入超前校正装置，校正装置的确定，应使串入超前校正装置后的主极点通过希望的主导极点，也就是必须满足校正装置产生的超前相角：由题目要求得系统在希望主导极点上的相角为：又由公式：则可得：令可得=-20.25=-103.57故校正装置的

8、传递函数为：由前面算得=1000，为补偿超前校正装置的衰减，再传入一个放大倍数为的补偿放大器。校正后系统的开环传递函数为1） 校正后的系统开环极点有有4个，分别为，一个开环零点，为根轨迹有4条，分别起始于，其中一条终止于，另外三条均终止于无穷远处。2） 根轨迹对称于实轴且连续变化3） 实轴上的根轨迹段位于，4） 渐近线三条，渐近线与实轴的交点为渐近线的倾角为： 5）根轨迹分离点和会和点的公式：解得：s=-0.354 6)分离角为：所以原系统的根轨迹如下图所示：手工画出校正后的根轨迹如图所示：矫正前的单位阶跃响应曲线如下图校正后的单位阶跃响应曲线如下图：由系统阶跃响应曲线图可以得到系统的稳态性能

9、指标为：超调量：调整时间：而且系统化的稳态误差为：计算可得校正装置基本满足题目要求在Simulink下的系统设计和校正： 加校正环节前的仿真模型示波器输出的波形如下图 加校正环节后的仿真模型此时示波器输出的波形如下校正后的Bode图六、结论对于一个控制系统而言，当系统的控制对象确定并确定了系统的执行部件，那么系统的传递函数也就确定了，因而对于一个确定的系统其传递函数是确定不变的。为了能够使控制系统的性能参数能够进一步提高，那么就需要设计一个合适的控制器来满足要求。在系统中加入了合适的控制装置后，系统性能明显提高。Matlab具有强大的集成功能与运算能力，是设计更加便捷，而且Matlab集合了各

10、类软件编程的优越性，使用Smulink进行仿真更是大大的提高了形象化设计7、 设计心得体会本次自动控制原理课程设计，让我对校正有了更深层次的理解以及对MATLAB在自控方面的应用有了更多的了解，熟悉了matlab的编程方法与Smulink的仿真方法，控制器设计的具体应用，加深了对Matlab知识的运用，同时培养解决现实的问题的能力。虽然在对校正前函数各方面的参数用MATLAB仿真计算编程时遇到了一些困难，但在查阅大量资料之后，使自己的设计思路逐渐明朗。在对设计校正函数时经过多次的反复校验才使获得的参数与期望的参数相匹配。通过这次课程设计，拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到较大提高。安排课程

11、设计的基本目的，在于通过理论与实际的结合，分析问题。尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力。它的一个重要功能，在于运用学习成果，检验学习成果。运用学习成果，把课堂上学到的系统化的理论知识，尝试性地应用于实际设计工作，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想。检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。对我们电子专业来说，实际能力的培养至关重要，而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。这也是一次预演和准备毕业设计工作。通过课程设计，让我们找出自身状况与实际需要的差距，并在以后的学习期间及时补充相关知识，为求职与正式工作做好充分的知识、能力准备，从而缩短从校园走向社会的心理转型期。在一个星期的课程设计之后，我们普遍感到不仅实际动手能力有所提高，更重要的是通过对软件开发流程的了解，进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。同时，通过这次课程设计，使我认识到自己这学期对这门课程的学习还远远不够，还没有较好地将书本中的知识较好地融合，这为我在以后的学习中敲了一记警钟。在此次设计中，我学会了用