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自动控制课程设计 指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学 移通学院 自动控制原理课程设计报告 系部： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间：2022年12 月 重庆邮电大学移通学院制 目录 一、设计题目 二、设计报告正文 摘要 关键词 设计内容 三、设计总结 四、参考文献 一、设计题目 自动控制原理课程设计（简明）任务书供2022级机械设计制造及其自动化专业（4-6班）本科学生用 引言：自动控制原理课程设计是该课程的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，更不同于课堂教学。它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。 一设计题目：型二阶系统的典型分析与综合设计 二系统说明： 该型系统物理模拟结构如图所示。 系统物理模拟结构图 其中：1M；C =1uF；R0=41R 三系统参量：系统输入信号：x(t)； 系统输出信号：y(t)； 四设计指标： 设定：输入为x(t)=a×1（t）（其中：a=5） 要求动态期望指标：M p20；t s4sec； 五基本要求： a)建立系统数学模型传递函数； b)利用根轨迹方法分析和综合系统（学号为单数同学做）； c)利用频率特性法分析和综合系统（学号为双数同学做）； d)完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验； 六课程设计报告： 1.按照移通学院课程设计报告格式写课程设计报告； 2.报告内容包括：课程设计的主要内容、基本原理； 3.课程设计过程中的参数计算过程、分析过程，包括： （1）课程设计计算说明书一份； （2）原系统组成结构原理图一张（自绘）； （3）系统分析，综合用精确Bode图一张； （4）系统综合前后的模拟图各一张（附实验结果图）； 4.提供参考资料及文献 5.排版格式完整、报告语句通顺； 6.封面装帧成册。 二、设计正文 摘要 根据被控对象及给定的技术指标要求，设计自动控制系统，既要保证所设计的系统有良好的性能，满足给定技术指标的要求，还要考虑方案的可靠性和经济性。由系统物理结构图建立数学模型，通过对系统稳态和动态性能的分析，其均不满足给定技术指标，主要采用了串联滞后校正。 在对系统进行校正时，采用了基于根轨迹的串联滞后校正，对系统校正前后的性能进行了分析和比较，并用visio软件绘制系统物理模拟图和结构框图，以及用MATLAB软件进行仿真和计算。确定了校正环节的传递函数，根据所确定的传递函数，计算物理模拟图的参数，最后确定了系统的物理模拟图。 关键字: 校正visio MATLAB 一）系统说明（概述） 1.设计目的 掌握自动控制原理课程中所学的理论知识； 掌握反馈系统的基本理论和方法，对工程实际系统进行 全面分析 和综合； 掌握控制系统的设计和校正方法； 掌握利用matlab对控制理论进行分析，研究和仿真技 能； 提高分析问题和解决问题的能力。 2.系统原理（简介） 首先，是一个积分环节，第二个，是一个一阶惯性环节第三个是比例环节 图1 系统物理模拟结构 3.各环节的性能、功能特性说明 积分环节是当输入信号为零时，输出信号才能保持不变，而且能保持在任何位置上。在控制系统中，引用积分环节可 以消除被控量的偏差。并且由于惯性环节系统的阻力，一开 始输出并不与输入同步按比例变化，直到过渡过程结束,输出 才能与输出保持比例，从而保证了控制过程作无差控制。 4.设计基本要求 要求输出等于给定输入所要求的期望输出值。 要求输出尽量不受扰动的影响。 衡量一个系统是否完成除以上两点，还要求稳，快，准 5.设计指标 设定：输入为r(t)=a*1t（其中：a=5 ） 要求动态期望指标： p 20；t s 4sec； 二）系统建模 1.各个环节模型 （1）环节结构图（电路原理图） （2）写出输入输出关系 （3）写出传递函数G(s),画出结构方框图 (1)比例环节： 具有比例运算关系的元部件称为比例环节，其特点：输入输出量成正比。 输入X 输出U G=- CSR 1 (2)惯性环节： 一阶惯性环节的微分方程是一阶的，且输出响应需要一定时间后才能达到稳态值，因此称为一阶惯性环 节。其特点：输出信号对输入信号的响应存在惯性（输入信号阶跃加入后，输出信号不能突然变化，只能随时间增加逐渐变化）。 输入 :U 输出 :Y G = 1 / R CS R =-14 RCS (3)积分环节 输出量与输入量成积分关系的环节，称为积分环节。 其特点：输出量与输入量的积分成正比例，当输入消失，输出保持不变，具有记忆功能；积分环节受到扰动自身无法达到稳定。 G =-R R =-1 系统模型：系统的框图结构 比例环节: X Kp - U 其中Kp= Rf Ri =1 惯性环节: U 1 +-Ts Kp Y Kp= Ri Rf T=f f C R 积分环节: )(S Ei Tis 1 - )(S Eo Ti=f i C R 三）对系统进行分析 由一个积分环节串联一介惯性环节的单位负反馈系统。 数学模型如图2所示 X(t) ?_ Ts 1 Ts 4 Y(t) 图2 图中T=RC=1,K=Ro/R=4 作系统的开环传递为 Go(s)= ) 1(4+s s 闭环极点为s=0.5±j3 核算系统的动态性能 =770，=0.25，w n=2 M p=45%>20% 系统的超调量不满足要求。 4=8s>4s T s= w n 系统的超挑时间不满足要求。 作系统的根轨迹如图3所示 图3 系统的阶跃响应曲线如图4所示 图4