【文章內容簡介】 計算機控制系統(tǒng),它融合了控制技術(Control),計算機技術(Computer),通信技術(Communication),圖像顯示技術(CRT)的“4C”技術,形成了以微處理器為核心的系統(tǒng),實現(xiàn)對生產過程的監(jiān)視、控制和管理。既打破了常規(guī)控制儀表功能的局限,又較好地解決了早期計算機系統(tǒng)對于信息、管理過于集中帶來的危險,而且還有大規(guī)模數(shù)據(jù)采集、處理的功能以及較強的數(shù)據(jù)通信能力。分布式控制系統(tǒng)既有計算機控制系統(tǒng)控制算法靈活,精度高的優(yōu)點,又有儀表控制系統(tǒng)安全可靠,維護方便的優(yōu)點。它的主要特點是:真正實現(xiàn)了分散控制。具有高度的靈活性和可擴展性。較強的數(shù)據(jù)通信能力。友好而豐富的人機聯(lián)系以及極高的可靠性?？偨Y：通過這一學期的學習，我對自動控制原理這門課有了深刻的認識，現(xiàn)在能夠簡單的分析一些問題了，過程實驗給我們很大的提高。雖然現(xiàn)在還不知道未來要從事什么行業(yè)，但不管怎樣要學好當前的每門課?；A一定要打好。第四篇：自動控制原理實驗報告北京交通大學自動控制原理研究性學習報告——基于MATLAB軟件的系統(tǒng)建模分析與校正譚堃15221309 田斌15221310 努爾夏提15221305 張雪程13222028摘要本文利用MATLAB軟件來實現(xiàn)對自動控制系統(tǒng)建模、分析與設計、仿真的方法。它能夠直觀、快速地分析系統(tǒng)的動態(tài)性能、和穩(wěn)態(tài)性能。并且能夠靈活的改變系統(tǒng)的結構和參數(shù)通過快速、直觀的仿真達到系統(tǒng)的優(yōu)化設計。關鍵詞：MATLAB，自動控制，系統(tǒng)仿真單位負反饋隨動系統(tǒng)固有部分的傳遞函數(shù)為G(s)=4K/s(s+2)畫出未校正系統(tǒng)的Bode圖，分析系統(tǒng)是否穩(wěn)定。畫出未校正系統(tǒng)的根軌跡圖，分析閉環(huán)系統(tǒng)是否穩(wěn)定。設計系統(tǒng)的串聯(lián)校正裝置，使系統(tǒng)達到下列指標：（1）靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv＝20s1；（2）相位裕量γ≥50176。（3）幅值裕量Kg≥10dB。給出校正裝置的傳遞函數(shù)。分別畫出校正前，校正后和校正裝置的幅頻特性圖。計算校正后系統(tǒng)的穿越頻率ωc、相位裕量γ。分別畫出系統(tǒng)校正前、后的開環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特圖，并進行分析。（1）確定K值Kv=limsWk =2k=20 所以K = 10（2）校正前系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性如圖實線所示。由A(wc)=20/[wc√(1+(wc/2)^2]=1。得wc≈；γ(wc)=180?+?(wc)=90??=?可見相位裕量并不滿足要求，為不影響低頻段特性和改善暫態(tài)響應性能，采用引前矯正。（3）設計串聯(lián)微分校正裝置：微分校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為Wc(s)=(Tds+1)/[(Tds/γd)+1)。最大相位移為?max=arcsin[(rd1)/(rd+1)] 根據(jù)系統(tǒng)相位裕量γ(wc)≥50?的要求，微分矯正環(huán)節(jié)最大相位移為?max≥50??=?考慮Wc’≥Wc,原系統(tǒng)相角位移將更負些，故?max將更大些，取?max=40?，即有Sin40?=(γd1)/(γd+1)== 設校正后的系統(tǒng)穿越頻率Wc’為矯正裝置兩交接頻率w1與w2的幾何中點。即Wc’=√w1w2=w1√rd 若認為Wc’/w11,Wc’/w2A(wc’)=1≈20wc’/(wc^2/2)解得w1≈。w2≈。wc’≈。所以校正裝置的傳遞函數(shù)為Wc(s)=(s/+1)/[(s/)+1)。（4）驗算校正后系統(tǒng)指標Wk’(s)=20(s/+1)/[s(s/2+1)(s/+1)] 同理，代入數(shù)值得校正裝置的相位裕量為γ(wc’)=? 另?(wj)=180?,可得出系統(tǒng)穿越頻率wj→∞。所以一定滿足GM=20lg[1/（wk’(jwj)]≥10dB(三)MATLAB仿真(1)時域分析：圖1 系統(tǒng)單位階躍相應計算結果：pos(超調量)=%、tp(峰值時間)= 、tr(上升時間)=，ts(調節(jié)時間)= 由圖可知：校正前系統(tǒng)的的調節(jié)時間較長，超調量過大。圖2系統(tǒng)單位階躍相應計算結果：pos(超調量)=%、tp(峰值時間)= 、tr(上升時間)=，ts(調節(jié)時間)=系統(tǒng)的暫態(tài)響應與校正前相比有較大改善。該系統(tǒng)依然穩(wěn)定，而且反應更加快速，應采用。(2)根軌跡校正前系統(tǒng)的根軌跡如圖校正后系統(tǒng)的根軌跡如圖：校正前后根軌跡對比(3)對數(shù)頻率特性校正前系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性如圖實線所示：圖1 系統(tǒng)對數(shù)頻率特性曲線相位裕量γ=穿越頻率=：校正后系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性如圖所示：相位裕量γ==對比圖(4)幅相頻率特性校正前系統(tǒng)的開環(huán)幅相頻率特性如圖所示：圖7 系統(tǒng)幅相頻率特性曲線校正后系統(tǒng)的開環(huán)幅相頻率特性如圖所示：對比圖四、程序附錄（1）時域分析cleart=0::5。s=[184 ]。d=[1 ]。sys=tf(s,d)。y1=step(sys,t)。plot(t,y1)maxy1=max(y1)。yss1=y1(length(t))。pos1=100*(maxy1yss1)/yss1。for i=1:1:51 if(y1(i)==maxy1)n=i。break。end endtp1=(n1)*。for i=1:1:51 if(y1(i))m=i。break。end endtr1=(m1)*。for i=51:1:1 if(y1(i)||y1(i)ts1=a*。pos=[pos1] tp=[tp1] tr=[tr1] ts=[ts1]clear t=0::10。s=[40]。d=[1 2 40]。sys=tf(s,d)。y1=step(sys,t)。plot(t,y1)maxy1=max(y1)。yss1=y1(length(t))。pos1=100*(maxy1yss1)/yss1。for i=1:1:101 if(y1(i)==maxy1)n=i。break。end endtp1=(n1)*。for i=1:1:101 if(y1(i))m=i。break。end endtr1=(m1)*。for i=101:1:1 if(y1(i)||y1(i)ts1=a*。pos=[pos1] tp=[tp1] tr=[tr1] ts=[ts1]（2）對數(shù)頻率特性 clear s1=[ 1]。d1=[ 1]。s2=[40]。d2=[1 2 40]。s3=[184 ]。d3=[1 ]。sys1=tf(s1,d1)。sys2=tf(s2,d2)。sys3=tf(s3,d3)。figure(1)bode(sys1,sys2,sys3)（3）根軌跡 clear s1=[40]。d1=[1 2 40]。s2=[184 ]。d2=[1 ]。sys1=tf(s1,d1)。sys2=tf(s2,d2)。figure(1)rlocus(sys1,sys2)（4）幅相頻率特性 clear s1=[40]。d1=[1 2 40]。s2=[184 ]。d2=[1 ]。sys1=tf(s1,d1)。sys2=tf(s2,d2)。figure(1)nyquist(sys1,sys2)總結本次研究性學習的內容主要是建立自動控制系統(tǒng)并運用MATLAB軟件對設計的自動控制系統(tǒng)進行仿真，其中涉及了關于自動控制方面的很多知識，也有關于數(shù)學建模方面的知識以及MATLAB軟件的應用，此次研究性學習建立了衛(wèi)星姿態(tài)的自動控制。在此次設計過程中遇到了很多問題，也接觸到了很多以前不知道的知識，特別是之前很少接觸過MATLAB軟件，這讓本次設計一度陷入停滯階段。后來在圖書館和網(wǎng)絡上查閱了大量的相關書籍，并在同學的細心指導下安裝了MATLAB軟件并學習其使用方法，從而使問題一步步得到了解決，最終成功的完成了此次研究性學習。第五篇：自動控制原理教案自動控制原理教案經(jīng)典控制部分......................................2 第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學模型 9學時.....................................6 第三章控制系統(tǒng)的時域分析 10學時..................................14 第五章頻率特性12學時...........................................24 第六章控制系統(tǒng)的校正與設計 8學時.................................33 第七章 非線性系統(tǒng) 8學時.............................................37 第八章 離散控制系統(tǒng) 8學時..........................................41 第一章控制理論一般概念 3學時第一章控制理論一般概念 3學時1．本章的教學要求1）使學生了解控制工程研究的主要內容、控制理論的發(fā)展、控制理論在工程中的應用及控制理論的學習方法等內容，認識本學科在國民經(jīng)濟建設中的重要作用，從而明確學習本課程的目的。2）使學生深入理解控制系統(tǒng)的基本工作原理、開環(huán)閉環(huán)和復合控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成等內容，學會利用所學控制原理分析控制系統(tǒng)。3）使學生學會控制系統(tǒng)的基本分類方法，4）掌握對控制系統(tǒng)的基本要求。2．本章講授的重點本章講授的重點是控制系統(tǒng)的基本概念、反饋控制原理、控制系統(tǒng)的的基本分類方法及對控制系統(tǒng)的基本要求。3．本章的教學安排本課程講授3個學時，復習學時3個。演示《自動控制技術與人類進步》及《自動化的應用舉例》幻燈片，加深同學對本課程研究對象和內容的了解，加深對反饋控制原理及系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)性能影響的理解。[教案11]第一節(jié) 概述1．教學主要內容：本講主要介紹控制工程研究的主要內容、控制理論的發(fā)展、控制理論在工程中的應用及控制理論的學習方法等內容。2．講授方法及講授重點：本講首先介紹控制工程研究的主要內容，給出定義，并以瓦特發(fā)明的蒸汽機離心調速器為例，說明需要用控制理論解決控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、準確、快速等問題。其次，在講授控制理論的發(fā)展時，主要介紹控制理論的發(fā)展的三個主要階段，重點說明經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論研究的范圍、研究的手段，強調本課程重點介紹經(jīng)典控制理論。另外，在介紹控制理論在工程中的應用時，應舉出控制理論在軍事、數(shù)控機床、加工中心、機器人、機電一體化系統(tǒng)、動態(tài)測試、機械動力系統(tǒng)性能分析、液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性分析、生產過程控制等方面的應用及與后續(xù)課的關系，激發(fā)同學的學習興趣。最后，在介紹控制理論的學習方法時，先說明本門課的特點，起點高、比較抽象、系統(tǒng)性強，然后強調學習本門課程應以新的視角分析和考慮問題，以系統(tǒng)的而不是孤立的、動態(tài)的而不是靜態(tài)的觀點和方法來思考和解決問題；掌握控制理論的基本概念、基本理論和基本方法并注意結合實際，為解決工程中的控制問題打下基礎。3．注意事項： 介紹本門課的參考書及課程總體安排。4．課時安排： 1學時。5．教學手段： Powerpoint課件。6．作業(yè)及思考題： 借參考書，查閱與本門課有關的文獻資料，了解控制理論的應用及最新發(fā)展動態(tài)。[教案12] 第二節(jié) 控制系統(tǒng)的基本概念1．主要內容：本講主要介紹控制系統(tǒng)的基本工作原理、開環(huán)閉環(huán)和復合控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成等內容。2．講授方法及講授重點：本講首先介紹控制系統(tǒng)的基本工作原理，利用恒溫箱人工控制與自動控制的例子，說明一切控制系統(tǒng)的控制步驟及控制原理，進一步引出反饋概念，給出反饋控制原理，之后，通過恒溫箱例子，講解功能方框圖的含義、表達方法，介紹常用的術語如輸入量、輸出量、反饋量、擾動量等，在同學具備上述知識基礎上，以蒸汽機離心調速器為例介紹方框圖的繪制方法。其次，本講介紹開環(huán)、閉環(huán)和復合控制系統(tǒng)，首先說明這是控制系統(tǒng)按照有無反饋結構分類的一種分類方法，然后分別給出概念，通過數(shù)控線切割機進給系統(tǒng)開環(huán)、閉環(huán)的例子說明各自優(yōu)缺點，并說明在實際中如何選用不同的控制系統(tǒng)。在講解閉環(huán)控制系統(tǒng)舉例時，可以再舉例，如：直流伺服電機速度伺服控制系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、液位控制系統(tǒng)等例子，通過例子說明各種不同閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理。最后，在講解閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成時，首先講解其基本組成，如：給定元件、放大變換元件、執(zhí)行元件、被控對象、反饋元件等，說明當通過調整參數(shù)不能滿足系統(tǒng)綜合性能要求時，可以外加串聯(lián)校正和并聯(lián)校正裝置改善系統(tǒng)性能，說明串聯(lián)校正和并聯(lián)校正裝置的作用，交待一下今后在校正一章將專門介紹。3．注意事項：本講為本章的重點，關鍵是要將反饋概念和控制系統(tǒng)的重要原理——反饋控制原理講清楚，以下的內容控制系統(tǒng)按照有無反饋結構分類、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成都是圍繞這一主題展開的。注意啟發(fā)同學，尋找身邊的開環(huán)、閉環(huán)控制系統(tǒng)例子，分析其工作原理，并安排相應的作業(yè)。4．課時安排：1學時。5．教學手段：Powerpoint課件與板書相結合。6．思考題： p12,11，14 [教案13] 第三節(jié) 控制系統(tǒng)的基本類型1．主要內容：本講主要介紹控制系統(tǒng)的基本類型和控制系統(tǒng)的基本要求 2．講授方法及講授重點：本講首先介紹控制系統(tǒng)按輸入量輸出量的運動規(guī)律分類情況。其次，本節(jié)介紹控制系統(tǒng)按系統(tǒng)傳遞信號性質分類情況，可以分為連續(xù)控制系統(tǒng)、離散控制系統(tǒng)兩種。在講授連續(xù)控制系統(tǒng)時，首先給出基本概念，然后說明恒溫箱控制系統(tǒng)、蒸汽機離心調速器、液壓伺服系統(tǒng)、液位控制系統(tǒng)、電氣隨動系統(tǒng)等都是連續(xù)控制系統(tǒng)。在講授離散控制系統(tǒng)時，首先利用圖形給出基本概念，然后說明數(shù)控機床等計算機控制系統(tǒng)都是離散控制系統(tǒng)，此部分內容最后安排一章介紹。最后介紹控制系統(tǒng)的基本要求，應說明對于同一個控制系統(tǒng)的穩(wěn)、準、快這三方面的要求是相互制約的。分析和解決控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準確性，并解決它們之間的矛盾，正是本書所要討論的主要內容。3．注意事項：本講應說明控制系統(tǒng)的分類方法有許多種，上一講控制系統(tǒng)按照有無反饋結構分類就是一種分類方法。在講解控制系統(tǒng)按輸入量輸出量的運動規(guī)律分類時，注意啟發(fā)同學聯(lián)系實際系統(tǒng)中的例子。4．課時安排：1學時。5．教學手段：Powerpoi