《自动控制系统》课程设计
一、 教学目的
1．培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用控制理论和相关课程知识的能力。 2．掌握自动控制原理中各种校正装置的作用及用法，根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。
3．学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试。 4．锻炼学生使用模拟机实现控制系统。 5．锻炼学生独立思考、动手解决问题的能力。 二、 教学基本要求
了解控制系统设计原则、内容和步骤。 掌握控制器的几种常用算法。 掌握控制器的参数整定方法。 掌握数字仿真软件的使用方法。 学会使用硬件电路搭建模拟控制器。 三、教学内容
1．总结归纳出有实际背景的教学模型分别给各位同学提出设计题目及设计指标要求。同学通过查阅相关资料，根据各自题目确定合理的控制方式及校正形式完成设计。
2．首先要根据所学控制理论知识（频率法或根轨迹法）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。
3．用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具，对人工设计系统进行仿真调试，使其满足技术要求，并绘制打印出仿真框图、频率特性图及动态响应图。
4．确定校正装置的电路形式及电路参数。
5．在模拟机上实现控制系统，并按指标要求进行实际调试。 6．完成设计报告 报告包括： (1) 任务书
(2) 设计思想及设计过程、设计后校验；包括频率特性三条性曲线校正电路确定及参数选择。
(3) MATLAB设计仿真中仿真框图或语言，绘制打印出仿真框图、频率特性，要求的指
标，动态特性图。
四、时间分配
阶段 1 2 3 4 5 6 设计内容 理论讲解 课题选择 人工设计及数字仿真 模拟实现 系统调试 编写课程设计报告 设计任务 由指导教师进行理论知识讲解，包括设计题目中的共性问题和仿真软件Matlab软件的使用方法。 学生分组并选择题目，分析研究设计任务书及原始资料，明确设计要求和任务。 时间 4天 0.5天 根据题目要求，分析系统模型，找出不满足的性能指标，1天 设计校正算法、确定参数，并使用Matlab仿真。 使用设计好的算法搭建模拟控制器，并连接被控对象。 1天 根据题目的要求，对控制器的参数进行必要的调整，确定校正后的系统性能，以期得到最优的效果。 1天 主要内容有总体设计思想和设计过程、设计后的校验、 校正电路的确定和参数的选择、Matlab设计仿真中的仿1天 真框图或语言、仿真曲线等。整理课程设计任务书并装订成册。 0.5天 7 答辩 五、指导教师分配 S105实验室：
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 日期 2011.7.4 2011.7.5 2011.7.6 2011.7.7 2011.7.8 2011.7.11 2011.7.12 2011.7.13 2011.7.14 2011.7.15 内容 理论讲解 理论讲解 理论讲解 理论讲解 课题选择 模拟实现 系统调试 编写课程设计报告 答辩 指导教师 刘洋 刘洋 刘洋 刘洋 刘洋 姜滨 徐秋景 徐秋景 刘洋、李冰、徐秋景、王振力、姜滨 人工设计及数字仿真 姜滨 S109实验室：
序号 1 2 3 4 5 6 日期 2011.7.4 2011.7.5 2011.7.6 2011.7.7 2011.7.8 2011.7.11 内容 理论讲解 理论讲解 理论讲解 理论讲解 课题选择 指导教师 李冰 李冰 李冰 李冰 李冰 人工设计及数字仿真 徐秋景 7 8 9 10 2011.7.12 2011.7.13 2011.7.14 2011.7.15 模拟实现 系统调试 编写课程设计报告 答辩 徐秋景 王振力 王振力 刘洋、李冰、徐秋景、王振力、姜滨 S110实验室：
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 日期 2011.7.4 2011.7.5 2011.7.6 2011.7.7 2011.7.8 2011.7.11 2011.7.12 2011.7.13 2011.7.14 2011.7.15 内容 理论讲解 理论讲解 理论讲解 理论讲解 课题选择 模拟实现 系统调试 编写课程设计报告 答辩 指导教师 姜滨 姜滨 姜滨 姜滨 姜滨 王振力 刘洋 刘洋 刘洋、李冰、徐秋景、王振力、姜滨 人工设计及数字仿真 王振力 六、课程设计题目
1. 已知单位负反馈系统被控对象的传递函数为：
G0(s)?40
s(0.2s?1)(0.0625s?1)试对系统进行串联校正设计。使之满足校正后系统开环增益不变，相角裕度??50?，超调量??10%；（3）调节时间ts?0.5s。 2.已知燃油调节控制系统的开环传递函数为：
Gp(s)?2
s(1?0.25s)(1?0.1s)设计校正环节。要求静态速度误差系数为10，相位裕度为45°。 3.已知水输送自动控制系统的开环传递函数为：
Gp(s)?4
s(s?0.5)设计校正环节。要求使其校正后系统静态速度误差系数小于5，闭环主导极点满足阻尼比
??0.5和自然频率?n?5rad/s，相位裕度50°。
4. 已知单位负反馈系统被控对象的开环传递函数为：
G0(s)?100
s(0.1s?1)设计校正环节。要求使其校正后系统开环剪切频率?c?50rad/s5，相角稳定裕度裕度大于45°。
5. 已知单位负反馈系统被控对象的开环传递函数为：
G0(s)?4
s(2s?1)设计校正环节。要求使其校正后系统单位斜坡响应稳态误差ess?0.025v0；阶跃响应的超调量??15%；相角稳定裕度??45?；阶跃响应的调节时间ts?20s。 6.已知单位负反馈系统被控对象的传递函数为：
G0(s)?K1s(s?1)
Gc(s)?Ts?1?Ts?1。使之满足：（1）
试对系统进行超前串联校正设计，校正器传递函数模式为在单位斜坡信号r（t）=t作用下，系统的稳态误差
ess?0.1rad；
（2）系统校正后，相角稳
??4.4rad/s；L?10dB。
定裕度??45?；（3）开环系统剪切频率c（4）幅值稳定裕度h
7. 已知单位负反馈系统被控对象的传递函数为：
G0(s)?0.5s(0.1s?1)(0.2s?1)
Gc(s)?Ts?1?Ts?1。使之满足：（1）在
试对系统进行串联校正设计，校正器传递函数模式为单位斜坡信号r（t）=tmm/s作用下，系统的稳态误差
ess?0.33mm；
（2）系统校正后，超
t?5.5s。
调量??38%；（3）调节时间s8.已知随动系统固有部分传递函数为：
Wobj(s)?式中：
Kobjs(Tms?1)(Tls?1)
Kobj?15；
Tm?0.2s；Tl?0.2s。要求设计一PID调节器，使系统满足下述性能
t?0.3s。 指标：系统阶跃响应的超调量：??30%；调节时间：s9. 已知单位负反馈系统被控对象的开环传递函数为：
G0(s)?K
s2(0.2s?1)设计校正环节。要求使其校正后系统单位斜坡响应Ka?10rad/s2；开环系统剪切频率
?c?20rad/s。
10. 已知轧钢车间加热炉控制系统的传递函数为G1(s)?送器的传递函数为G2(s)?9.9e?80s，其温度传感器与变
120s?10.107，设计P，PI，PID校正环节。是系统性能达到最好。
10s?111.已知单位负反馈系统开环传递函数为：
G0(s)?1
s(0.5s?1)对系统进行校正设计，使系统满足：（1）单位斜坡响应稳态误差essv?0.1v0；（2）阶跃响应的超条量??20%；（3）相角稳定裕度??45?；（4）阶跃响应的调节时间ts?3s 12. 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(0.05S?1)(0.1S?1)串联滞后——超前校正装置使系统的速度误差系数Kv?50s?1，相位裕度为
??400?20，剪切频率?c?(10?0.5)rads。
13. 已知单位负反馈系统的开环传递函数G(S)?K011S(S?1)(S?1)260，试用频率法设计串
联滞后校正装置，使系统的相位裕度为??40?2，增益裕度不低于10dB，静态速度误差系数Kv?7s?1，剪切频率不低于1rads 14. 已知单位负反馈系统的开环传递函数G(S)?0K0，试用频率法设计串
S(S?1)(0.25S?1)0联校正装置，要求校正后系统的静态速度误差系数Kv?5s?1，系统的相角裕度??45，
校正后的剪切频率?C?2rads