自动控制原理课程设计---控制系统分析及整定

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1、 课 程 设 计 报 告课 程 设 计 报 告 设计题目 控制系统分析及整定 课 程 名 称 自动控制原理课程设计 系 部 专 业 班 级 学 号 姓 名 起 止 日 期 指 导 教 师 成绩成绩 目 录 一、课程设计的目的 . 1 二、本课程设计课题任务的内容和要求 . 1 2.1课程设计的主要内容： . 1 2.2课程设计的要求： . 1 三、自动控制系统的分析及整定 2 3.1、控制系统的时域分析 2 3.2、控制系统的根轨迹分析 7 3.3、控制系统的频域分析 .13 3.4、单回路自动调节系统的整定 18 四、课程设计体会 29 五、主要参考文献 29 自动控制原理课程设计 1 一、

2、课程设计的目的一、课程设计的目的 本次自动控制原理课程设计的目的是让学生能综合运用所学的自动控制理论知识，结 合计算机仿真软件， 进行部分自动控制原理的验证试验并能够对简单反馈控制系统的进行设 计和整定，以加深对自动控制原理知识的理解，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的 能力， 从而为进行后续专业课程的深入学习和将来参与实际生产过程的自动控制奠定扎实的 理论基础。 二、本课程设计课题任务的内容和要求二、本课程设计课题任务的内容和要求 2.1课程设计的主要内容课程设计的主要内容： 1学习和熟悉计算机仿真计算软件 MA TLAB，重点学习 SIMULINK 工具箱的使用方 法和 MA TLAB

3、语言编程方法。 2绘制和观察典型热工对象的阶跃响应曲线，熟悉它们的动态特性。 3控制系统的根轨迹分析，即已知某单位负反馈系统的开环传递函数，要求能绘制系 统的闭环根轨迹，并利用根轨迹分析系统性能。 4控制系统的频域分析，即已知某单位负反馈系统的开环传递函数，要求能绘制控制 系统的奈奎斯特曲线并判断系统的稳定性。 5单回路自动调节系统的整定，利用理论计算或工程整定方法对两类典型的热工对象 的单回路自动调节系统进行整定，并观察和分析调节器各参数值的变化对调节过程的影响。 2.22.2 课程设计的要求课程设计的要求： 通过课程设计， 要求学生能掌握自动控制的基本理论和基本分析方法， 能应用控制理论

4、对自动控制系统进行性能分析，能对单回路系统进行整定计算，能够较熟练地将 MATLAB 软 件应用于控制系统的设计和分析。具体要求有： 1.MATLAB 软件作为课程设计的主要工具，应能较好地掌握和熟练的运用；学会使用 SIMULINK 工具箱和利用 MATLAB 语言编程两种方法进行仿真。 2掌握绘制对象或系统阶跃响应曲线的方法，熟悉典型热工对象的动态特性。 3掌握绘制根轨迹的方法，通过观察和分析进一步明确根轨迹的概念，能够利用根轨 迹定性分析系统性能。 4掌握绘制对象或系统的奈奎斯特曲线的方法，通过观察和分析曲线正确理解频率响 应、频率特性的概念，明确频率特性的物理意义，理解奈奎斯特稳定判据

5、的原理，掌握运用 奈奎斯特稳定判据判定系统稳定性的方法。 5. 掌握几种常用的控制系统整定方法，并会利用这些方法对某一给定的单回路控制系 统进行整定，同时注意观察和分析对象参数和 PID 参数的变化对系统品质的影响。 自动控制原理课程设计 2 三、自动控制系统的分析及整定三、自动控制系统的分析及整定 3.1、控制系统的时域分析、控制系统的时域分析 3.1.1、 二阶环节特性曲线 t (sec) u(t) a=0.1a=0.4a=1a=2a=0 K=15 Wn=2 二阶环节或系统动态特性分析 2 2 2 2 )( nn n ss K sGo 令K=1, n =2, 分别取0、0.4、0.5、1和

6、1.5时对应的单位阶跃响应曲线： 01234567 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 二阶环节单位阶跃响应随变化的曲线（k=1,=2） Time (sec) Amplitude =0 =0.4 =0.8 =1 =1.5 分析： 自动控制原理课程设计 3 令K=1,=0.216或0.5, n 分别取2、4和6时对应的单位阶跃响应曲线： 0246810 0 0.5 1 1.5 二阶环节单位阶跃响应随变化的曲线（k=1,=0.216） Time (sec) Amplitude =2rad/s =4rad/s =6rad/s 012345 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 二阶环节单位阶跃响应随变化的曲线（k=1,=0.5） Time (sec) Amplitude =6rad/s =4rad/s =2rad/s 自动控制原理课程