Harbin Institute of Technology
自动控制原理
课程设计
课程名称：自动控制原理
设计题目：变焦控制系统的设计与仿真院系：航天学院
班级：
设计者：
学号：
指导教师：金晶林玉荣
设计时间：2014年3月2日
*注：此任务书由课程设计指导教师填
目录
1.人工设计 (4)
1.1固有环节的分析 (4)
1.2性能指标的计算 (5)
2.校正环节的设计 (6)
2.1校正环节的分析 (6)
2.2串联迟后环节的设计 (8)
2.3串联超前环节的设计 (9)
3.计算机辅助设计 (11)
3.1固有环节的仿真 (11)
3.2串联迟后校正的仿真 (13)
3.3串联超前环节的仿真 (14)
3.4系统的单位阶跃响应仿真 (15)
3.5系统的斜坡信号响应仿真 (16)
4校正环节的电路实现 (19)
4.1校正环节的传递函数 (19)
4.2确定各环节电路参数 (19)
4.3绘制电路图 (20)
5设计总结 (21)
6心得体会 (22)
1. 人工设计
1.1固有环节的分析
该系统的物理背景为一个变焦系统。固有环节的传递函数为：
02
0.0025
()0.05G s s s
=
+ 这是一个二阶的且开环增益特别小的传递函数，作其开环渐进幅频特性曲线，如图1所示。
图 1 固有环节的开环渐进幅频特性曲线
通过作图得出固有环节的剪切频率为：0.0022/rad s ω=，相角裕度
18090arctan(0.050.0022)89.99γ=?-?-?=?。可以得出该系统是稳定的，但显然
不满足性能指标的要求。
10
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固有环节的开环幅频渐进曲线
L (d B )
w (rad/s)
1.2性能指标的计算
性能指标要求为：剪切频率=50/c rad s ω，相角裕度45γ=?，角速度
53/rad s θ=，稳态误差0.003ss e rad ≤。
虽然本题没有直接对系统的动态性能指标有明确要求，但我们在设计控制系统时，对系统的动态过程要求一般体现为对超调量
p
σ和调整时间s t 的要求。根
据欠阻尼二阶系统极点位置与动态性能指标的关系，将c ωγ和的设计要求同时转化为对
p
σ和s t 的要求，以方便通过单位阶跃响应来验证系统的动态性能。
（1）稳态误差ss e
由开环传递函数只有一个积分环节可知系统的型别为一。因为设计的性能指标要求稳态误差为0.003rad/s ，由稳态误差的计算公式
ss v
e K θ
=
将稳态误差和角速度带入公式可以得出，开环放大倍数17666v K ≥，取v K =17666。由此，得到满足稳态误差性能指标的传递函数：
217666
()0.05G s s s
'=+
（2）超调量p σ
增大开环放大倍数后，在单位负反馈的条件下，系统的闭环传递函数为：
2222353320
()220353320
n n n s s s s s ωζωωΦ==++++
得无阻尼振荡频率594.4n ω=，闭环阻尼比0.017ζ=。由二阶系统单位阶跃响应的超调量为：
=e
100p σ-﹪
将无阻尼振荡频率n ω、闭环阻尼比ζ带入得到系统当前的超调量94.8p σ=﹪。
根据二阶系统频域指标和时域指标的关系，由经验公式：
1
0.160.4(
1)sin p σγγ
=+-?≤≤?（3490）
将系统要求的相位裕度带入公式后得到系统要求的超调量p σ≤32.6﹪，显然当前系统的超调量没有达到性能指标的要求。
（3）调整时间s t
二阶系统的调整时间用公式
4
n s
t ζω≥
将无阻尼振荡频率n ω、闭环阻尼比ζ带入该公式得到系统当前的调整时间s t 为0.4s 。根据二阶系统频域指标和时域指标的关系，由经验公式：
211[2 1.5(1) 2.5(1)](3490)sin sin s c t πγωγγ
=
+-+-?≤≤?
将系统要求的相位裕度和剪切频率带入公式后得到系统要求的调整时间s t 按照 5﹪误差带计算为0.19s 。由此我们看到该系统需要通过校正才能满足要求的性能指标。
2.校正环节的设计
2.1校正环节的分析
固有环节增大开环放大倍数后，相当于将原有幅频渐进曲线向上平移了20lg(v K )，这时系统的开环剪切频率必然会增大，相应的相位裕度则会减少。图2为增大了开环放大倍数的渐进幅频特性曲线。
图 2 增大开环放大倍数后的开环渐进幅频特性曲线
通过作图后发现，此时系统的开环剪切频率增加到594.9/rad s ，比系统要
求的剪切频率大了整整一个数量级。计算此时的相位裕度：
180
90a r c t a n (0.05594.9γ=?-?-?=? 可以发现当前系统完全达不到所要求的相位裕度。此时系统已经处于接近临界稳定的状态了，不仅动态性能差，而且极易导致不稳定。并且过大的剪切频率会导致系统带宽过宽，引入不必要的高频噪声。据此，我们所要的校正环节应大幅度增加系统的相位裕度，同时保证剪切频率不至于过大。另外还要保证系统能稳定跟踪输入信号，并且稳态误差在所要求的范围内。
如果采用串联超前校正，则系统的剪切频率会进一步增大，同时超前的环节需要提供至少45 1.9=43.1?-??的超前角，这对于校正环节的实现难度比较高；如果采用串联迟后校正，先要计算当前系统满足相角裕度要求时的频率：
18090arctan(0.05)455=50γω=?-?-?=?+??
解得=16.8/rad s ω<50/rad s ，显然不能满足系统对于剪切频率的要求。所以通过上述简单分析，我的思路是先在保证稳态误差即开环放大倍数不变的情况下，通过串联迟后校正降低系统的剪切频率，以接近所要求的剪切频率，这时相角裕度一定不够，因此再通过串联超前校正来增大相角裕度。
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1010
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10
幅频特性渐进曲线
w (rad/s)
L (d B )
2.2串联迟后环节的设计
先令串联迟后校正环节的传递函数为：
11
111
1
()()1
c s T G s T s τβτ+=
=
+
由于串联迟后环节本质上是通过降低剪切频率来换取足够的相角裕度，而超前校正会增大剪切频率，所以先使迟后环节校正后的剪切频率比要求的略小一些，取40/c rad s ω=，未校正的系统在c ω处的幅值
200lg ()c G j ω'=46dB
为了使校正后在40/c rad s ω=处的幅频特性为0dB ，校正后c ω幅值要降低46dB ，所以幅值的下降值20lg β=46dB ，解得β=199.5。
为了减小串联迟后校正对系统相角裕度的影响，要求校正环节在c ω处的迟后相移在510??以下。所以选择
11
1
=5/8c rad s ωτ= 得10.2τ=，11T βτ==39.9。于是得到串联迟后校正的传递函数：
10.21
()39.91
c s G s s +=
+
校正后的传递函数：
17666(0.21)
()(0.051)(39.91)
s G s s s s +=
++
作图验算校正后系统的开环渐进幅频曲线如图3所示：
图 3 加入串联迟后校正的开环幅频曲线和为校正的对比图
通过作图可以看到图中红色的曲线比蓝线在中高频段的幅频低。验算校正后系统的剪切频率为42.2/rad s ，离要求的剪切频率非常近，并且此时的相角裕度为19?。完成了迟后校正后，为了使相角裕度达标，下一步做串联超前校正。
2.3串联超前环节的设计
先令串联超前环节的传递函数为：
22
222
1
()()1
c s T G s T s τατ+=
=
+
迟后校正后，系统的相角裕度已知为19?，取超前角
045191036m φγγ=-
+?=?-?+?=?
其中，由于超前校正引起的剪切频率c ω增大而导致相移，选取10?为相角裕度的补偿。超前校正后将使得开环幅频特性在剪切频率以后的频带幅值上升，为了使校正后剪切频率所在的幅值为零，必须找到当前幅值为-的点。又由
1
sin 1
m αφα-=
+得出α=0.258。因此超前校正角对应的幅值为10lg α 5.9dB =-，此10
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101010
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加入滞后校正后的幅频特性渐进曲线
w (rad/s)
L (d B )
时对应的频率56/rad s ω=>50/rad s 满足系统性能指标可以作为剪切频率c ω。因此
20.035τ=
=，22==0.009T ατ 。故校正环节的传递函数：
20.0351
()0.0091
c s G s s +=
+
串联超前校正后系统的开环传递函数为： 17666(0.21)(0.035
1)
()(0.051)(39.91)(0.0091)
s s G s s s s s ++=
+++
作图验算校正后系统的开环渐进幅频曲线如图4所示：
图 4 加入串联迟后-超前校正的系统开环幅频特性曲线
由图4可以得到，校正后的系统剪切频率为62.0/rad s >50/rad s ,相角裕度为50?>40?，均较好地达到了性能指标的要求。
通过以上串联迟后-超前校正环节，系统较好地达到了要求的性能指标，但由于渐进曲线存在误差，应该进行计算机精确仿真计算才能真正验算该校正完的系统的各项性能。
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加入滞后-超前校正的幅频特性渐进曲线
w (rad/s)
L (d B )
62.0594.942.2
3.计算机辅助设计
3.1固有环节的仿真
利用Matlab 仿真软件的Simulink 工具箱进行计算机辅助设计，固有环节的开环Simulink 仿真框图如图5所示：
图 5 固有环节的开环Simulink 仿真框图
通过Matlab 作固有环节的Bode 图如图6所示：
图 6 固有环节的开环Bode 图
从图中可以看出固有环节的剪切频率太低，和要求的性能指标相差较大。 增大开环放大倍数以后，系统的开环Simulink 仿真框图如图7所示：
图 7 开环放大倍数为17666的开环Simulink 仿真框图
M a g n i t u d e (d B )10
10
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P h a s e (d e g )
Bode Diagram
Gm = Inf dB (at Inf rad/s) , P m = 90 deg (at 0.0025 rad/s)
Frequency (rad/s)
通过Matlab 作固有环节的Bode 图如图8所示：
图 8 开环放大倍数为17666的开环Bode 图
从该图可以看出系统的剪切频率为596/rad s ，比要求的剪切频率大了一个数量级。而且此时的相角与﹣180?非常接近，裕度只有2?。
图 9满足相角裕度的点
为了使相角裕度大于45?，从图中找到位于16.5/rad s 时的相角裕度为50?。
-20020406080
100
M a g n i t u d e (d B )
10
10
10
10
P h a s e (d e g )
Bode Diagram
Gm = Inf dB (at Inf rad/s) , P m = 1.93 deg (at 594 rad/s)
Frequency (rad/s)
M a g n i t u d e (d B )
Bode Diagram
Gm = Inf dB (at Inf rad/s) , P m = 1.93 deg (at 594 rad/s)
Frequency (rad/s)
10
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10
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P h a s e (d e g )
在相角裕度满足要求的条件下，此时的剪切频率又不满足要求。因此通过对固有环节的计算机仿真，可以得出与人工计算相同的结论，即要先进行串联迟后校正降低剪切频率，在进行串联斥候校正增大相角裕度。
3.2串联迟后校正的仿真
在固有环节的分析之后，加入串联迟后环节的仿真。迟后环节的开环Simulink 仿真框图如图9所示：
图 9 加入串联迟后环节的系统开环Simulink 仿真框图
通过Matlab 作加入迟后环节的系统开环Bode 图如图10所示：
图 10 加入串联迟后环节的系统开环Bode 图
图中，蓝色曲线为固有环节的开环Bode 图，绿色曲线为教徒串联迟后环节的系统开环Bode 图。可以很明显地看到，在中高频段幅值下降，在低频段的相角也下降，但不影响系统的稳定性。此时的剪切频率明显降低，
略小于系统要求
M a g n i t u d e (d B )
Bode Diagram
Gm = Inf dB (at Inf rad/s) , P m = 19.5 deg (at 40 rad/s)
Frequency (rad/s)
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P h a s e (d e g )
的50/rad s 。然而此时的系统还未完成指标要求，相角裕度只有20?。因此必须再做串联超前环节增大相角裕度。
3.3串联超前环节的仿真
由前文可知，串联迟后环节已大幅度降低剪切频率，现在可以主要考虑相角裕度，于是加入串联超前环节。超前环节的开环Simulink 仿真框图如图11所示：
图 11加入串联超前环节的系统开环Simulink 仿真框图
通过Matlab 作加入超前环节的系统开环Bode 图如图12所示：
图 12加入串联迟后环节的系统开环Bode 图
通过Matlab 作图仿真可以直观地看到，加入了串联超前环节后，系统的剪切频率略有增大，达到了58.8/rad s ，已经满足系统对于剪切频率50/rad s 的要求。并且在剪切频率处，系统的相角裕度大幅增加，达到了50?，大于系统对于相角裕度45?的要求。
通过Matlab 的仿真，验证了校正环节对于系统所作的改善达到了所要求性能指标。最终确定系统的剪切频率c ω=58.8/rad s ，相角裕度γ=50?。
M a g n i t u d e (d B )
Bode Diagram
Gm = Inf dB (at Inf rad/s) , P m = 50.3 deg (at 58.1 rad/s)
Frequency (rad/s)
10
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P h a s e (d e g )
58.8
3.4系统的单位阶跃响应仿真
为了验证系统闭环后的性能，利用Simulink工具箱进行仿真。图13为校正后系统的闭环Simulink仿真框图：
图13校正后系统的闭环Simulink仿真框图
为了验证系统的动态性能，输入单位阶跃信号：
图14 配置输入为单位阶跃信号
通过Simulink仿真得到校正后系统的单位阶跃响应曲线，如图15所示
图 15 校正后系统的单位阶跃响应曲线
通过Matlab 仿真校正后系统的单位阶跃响应曲线，可以看到系统的动态性能良好，超调量22p σ=﹪小于系统要求的32.6﹪，并且调整时间0.09s t =s 也同样小于系统要求的0.19s （按照5﹪误差带计算）。
3.5系统的斜坡信号响应仿真
由于系统的输入是大小为53/rad s 角速度信号，系统输出必须跟踪角速度信号。利用Simulink 工具箱仿真系统跟踪斜坡信号。图16为校正后系统输入信号为斜坡信号的Simulink 仿真框图：
图 16校正后系统输入信号为斜坡信号的Simulink 仿真框图
图17为斜坡信号的配置：
t (s)
滞后-超前校正后系统的单位阶跃相应曲线
图 17 配置斜坡信号
Matlab 作图仿真出来的系统跟踪斜坡信号如图18所示：
图 18 校正后系统对斜坡信号的响应
通过仿真系统对斜坡信号的响应，可以明显看到系统能够较好较快地跟踪输入信号。下图为系统的误差信号曲线：
滞后-超前校正后系统的斜坡信号响应
θ(r a d )
t (s)
图 19 校正后系统的误差曲线
通过该误差曲线，可以看到误差信号低于性能指标要求的0.003rad 。 经过计算机辅助设计后，可以验证我设计的校正环节能明显改善固有环节的各项性能，较好地完成了要求的任务。
0.2
0.4
0.6
0.81
1.2
1.4
1.6
t (s)
θ (r a d )
滞后-超前校正后系统的误差曲线
4校正环节的电路实现
4.1校正环节的传递函数
经过前文的计算，最终系统的传递函数为：
17666(0.21)(0.0351)()(0.051)(39.91)(0.0091)s s G s s s s s ++=
+++
由于固有环节的传递函数为：
00.0025()(0.051)G s s s =
+
因此我们得到校正环节的传递函数为：
0()7066400(0.21)(0.035
1)
()()(39.91)(0.0091)c G s s s G s G s s s ++=
=++
用Simulink 作出如图20所示的仿真框图：
图 20系统各环节的仿真框图
4.2确定各环节电路参数 （1） 迟后环节的电路参数：
由于电路参数与传递函数的对应关系是时间常数t RC =，所以根据迟后环节中的时间常数可以确定电路参数：
1110.2R C τ==
12239.9T R C ==
迟后环节的放大倍数 : 2
11
c R K R =
哈工大自控课设
Harbin Institute of Technology 自动控制原理 课程设计 课程名称：自动控制原理 设计题目：红外干扰分离系统 院系：航天学院 班级： 设计者： 学号： 指导教师：金晶林玉荣 设计时间：
自动控制原理课程设计任务书 姓 名： 院 （系）：航天学院 专 业：自动化 班 号： 任务起至日期： 年3月2日 ——年3月16日 课程设计题目：红外干扰分离系统 1. 已知控制系统的固有传递函数（或框图）如下：（红外干扰分离系统） )127.0(22 )(+= S S S G M =)(1S H 1)(=S H 系统存在一个正弦干扰力矩 t A S F ωsin )(=: A=0~5，f=0~8 2．性能指标 （1）开环放大倍数K ≥ （2）剪切频率 ≤≤c ω （3）相位裕度≥γ （4）谐振峰值M γ= （5）超调量p σ≤25% （6）过渡过程时间ms t s 25≤ （7）角速度s rad /2.0max =? θ （8）角加速度2max /8.0s rad =? ?θ （9）稳态误差mrad e ss 15.0≤ 3.设计要求与步骤 （1）设计系统，满足性能指标。 （2）人工设计 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，并确定出校正装置的传递函数。验算校正后系统是否满足性能指标要求。
目录 1. 人工设计 (5) 1.1固有环节的分析 ...................................................... 错误!未定义书签。 1.2性能指标的计算 ...................................................... 错误!未定义书签。 2.校正环节的设计................................................................. 错误!未定义书签。 2.1校正环节的分析 ...................................................... 错误!未定义书签。 2.2串联迟后环节的设计 .............................................. 错误!未定义书签。 2.3串联超前环节的设计 .............................................. 错误!未定义书签。 3.计算机辅助设计................................................................. 错误!未定义书签。 3.1固有环节的仿真 ...................................................... 错误!未定义书签。 3.2串联迟后校正的仿真 .............................................. 错误!未定义书签。 3.3串联超前环节的仿真 .............................................. 错误!未定义书签。 3.4系统的单位阶跃响应仿真 ...................................... 错误!未定义书签。 3.5系统的斜坡信号响应仿真 ...................................... 错误!未定义书签。 4校正环节的电路实现 ......................................................... 错误!未定义书签。 4.1校正环节的传递函数 .............................................. 错误!未定义书签。 4.2确定各环节电路参数 .............................................. 错误!未定义书签。 4.3绘制电路图 .............................................................. 错误!未定义书签。 5设计总结 ............................................................................. 错误!未定义书签。 6心得体会 ............................................................................. 错误!未定义书签。 1. 人工设计 1.1题目分析 由于系统存在正弦干扰力矩，且不可测，是一个不稳定的量，我们不妨将此力矩设定为干扰最大时的正弦信号，即此时干扰为t S F π16sin 5)(=。 同时超调量和过渡过程时间要满足：ms t s p 25%,25≤≤σ。依据经验公式：
模拟试题一： 一、填空题（每空 1 分，共计 32） 1．钢结构防火常采用 的方法有 _________________ 答：涂防火漆、混凝土包裹 2．建筑钢材的主要性能指标有伸长率、屈服强度、抗拉强度、冷弯性能、 冲击韧性、Z 向收缩率，其中伸长率是衡量钢材 _______________________ 能力的指标； __________ 是衡量钢材抗层状撕裂能力的指标。 [ 点击查看答案 ] 答：塑性变形、 Z 向收缩率 3.高强度低合金钢的焊接性能可以通过 ______________________ 值来衡量。 [ 点击查看答案 ] 答：碳当量（ CE ） 4．钢材受三向同号拉应力 作用时， 即使三向应力绝对值很大， 甚至大大 超 过屈服点， 但两两应力 差值不大时， 材料不易进入 _____________________ 状态， 此时 发 生的破坏为 ____________ 破坏。 [ 点击查看答案 ] 答：塑性、脆性 5.在温度250 C 左右时，钢材的性能与在常温时相比较，强度更 _______________________ 、 塑性更 _________ 。 [ 点击查看答案 ] 答：高（好） 、差（坏） 6．Q235A 级 钢不 能用于主要焊接结 构， 原因 在于不 能保 证 _________________ o [ 点击查看答案 ]
[ 点击查看答案] 答：含碳量 7 、采用手工电弧焊，材料为Q345 的钢构件相焊接时，应选择型 焊条；材料为Q235 和Q345 的构件相焊接时，应选择____________________ 型焊条。 [ 点击查看答案] 答：E50、E43 8、板厚为t 宽度为b 的板采用对接焊缝连接，施焊时未设引弧板，则计算长度取为 _______________________ 。 [ 点击查看答案] 答：b-2t 9 、两钢板厚度分别为10mm 和16mm，采用双面T 型连接，手工焊，其最小焊脚尺寸可取__________ m m 。 [ 点击查看答案] 答：6 10 、承压型高强螺栓依靠_____________ 和____________ 共同传力，以 ___________ 为承载力的极限状态。 [ 点击查看答案] 答：摩擦阻力、栓杆、栓杆被剪断或板件被挤压破坏 11、普通螺栓连接受剪时的四种破坏形式为螺栓受剪破坏、___________________ 破坏、板件被冲剪破坏、板件被拉断破坏，其中板件被冲剪破坏是由于不满足构造要求而引起的。 [ 点击查看答案] 答：板件被挤压、端距（端距<2d0）
《机器人技术》大作业 （2015年秋季学期） 题目消防机器人发展与应用 姓名 学号 班级 专业机械设计制造及其自动化 报告提交日期2015.12.04 哈尔滨工业大学
内容及要求 1.以某种机器人(如搬运、焊接、喷漆、装配等工业机器人；服务机 器人；仿生鱼、蛇等仿生机器人；军用及其它机器人等)为例，撰写一篇大作业，题目自拟，以下内容仅作参考： 1) 机器人的机械结构设计(包括各部分名称、功能、传动等)； 2) 机器人的运动学及动力学分析； 3) 机器人的控制及轨迹规划； 4) 驱动及伺服系统设计； 5) 电气控制电路图及部分控制子程序。 2.题目自拟，拒绝雷同和抄袭； 3.参考文献不少于7篇，其中至少有2篇外文文献； 4.报告统一用该模板撰写，字数不少于5000字，上限不限； 5.正文为小四号宋体，1.25倍行距；图表规范，标注为五号宋体； 6.用A4纸单面打印；左侧装订，1枚钉； 7.提交打印稿及03版word电子文档，由班长收齐。 8.此页不得删除。 评语： 成绩（20分）：教师签名： 年月日
消防机器人发展与应用 一、我国消防机器人的市场需求 近年来，我国石油化工等行业有了飞速的发展和进步，生产过程中的易燃易爆和剧毒化学制品急剧增长，由于设备以及管理等方面的原因，导致化学危险品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸的事故隐患越来越多。一旦事故发生，假如没有有效的方法、装备及设施，救援人员将无法进入事故现场要冒然采取行动，往往只会造成无辜生命的牺牲出惨重代价，结果仍不能达到预期目的，这方面各地消防及救援部门已有许多次血的教训。深圳清水河大爆炸、南京金陵石化火灾、北京东方化工厂罐区火灾等事件发生后，全国各地要求配备消防机器人的呼声愈来愈高。尤其是在明确公安消防部队作为处置各类化学危险品泄漏事故的主力军之后，在我国消防部门配备消防机器人的问题就显得更为迫切了。 二、国外消防机器人发展现状 国际上较早开展消防机器人研究的是美国和苏联，稍后，英国、日本、法国、德国等国家也纷纷开始研究该类技术。目前已有很多种不同功能的消防机器人用于救灾现场。日本投入应用的消防机器人最多。80年代，日本研制了不少于5种型号的自动行驶灭火机器人，分别配备于大阪、东京、高石、太田、蒲田等消防部门，这类机器人以内燃机或电动机作为动力，配置驱动轮或履带式行驶机构，能爬坡、越障碍；装有较大喷射流量的消防枪炮，能作俯仰和左右回转；装有气体检测仪器和电视监视设备；通过电缆或无线控制，控制距离最大为100m。另一类机器人为侦察、抢险机器人，除装有气体检测仪器和电视监视器设备外，还装有机械手，能通过遥控处理危险物品。 美国已研制出能依靠感觉信息控制的救灾智能化机器人，如1994年用于探测阿拉斯加州斯拍活火山的“但丁2号”，抓获杀人犯的RM 1一9型遥控消防机器人等。亚利桑那州消防部门研制的消防机器人，装有破拆工具和消防水枪，能一边破拆，一边喷射灭火。 英国智能化保安公司生产的RO一VEH遥控消防车已装备于中部和西部消防部门，配置为履带式或轮式行驶机构，能爬楼梯，通过电缆供电或自携蓄电池供电。装有消防水炮、摄像机或热像仪。采用有线控制方式。1985年英国中西部消防部门和Firma SAS公司联合研制的机器人消防车，用HunterIII汽车改装而成，装有双臂、水枪、探测器(温度、化学物质、辐射等)、工业电视摄像机、红外线装置。机械手用来启闭阀门、搬移物品或开门等。 国际上对消防机器人的研究可分为三个阶段(三代)，第一代是程序控制消防
自动控制原理本科教学要求 自动控制专业的自动控制原理课程包括自动控制原理Ⅰ和现代控制理论两部分，分两个学期讲授。 《自动控制原理I》教学大纲 课程编号：T1043010 课程中文名称：自动控制原理 课程英文名称： Automatic Control Theory 总学时： 100 讲课学时：88 实验学时：16 习题课学时：0 上机学时： 学分：6.0 授课对象：自动控制专业本科生 先修课程：电路原理、电子技术和电机方面的有关课程；复变函数和线性代数 教材：《自动控制原理》（第三版）李友善主编，国防工业出版社，2005年 参考书：《自动控制原理》（第四版）胡寿松主编，科学出版社，2001年 《Linear Control System Analysis and Design》（第四版）清华大学出版社，2000年 一、课程教学目的： 自动控制原理是控制类专业最重要的一门技术基础课。这门课主要讲解自动控制的基本理论、自动控制系统的分析方法与设计方法。 本课程的主要任务是培养学生掌握自动控制系统的构成、工作原理和各件的作用;掌握建立控制系统数学模型的方法。掌握分析与综合线性控制系统的三种方法：时域法、根轨迹法和频率法。掌握计算机控制系统的工作原理以及分析和综合的方法。了解非线性控制系统的分析和综合方法。建立起以系统的概念、数学模型的概念、动态过程的概念。 通过课程的学习使学生掌握分析、测试和设计自动控制系统的基本方法。结合各种实践环节，进行自动控制领域工程技术人员所需的基本工程实践能力的训练。从理论和实践两方面为学生进一步学习自动控制专业的其他专业课如:过程控制、数字控制、飞行器控制、智能控制、导航与制导、控制系统设计等打下必要的专业技术基础。自动控制原理课程是自动控制专业学生培养计划中承上启下的一个关键环节，因此该课程在自动控制专业的教学计划中占有重要的位置。 二、教学内容及基本要求 第一章控制系统的一般概念（2学时） 本课程的目的及讲授内容，自动控制的基本概念和自动控制系统，开环控制与闭环控制，控制系统的组成，控制系统的基本要求。 第二章控制系统的数学模型（12学时） 控制系统微分方程的建立，传递函数的基本概念和定义，传递函数的性质，基本环节及传递函数，控制系统方框图及其绘制，方框图的变换规则，典型系统的方框图与传递函数，方框图的化简，用梅森增益公式化简信号流图。 第三章线性系统的时域分析（14学时） 典型输入信号，一阶系统的瞬态响应，线性定常系统的重要性质，二阶系统的标准型及其特点，二阶系统的单位阶跃响应，二阶系统的性能指标，二阶系统的脉冲响应，二阶系统的单位速度响应，初始条件不为零时二阶系统的过渡过程。 闭环主导极点的概念，高阶系统性能指标的近似计算。稳定的基本概念和定义，线性系统的稳定条件，劳斯稳定判据。控制系统的稳态误差，稳态误差的计算：泰勒级数法和长除法，控制系统的无静差度，用终值定理计算稳态误差，减小稳态误差的方法 第四章根轨迹法（12学时） 控制系统的根轨迹，绘制根轨迹的基本规则，控制系统的根轨迹分析，参数根轨迹，闭环系统的零极点分布域性能指标 第五章线性系统的频域分析（14学时） 频率特性的概念，典型环节频率特性的极坐标图表示，典型环节频率特性的对数坐标图表示，开环系统的对数频率特性，最小相位系统。v=0、1、2时开环系统的极坐标图，Nyquist稳定判据，用开环系统的Bode图判定闭环系统的稳定性，控制系统的相对稳定性。控制系统的性能指标，二阶系统性能指标间的关系，高阶系统性能指标间的关系，开环对数频率特性和性能指标的关系。 第六章控制系统的综合与校正（14学时） 控制系统校正的基本方法，基本控制规律。相位超前校正网络，用频率特法确定相位超前校正参数，按根轨迹法确定相位超前校正参数。相位滞后网络，用频率特性法确定相位滞后校正参数，按根轨迹法确定相位滞后校正参数。相位滞后-超前校正网络，控制系统的期望频率特性，控制系统的固有频率特性，根据期望频率特性确定串联校正参数。
研究生自动控制专业实验 地点：A区主楼518房间 姓名：实验日期：年月日斑号：学号：机组编号： 同组人：成绩：教师签字：磁悬浮小球系统 实验报告 主编：钱玉恒，杨亚非 哈工大航天学院控制科学实验室
磁悬浮小球控制系统实验报告 一、实验内容 1、熟悉磁悬浮球控制系统的结构和原理； 2、了解磁悬浮物理模型建模与控制器设计； 3、掌握根轨迹控制实验设计与仿真； 4、掌握频率响应控制实验与仿真； 5、掌握PID控制器设计实验与仿真； 6、实验PID控制器的实物系统调试； 二、实验设备 1、磁悬浮球控制系统一套 磁悬浮球控制系统包括磁悬浮小球控制器、磁悬浮小球实验装置等组成。在控制器的前部设有操作面板，操作面板上有起动/停止开关，控制器的后部有电源开关。 磁悬浮球控制系统计算机部分 磁悬浮球控制系统计算机部分主要有计算机、1711控制卡等； 三、实验步骤 1、系统实验的线路连接 磁悬浮小球控制器与计算机、磁悬浮小球实验装置全部采用标准线连接，电源部分有标准电源线，考虑实验设备的使用便利，在试验前，实验装置的线路已经连接完毕。 2、启动实验装置 通电之前，请详细检察电源等连线是否正确，确认无误后，可接通控制器电源，随后起动计算机和控制器，在编程和仿真情况下，不要启动控制器。 系统实验的参数调试
根据仿真的数据及控制规则进行参数调试（根轨迹、频率、PID 等），直到获得较理想参数为止。 四、实验要求 1、学生上机前要求 学生在实际上机调试之前，必须用自己的计算机，对系统的仿真全部做完，并且经过老师的检查许可后，才能申请上机调试。 学生必须交实验报告后才能上机调试。 2、学生上机要求 上机的同学要按照要求进行实验，不得有违反操作规程的现象，严格遵守实验室的有关规定。 五、系统建模思考题 1、系统模型线性化处理是否合理，写出推理过程？ 合理，推理过程： 由级数理论，将非线性函数展开为泰勒级数。由此证明，在平衡点)x ,(i 00对 系统进行线性化处理是可行的。 对式2x i K x i F )(),(=作泰勒级数展开，省略高阶项可得： )x -)(x x ,(i F )i -)(i x ,(i F )x ,F(i x)F(i,000x 000i 00++= )x -(x K )i -(i K )x ,F(i x)F(i,0x 0i 00++= 平衡点小球电磁力和重力平衡，有 (,)+=F i x mg 0 |,δδ===00 i 00 i i x x F(i,x) F(i ,x )i ；|,δδ===00x 00i i x x F(i,x)F (i ,x )x 对2 i F(i,x )K()x =求偏导数得：
自动化专业本科生培养方案 一、培养目标 本专业培养知识、能力、素质，德、智、体、美全面发展，在较宽的科技领域（包括控制理论与工程应用、系统分析设计与仿真、运动控制、过程控制、飞行器导航制导与控制以及系统工程技术、电子工程技术、计算机技术与应用等）掌握坚实的基础理论和系统的专业知识，并具备在高等院校、科研院所及工业企业等部门和行业从事与控制系统相关的分析、设计、开发、集成、管理及维护的高素质、复合类、创新型高级科技人才。 本专业注重宽基础、强适应性，注重基础理论及其与工程实际相结合，面向国家现代化建设，并具有紧密结合航天、宇航与国防工业现代化建设需求的人才培养特色。 二、培养要求 本专业学生主要学习自动化领域的基本理论和基本知识，接受自动化领域的基本方法及其解决实际工程问题等方面的基本训练，具有自动化工程设计与研究方面的基本能力。 （一）毕业生应在思想和情感方面具备以下主要素质： 1.政治品质。热爱祖国，关心国家大事、时事政治，有较强的法制法规观念； 2.思想品质。树立积极向上的人生观、正确的价值观和辩证唯物主义的世界观； 3.道德品质。具备良好的道德修养和文明的行为准则，具有敬业精神和职业道德。 （二）毕业生应获得以下主要方面的知识和技能： 1.掌握数理等基础理论的原理和方法； 2.具备较扎实的外语综合能力，能够顺利地阅读本专业外文文献； 3.掌握计算机、电气等关联学科的相关原理、方法及相应实验仪器的使用技能； 4.身心健康，具有较好的人文社会科学基础以及军事训练方面的基本知识； 5.掌握自动控制原理、控制系统分析和综合（设计）等专业知识和方法，具有较好的工程实践能力； 6.掌握科学计算、系统仿真、软硬件开发等实验方法和技术； 7.具有辩证的、逻辑的、形象的和创造的科学思维方式和对事物进行统计、分析、综合、归纳的技能，并具备基本的发现问题、分析问题和解决问题的能力。 （三）毕业生应在意识和意志方面具备以下主要素质： 1.协作意识。具备与同学同事协同工作、协调配合的能力； 2.创新竞争意识。崇尚科学，求真务实，具有较强的创新意识和竞争意识； 3.坚毅意志。具备勇于面对困难并善于克服困难的心理素质。 三、主干学科 控制科学与工程。 四、专业主干课程 电路I、模拟电子技术基础II、数字电子技术基础II、自动控制原理I、现代控制理论基础、自动控制元件及线路I、计算机控制、控制系统设计、导航原理、飞行器控制与制导、过程控制系统、运动控制系统。
自动控制原理 大作业 （设计任务书） 姓名： 院系： 班级： 学号： 5. 参考图5 所示的系统。试设计一个滞后-超前校正装置，使得稳态速度误差常数为20 秒-1，相位裕度为60
度，幅值裕度不小于8 分贝。利用MATLAB 画出 已校正系统的单位阶跃和单位斜坡响应曲线。 + 一．人工设计过程 1.计算数据确定校正装置传递函数 为满足设计要求，这里将超前滞后装置的形式选为 ) 1)(() 1)(1()(2 12 1T s T s T s T s K s G c c ββ++++= 于是，校正后系统的开环传递函数为)()(s G s G c 。这样就有 )5)(1()(lim )()(lim 00++==→→s s s K s sG s G s sG K c c s c s v 205 ==c K 所以 100=c K 这里我们令100=K ，1=c K ，则为校正系统开环传函) 5)(1(100 )(++= s s s s G
首先绘制未校正系统的Bode 图 由图1可知，增益已调整但尚校正的系统的相角裕度为? 23.6504-，这表明系统是不稳定的。超前滞后校正装置设计的下一步是选择一个新的增益穿越频率。由)(ωj G 的相角曲线可知，相角穿越频率为2rad/s ，将新的增益穿越频率仍选为2rad/s ，但要求2=ωrad/s 处的超前相角为? 60。单个超前滞后装置能够轻易提供这一超前角。 一旦选定增益频率为2rad/s ，就可以确定超前滞后校正装置中的相角滞后部分的转角频率。将转角频率2/1T =ω选得低于新的增益穿越频率1个十倍频程，即选择2.0=ωrad/s 。要获得另一个转角频率)/(12T βω=，需要知道β的数值， 对于超前校正，最大的超前相角m φ由下式确定 1 1 sin +-= ββφm 因此选)79.64(20 ==m φβ，那么，对应校正装置相角滞后部分的极点的转角频率为 )/(12T βω=就是01.0=ω，于是，超前滞后校正装置的相角滞后部分的传函为 1 1001 520 01.02.0++=++s s s s 相角超前部分：由图1知dB j G 10|)4.2(|=。因此，如果超前滞后校正装置在2=ωrad/s 处提供-10dB 的增益，新的增益穿越频率就是所期望的增益穿越频率。从这一要求出发，可 以画一条斜率为-20dB 且穿过（2rad/s ，-10dB ）的直线。这条直线与0dB 和-26dB 线的交点就确定了转角频率。因此，超前部分的转角频率被确定为s rad s rad /10/5.021==ωω和。 因此，超前校正装置的超前部分传函为 )1 1.01 2(201105.0++=++s s s s 综合校正装置的超前与之后部分的传函，可以得到校正装置的传递函数)(S G c 。 即) 1100)(11.0() 15)(12(01.02.0105.0)(++++=++++= s s s s s s s s s G c 校正后系统的开环传递函数为
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：自动控制原理课程设计 设计题目：控制系统的设计与仿真 院系：航天学院 班级： 设计者： 学号： 指导教师：王松艳、晁涛 设计时间：2016年3月 哈尔滨工业大学
目录 课程设计任务书............................................................................................. 错误！未定义书签。 1、题目要求与分析 (3) 1.1 题目要求 (3) 1.2 题目分析 (3) 2、人工设计 (4) 2.1 局部反馈校正和积分环节的设计及计算 (4) 2.1.1局部反馈校正 (4) 2.1.2积分环节的设计和计算 (5) 2.2 串联超前校正环节的计算 (6) 2.2.1第一次超前校正 (7) 2.2.2第二次超前校正 (8) 2.2.3第三次超前校正 (9) 3、计算机辅助设计 (10) 3.1 被控对象仿真 (10) 3.1.1被控对象开环Simulink模型图 (10) 3.1.2 被控对象开环Bode图 (11) 3.2 校正后的系统仿真 (11) 3.2.1校正后的开环Simulink模型图 (11) 3.2.2校正后的开环Bode图 (12) 3.3 对校正后闭环系统仿真 (12) 3.3.1 校正后的闭环Simulink模型图 (12) 3.3.2 单位阶跃响应仿真曲线 (13) 3.3.3 系统的进一步优化 (13) 4、校正装置电路图 (14) 4.1反馈校正环节实现电路 (14) 4.2积分环节和超前校正环节实现电路 (15) 5、设计总结 (16) 5.1 设计结论 (16) 5.2 设计方法 (17) 6、心得体会 (17)
2009年7月14日星期二 高层建筑钢结构 高层建筑钢结构 学时：36 学分：2.0 考核方法：笔试主讲教师：张文元 哈尔滨工业大学土木工程学院 College of Civil Engineering, HIT 2009年7月14日星期二 高层建筑钢结构 1、概论 2、结构用钢 3、结构体系和布置 4、荷载和作用效应 5、结构分析 6、构件设计 7、节点设计 8、非结构构件设计9、防灾 10、案例与实践 主要内容： 2009年7月14日星期二 高层建筑钢结构1、陈富生等，高层建筑钢结构设计，中国建筑工业出版 社，2004 2、刘大海等，高楼钢结构设计，中国建筑工业出版社， 2003 2、行业标准，高层民用建筑钢结构技术规程，JGJ99-98，中国建筑工业出版社，1998 3、Bungale S. Taranth, Steel, Conctete, &Composite Design of Tall Buildings, McGraw-Hill, 1998(已有中文译本)4、李国强，多高层建筑钢结构设计，中国建筑工业出版 社，2004 5、F. 哈特等，钢结构建筑资料集，中国建筑工业出版 社，2000 主要参考书： 2009年7月14日星期二 高层建筑钢结构 城市化进程加速、人口集中、低价飞 涨，节约用地成为关键； 缩短道路和管线设施长度，节约城市基础设施总投资； 改善城市面貌，体现经济实力和技术水平，成为地标性建筑。 1.1 高层建筑的发展背景 1 概论 2009年7月14日星期二 高层建筑钢结构 1）高层建筑的定义 联合国教科文组织世界高层委员会1972年将9层及9层 以上的建筑定义为高层建筑，并分成4类：第一类9～16层（最高50m 俗称小高层）第二类17～25层（最高75m 俗称中高层）第三类26～40层（最高100m 俗称高层） 第四类40层以上（高度100m 以上，称超高层）1.2 钢结构在高层建筑中的地位 高层建筑 我国《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95规定： ≥10层的居住建筑 ≥24m 且2层以上的民用建筑 2009年7月14日星期二 高层建筑钢结构 我国《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》 JGJ3-91规定≥8层为高层。 主要考虑目前登高消防车的供水高度仅为24m
自控课程设计 课程设计(论文) 设计（论文）题目 单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称 Z Z Z Z 学院 专业名称 Z Z Z Z Z 学生姓名 Z Z Z 学生学号 Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课教师 Z Z Z Z Z 设计（论文）成绩 单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(00++=s s s K s G （ksm7） 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=10。 （2）相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 （3）系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s
3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc和穿频率Wx。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 6、在SIMULINK中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式的根在s平面上变化的轨迹。 1）、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点，终于开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。故起于0、-1、-2，终于无穷处。 2）、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m和有限极点数n中大者相等，连续并且对称于实轴；本题中分支数为3条。 3）、确定根轨迹渐近线。 渐近线与实轴夹角为，交点为：。且： k=0,1,2······n-m-1; ; 则：、、；。 4）、确定根轨迹在实轴上的分布。 在（-1，0）、（，）区域内，右边开环实数零极点个数之和为奇数，该区域必是根轨迹；在（-2.-1）区域内，右边开环实数零极点个数之和为偶数，该区域不是根轨迹。 5）、确定根轨迹分离点与分离角。 分离点坐标d是以下方程的解：
一、填空题：(每空1分，共22分) 1、《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ－2002）推荐使用碳当量(或C E) 来衡量 低合金钢的焊接性能。 2、硫、磷、氮、氧和氢均为有害元素，其中磷和氮易引起 钢材的 低温冷脆。 3、影响结构疲劳寿命的最主要因素是构造状态、循环荷载和循环次 数。 4、钢材的机械性能指标为屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性 能、 Z向收缩率和冲击韧性。 5、主要焊接结构不能采用Q235 A 级钢，因含碳量不作交货条件，无法 保证含 碳量。 6、将一块Q235B级钢板与Q345B级钢板通过焊接进行连接时，宜选择 E43 型焊条。 7、?钢结构设计规范?（GB50017－2003）规定：质量属于三级的焊缝， 焊缝的 抗拉设计强度等于母材抗拉设计强度的0.85 倍。 8、单轴对称的T形截面轴心受压构件，绕对称轴失稳时易发生弯扭失 稳， 绕非对称轴时易发生弯曲失稳。 9、轴心受压构件失稳时可能绕两主轴屈曲，设计时应遵循等稳定原则，如进 行梯形钢屋架设计时屋架端斜杆应采用不等边角钢长肢相连的截面型式。 10、在轴心受压构件中，确定箱形截面板件满足局部稳定的宽（高）厚比限值 的
原则是构件应力达到屈服前其板件不发生局部屈曲（或局部屈曲临界应力不低于屈服应力，或不先于屈服），确定工字形截面确定板件宽（高）厚比限 值的原则是构件整体屈曲前其板件不发生局部屈曲（或局部屈曲临界应力不 低于整体屈曲临界应力或等稳定或不先于整体失稳）。 11、荷载作用点的位置对梁的整体稳定有影响，相对于荷载作用于工字形截面简 支梁受拉翼缘，当荷载作用于梁的受压翼缘时，其梁的整体稳定性将降低。 12、某梯形钢屋架，下弦支座处应设置刚性系杆，该系杆需要按受压杆 设计。 13、某工字形组合截面简支梁，若腹板的高厚比为100，应设置横向加 劲肋， 若腹板高厚比为210，应设置纵向加劲肋。 二、单项选择题(每题2分，共14分) 1、最易产生脆性破坏的应力状态是B 。 (A) 单向压应力状态 (B) 三向拉应力状态 (C) 单向拉应力状态 (D) 二向拉一向压的应力状态 2、采用摩擦型高强螺栓连接的两块 所受的力为 B 。 (A) N (B) 0.875N (C) 0.75N (D) 0.5N 3、如图所示，两块钢板焊接，根据手工焊构造要求，焊角高度h f应满足 A
MATLAB不考 第二章 1.传递函数定义（面试可能要问：重点是零初始条件） 2.简单传递函数建模 3.基本环节及其传递函数（P22）（重点惯性环节、振荡环节） 4.方框图及信号流图的化简 5.非线性特性的线性化当时我们也没考 习题： 1、2、3、4、5、6（a,b,c）、7（a,d,f）、8（b）、9（a）、10（d,e,f）、11(b)、12（a）、16、17、20（a） 第三章（重点） 1.典型输入信号的拉氏变换及Z变换 2.二阶系统的开环、闭环传递函数；闭环系统的特征值分布图 3.一阶、二阶系统的单位阶跃响应、单位脉冲响应曲线图 4.P83式3.4.2和3.4.3要背，图3.4.4重点 5.欠阻尼二阶系统常用性能指标的计算（公式要背，振荡次数计算不常用，了解就可以） 6.改善系统动态性能的简单方法（速度反馈、PD控制） 7.控制系统的稳定性、劳斯稳定判据 8.控制系统的稳态误差的计算（终值定理和动态误差系数都得掌握） 9.减小和消除稳态误差的方法（增大开环放大倍数、串联积分环节、顺馈控制） 习题： 1、2、3、6、7、9、10、12、14、15、16、19、22、23、29、30、34、36、38、39 第四章（重点） 1.根轨迹的概念、绘制规则10条规则（有公式的要记） 2.特殊根轨迹（与负反馈跟轨迹对比记忆），参数根轨迹 3.基于根轨迹法的校正（重点）（幅角条件重点）（过程及公式需要记）（附加开环零点（PD 控制）、串联超前校正、串联迟后校正、串联超前—迟后校正（一般不会考，太复杂）、反馈校正（移动不希望开环极点）） 习题： 1、2、3、5、6、7、8、9、11、14、15、16、17 第五章（重点）（我们当时给Bode图求传递函数是必考的） 1.典型环节的频率特性图（Nyquist图、Bode图、渐近Bode图）（Nichols图不考） 2.控制系统开环Nyquist图、开环渐近Bode图的粗略画法 3.非但未反馈系统的闭环频率特性不考（P226的5.3.5） 4.Nyquist判据（根据Nyquist图判定、根据Bode图判定） 5.稳定裕度——图示（由Nyquist图计算；由Bode图的计算）及具体计算（相角裕度、幅值裕度） 6.怎样根据系统的开环Bode图计算开环放大倍数及稳态误差 7.二阶系统开环频域指标与闭环动态性能指标的关系（教材中p.246的式（5.8.2）、p.246的式（5.8.1）） 8.高阶系统的经验公式（教材中p.249的式（5.8.7）、p.249的式（5.8.8）） 9.教材P251的5.9.4，P252的5.9.8，5.9.9，加个公式 1 sin M γγ =
学号： 课程设计 单级移动倒立摆建模及串联超前题目 校正 学院自动化学院 专业自动化专业 班级自动化0904班 姓名小白牙 指导教师 2012 年 1 月 4 日
课程设计任务书 学生姓名： 小白牙 专业班级： 自动化0904班 指导教师： 工作单位： 武汉理工大学 题 目: 单级移动倒立摆建模及串连超前校正 初始条件： 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写 等具体要求） 1、 研究该装置的非线性数学模型，并提出合理的线性 化方法，建立该装置的线性数学模型－传递函数（以u 为输入， θ为输出） ； 2、 要求系统输出动态性能满足,1%,3.4%s t s ≤≤σ试设 计串连超前校正装置。 3、 用Matlab 对校正后的系统进行仿真分析，比较校正装置加在线性化前的模型上和线性化后的模型上的时域相应有何区别，并说明原因。 时间安排： 任务 时间（天） 审题、查阅相关资料 1.5 分析、计算 2.5 编写程序 2.5 撰写报告 1 图示为一个倒立摆装置，该装置包含一个小车和一个安装在小车上的倒立摆杆。由于小车在水平方向可适当移动，因此，控制小车的移动可使摆杆维持直立不倒。 2/10,1,1.0,1s m g m l kg m kg M ====
指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 目录 摘要 (4) 1.单级移动倒立摆系统建模 (5) 1.1非线性化数学模型 (5) 1.2 线性化数学模型 (7) 2.倒立摆系统的串联超前校正 (9) 2.1未校正系统的输出动态性能 (9) 2.2 倒立摆系统的串联超前校正 (10) 2.3校正后系统的输出动态性能 (14) 3 .校正前系统与校正后系统的比较 (15) 3.1 校正前系统的仿真 (15) 3.2 校正后系统的仿真 (17) 3.3 校正前系统与校正后系统的比较 (18) 心得与体会 (20) 参考文献 (21) 本科生课程设计成绩评定表 (22)
自控课程设计课程设计(论文) 设计（论文）题目单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称Z Z Z Z学院 专业名称Z Z Z Z Z 学生姓名Z Z Z 学生学号Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课教师Z Z Z Z Z 设计（论文）成绩
单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(0 0++= s s s K s G （ksm7） 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=10。 （2）相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 （3）系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc 和穿频率Wx 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 6、在SIMULINK 中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。 1）、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点，终于开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。故起于0、-1、-2，终于无穷处。 2）、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m 和有限极点数n 中大者相等，连续并且对称于实轴；本题中分支数为3条。
哈工大2008 年 春 季学期 钢结构基本原理及设计 试 题 一、 填空题：(每空1分，共20分) 1、 计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载的 设计值；计算疲劳时，应采用荷载的 标准 值。 2、 钢材Q235B 中，235代表 屈服点 ，按脱氧方法该钢材属于 镇静 钢。 3、 对于普通碳素钢，随含碳量的增加，钢材的屈服点和抗拉强度 增高 ， 塑性和韧性 下降 ，焊接性能 变差 。 4、当采用三级质量受拉斜对接焊缝连接的板件，承受轴心力作用，当焊缝轴 线与轴心力方向间夹角满足 tan 1.5θ≤ ，焊缝强度可不计算 。 5、钢材的选用应根据结构的重要性 荷载特征、连接方法、工作环境、应力状态、钢材厚度 等因素综合考虑，选用合适的钢材。 6、钢材受三向同号拉应力作用，数值接近，即使单项应力值很大时，也不易 进入 塑性 状态，发生的破坏为 脆性 破坏。 7、 某梯形钢屋架，屋脊处应设 刚性 性系杆，该系杆按 受压 杆设计。 8、 轴心受压柱的柱脚底板厚度是按底板的 受弯 受力工作确定的。 9、 如下图突缘式支座加劲肋，应按承受支座反力的轴心受压构件计算梁平面外 （绕Z 轴）稳定，钢材Q235钢， 此受压构件截面面积值为 2960mm 2 ， 其长细比为 21.07 10、 格构式轴心受压构件绕虚轴的稳定计算采用换算长细比是考虑剪切变形 的影响。 11、实腹式单向偏心受压构件的整体稳定，分为弯矩 作用平面内 的稳定和 弯矩 作用平面外 的稳定。 二、 单项选择题(每题2分，共16分) 1、对于Q235钢板，其厚度越大 D 。 1 1 10
Harbin Institute of Technology 自动控制原理 课程设计 课程名称：自动控制原理 设计题目：变焦控制系统的设计与仿真院系：航天学院 班级： 设计者： 学号： 指导教师：金晶林玉荣 设计时间：2014年3月2日
*注：此任务书由课程设计指导教师填
目录 1.人工设计 (4) 1.1固有环节的分析 (4) 1.2性能指标的计算 (5) 2.校正环节的设计 (6) 2.1校正环节的分析 (6) 2.2串联迟后环节的设计 (8) 2.3串联超前环节的设计 (9) 3.计算机辅助设计 (11) 3.1固有环节的仿真 (11) 3.2串联迟后校正的仿真 (13) 3.3串联超前环节的仿真 (14) 3.4系统的单位阶跃响应仿真 (15) 3.5系统的斜坡信号响应仿真 (16) 4校正环节的电路实现 (19) 4.1校正环节的传递函数 (19) 4.2确定各环节电路参数 (19) 4.3绘制电路图 (20) 5设计总结 (21) 6心得体会 (22)
1. 人工设计 1.1固有环节的分析 该系统的物理背景为一个变焦系统。固有环节的传递函数为： 02 0.0025 ()0.05G s s s = + 这是一个二阶的且开环增益特别小的传递函数，作其开环渐进幅频特性曲线，如图1所示。 10 10 10 10 10 10 10 10 10 固有环节的开环幅频渐进曲线 L (d B ) w (rad/s) 图 1 固有环节的开环渐进幅频特性曲线 通过作图得出固有环节的剪切频率为：0.0022/rad s ω=，相角裕度 18090arctan(0.050.0022)89.99γ=?-?-?=?。可以得出该系统是稳定的，但显然 不满足性能指标的要求。
成绩 课程设计报告 题目控制系统的设计与校正 课程名称自动控制原理课程设计 院部名称机电工程学院 专业电气工程及其自动化 班级 10电气(1) 学生姓名董天宠 学号 1004103037 课程设计地点 C306 课程设计学时 1周 指导教师陈丽换 金陵科技学院教务处制
目录 一、设计目的 (3) 二、设计任务与要求 (3) 三、设计方案 (4) 四、校正函数的设计 (4) 4.1、校正前系统特性 (4) 4.2、利用MATLAB语言计算出超前校正器的传递函数 (6) 4.3校验系统校正后系统是否满足题目要求 (7) 五、函数特征根的计算 (8) 5.1校正前 (8) 5.2校正后 (9) 六、系统动态性能分析 (10) 6.1 校正前单位阶跃响应 (10) 6.2校正前单位脉冲响应 (11) 6.3校正前单位斜坡信号 (14) 七、校正后动态性能分析 (14) 7.1 校正后单位阶跃响应 (15) 7.2 校正后单位冲击响应 (15) 7.3 校正后单位斜坡响应 (16) 八、系统的根轨迹分析 (17) 8.1、校正前根轨迹分析 (17) 8.2、校正后根轨迹分析 (19) 九、系统的奈奎斯特曲线分析 (21) 9.1校正前奈奎斯特曲线分析 (21) 9.2 校正后奈奎斯特曲线分析 (22) 设计小结 (23) 参考文献 (24)
1.设计目的 1）掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补偿（校正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性 能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。 2）学会使用MATLAB 语言及Simulink 动态仿真工具进行系统仿真与调试。 2.设计任务与要求 已知单位负反馈系统的开环传递函数0 K G(S)S(0.1S 1)(0.001S 1) = ++， 试用频率法设计串联超前校正装置，使系统的相位裕度 045γ≥，静态速度误差系数1v K 1000s -= 1）首先， 根据给定的性能指标选择合适的校正方式对原系统进行校正，使其满足工作要求。要求程序执行的结果中有校正装置传递函数和校正后系统开环传递函数，校正装置的参数T ，α等的值。 2)利用MATLAB 函数求出校正前与校正后系统的特征根，并 判断其系统是否稳定，为什么? 3)利用MATLAB 作出系统校正前与校正后的单位脉冲响应曲线，单位阶跃响应曲线，单位斜坡响应曲线，分析这三种曲线的关系？求出系统校正前与校正后的动态性能指标 σ%、tr 、tp 、ts 以及稳态误差的值，并分析其有何变化？