自动控制项目作业

自动控制上机大作业

班级： 学号： 姓名：

1.1

设质量——阻尼——弹簧系统的微分运动方程为

d2x(t)dx(t)?Kx(t)?f(t) M2?Bdtdt式中，x(t)为位移输出信号，f(t)为输入的力信号。质量为M=1kg，粘性摩擦系数为

B = 5N / m? s?1，弹簧的弹性系数为K=20N/m。当t=0 时，施加外力f(t)=30N，试问系统

何时达到稳定？并画出该机械系统位移、速度随时间变化的曲线以及速度与位移的关系曲

线。

提示：龙格-库塔法求解微分方程数值解的函数：odel13(), 调用方式：[T,Y] = ODE113(ODEFUN,TSPAN,Y0,OPTIONS)。

其中ODEFUN 为用户自定义的系统微分方程的描述，本题中可使用xt4odefile.m 文件定义的函数； TSPAN 表示计算开始和结束的时间；Y0 表示微分方程的初始条件；OPTION 为计算精度的可选参数，由 odese()函数设置。

odel13()函数只接受一阶微分方程的形式，使用时需要先将高阶方程化为若干个一阶微分方程；

绘图函数：plot()，subplot(); 程序：

ft = 30; M=1; B=5;

K=20;

自动控制原理作业

1、下图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开、闭的工作原理，并画出系统方框图。

2、下图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。

3、用离心调速器的蒸汽机转速控制系统如图所示。其工作原理是：当蒸汽机带动负载转动的同时，通过圆锥齿轮带动一对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链可带动套筒上下滑动，套筒内装有平衡弹簧，套筒上下滑动时可拨动杠杆，杠杆另一端通过连杆调节供汽阀门的开度。在蒸汽机正常运行时，飞锤旋转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡，套筒保持某个高度，使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速?下降，则飞锤因离心力减小而使套筒向下滑动，并通过杠杆增大供汽阀门的开度，从而使蒸汽机的转速回升。同理，如果由于负载减小使蒸汽机的转速?增加，则飞锤因离心力增加而使套筒上滑，并通过杠杆减小供汽阀门的开度，迫使蒸汽机转速回落。这样，离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速?保持在某个期望值附近。

指出系统中的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。

4、电压调节系统如图所示：分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画

SHANGHAI UNIVERSITY

课程项目

MATLAB的模拟仿真实验

专业课：自动控制原理

学 院 机自学院

专业（大类） 电气工程及其自动化

姓名学号

分工：蒋景超负责MATLAB仿真部分

顾玮负责分析结论 其它共同讨论

二阶系统性能改善

一、要求

（1）比例-微分控制与测速反馈控制的传递函数求解 （2）性能分析与对比

（3）举出具体实例，结合matlab分析

二、原理

在改善二阶系统性能的方法中，比例-微分控制和测速反馈控制是两种常用的方法。

（1）比例-微分控制：

比例-微分控制是一种早期控制，可在出现位置误差前，提前产生修正作用，从而达到

改善系统性能的目的。

图1 比例微分控制系统

（2）测速反馈控制：

测速反馈控制是通过将输出的速度信号反馈到系统输入端，并与误差信号比较，其效

果与比例微分-控制相似，可以增大系统阻尼，改善系统性能。

图2测速反馈控制系统

(3)经典二阶控制系统

图3经典二阶控制系统

三、实例分析

?n2?n21、标准传递函数 G(s)? ?(s)? 2s(s?2??n)s(s?2??n)??n?n?2.0

自控控制原理 MATLAB 程序设计作业 指导老师:汪晓宁 目录

一、题目 ............................................ 2 二、运行结果 ........................................ 3 三、程序说明 ........................................ 8

四、附录 ............................................ 9 代码 . ............................................. 9 参考文献 ......................................... 17

一、题目

用 Matlab 创建用户界面,并完成以下功能

a 将产生未综合系统的根轨迹图以及 0.707阻尼比线, 你可以交互地选择交点的运行 点。 界面能显示运行点的坐标、 增益值以及近似为二阶系统估算的超调量、 调整时 间、峰值时间、阻尼比、无阻尼自然震荡频率以及稳态误差

b 显示未综合系统的阶跃响应

c 输入控制器的参数, 绘制综合后系统的根轨迹图以及显示综合的设计点

自动控制原理A（2）课外作业

已知单位反馈控制系统如图所示，其中G0(s)?K。 s(s?1)

要求：

1、 试用频率法设计串联超前校正网络Gc(s)，满足：单位斜坡输

入时，位置输出稳态误差ess?1???7.5rad/s，，开环截止频率?c16相角裕度????45，请写出校正具体步骤；

2、 用MATLAB画出校正前系统、校正装置和校正后系统的Bode图； 3、 用MATLAB绘制校正前和校正后系统的单位阶跃响应图，并分

析两个系统不同的动态性能指标（超调量、调节时间等）。 4、 如果在Gc(s)前的前向通路中加入一个周期为T的理想采样开

关构成采样闭环控制系统，试用MATLAB绘制：当采样周期T分别取0.01, 0.1, 1, 10时，采样控制系统的单位阶跃响应，并与未加采样开关时的连续系统的单位阶跃响应比较，分析采样器及采样周期的大小对系统性能的影响。

解：单位斜坡输入时，位置稳态误差ess?1k?116,k?16。待校正网络

的截止频率?c'?4rads，相角裕度??180?90?arctan??c'??14。 待校正网络的开环对数幅频和相频曲线如图：

Bode Diagram50Magnitude (dB)Phase (deg)0-

自动控制原理课程设计

本课程设计的目的着重于自动控制基本原理与设计方法的综合实际应用。主要内容包括：古典自动控制理论（PID）设计、现代控制理论状态观测器的设计、自动控制MATLAB仿真。通过本课程设计的实践，掌握自动控制理论工程设计的基本方法和工具。

1 内容

某生产过程设备如图1所示，由液容为C1和C2的两个液箱组成，图中Q为稳态液体流量(m3/s)，?Qi为液箱A输入水流量对稳态值的微小变化(m3/s)，

?Q1为液箱A到液箱B流量对稳态值的微小变化(m3/s)，?Q2为液箱B输出水流量对稳态值的微小变化(m3/s)，h1为液箱A的液位稳态值(m)，?h1为液箱A液面高度对其稳态值的微小变化(m)，h2为液箱B的液位稳态值(m)，?h2为液箱B液面高度对其稳态值的微小变化(m)，R1,R2分别为A，B两液槽的出水管液阻

(m/(m3/s))。设u为调节阀开度(m2)。

已知液箱A液位不可直接测量但可观，液箱B液位可直接测量。

Qi+△Qih10+△h1AQ10+△Q1h20+△h2BQ20+△Q2

图1 某生产过程示意图

要求

1. 建立上述系统的数学模型；

2. 对模型特性进行分析，时域指标计算，绘出bode,乃示图，阶跃反应曲线 3

教案 2006~07第一学期

课程名称 学分 总学时 课程属性 先修课程 教材 自动控制原理 3.5 72（授课66，实验6） 必修 高等数学；积分变换；复变函数；模拟电路；电路分析。 自动控制原理（第二版） 华北电力大学 于希宁、刘红军主编 电力出版社 参考教材 1、自动控制理论复习指导与习题详解 于希宁、刘红军主编 电力出版社 2、自动控制原理 金慰刚主编 天津科学技术出版社 3、自动控制原理 胡寿松主编 科学出版社 4、自动控制原理习题集 胡寿松主编 国防工业出版社 授课教师 于希宁 授课专业和授1、自动化04-1、2、3、4、5； 课班级 2、仪器仪表04-1、2； 3、科技学院自动化04-1、2。

1

第一次课 本次课所属章节 《自动控制原理》课程的重要性；本课程最终所要达到的目教学目的及基本要求 的；课程的主要内容及各内容之间的相互连带关系；该课程需要掌握的前期基础知识；该课程对后续课程及工程应用有哪些支撑作用；自动控制系统的一般概念。 激发学生产生强烈的求知欲望，调动学生学习本课程的积极重点 性以及如何学好本课程的方法。负反馈控制系统的一般组成及调节机理。

第一章第二章

一、单项选择题

1、适合应用传递函数描述的系统是 ( ) 。 （分数：1分） A. 单输入，单输出的线性定常系统 B. 单输入，单输出的线性时变系统 C. 单输入，单输出的定常系统 D. 非线性系统

正确答案：A

2、

采用负反馈形式连接后，则 ( )。

（分数：1分）

A. 一定能使闭环系统稳定 B. 系统动态性能一定会提高

C. 一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除 D. 需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能

正确答案：D

3、若某负反馈控制系统的开环传递函数为，则该系统的闭环特征方

程为 ( ) 。 （分数：1分）

A. s(s+1)=0 B. s(s+1)+5=0 C. s(s+1)+1=0

D. 与是否为单位反馈系统有关

正确答案：B

4、关于传递函数，错误的说法是 ( ) 。 （分数：1分） A. 传递函数只适用于线性定常系统；

B. 传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响； C. 传递函数一般是为复变量s的真分式； D. 闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性

正确答案：B

5、

非单位负反馈系统，

自动控制理论在车辆主动悬架中的应用

作者：李亮 指导老师：赵贤林

摘要：电子技术和自动控制理论在车辆上的应用，大大的改善了车辆的行驶平顺性和操作稳定性等。但是，这些控制系统大多是针对车辆的某一性能指标设计的，而整车性能的改善需要车辆各系统的协调工作。本文首先根据车辆动力学基本原理，建立了车辆主动悬架系统；然后以这个系统为研究对象，对主动悬架系统经过集成控制和优化后，车辆的行驶平顺性和操纵稳定性等综合性能得到了明显改善。

关键词：自动控制；主动悬架系统；集成控制；行驶平顺性；操纵稳定性

Automatic control theory application in

vehicle active suspension

Author：Li Liang Instructor：Zhao Xianlin

Abstract：Electronic technology and the application of automatic control theory on the vehicle, greatly improve the riding comfort of vehicle and the operation stabilit

中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院

自动控制理论 课程作业4（共 4 次作业） 学习层次：专升本 涉及章节：第5章～第6章

1 某单位反馈系统,其开环传递函数G(s)?K式中K=7,T=0.087。

s?Ts?1?要求绘制近似对数幅频曲线和对数相频曲线。

K(?s?1)(K?1)的开环系统的Bode图（提示：分2 试绘制传递函数为：G(s)?Ts?1别讨论T??;T??;T??三种情况）。

3 设非最小相位系统的开环传递函数为：G(s)H(s)?据分析闭环系统的稳定性。

4 系统结构图如图所示：

R(s)- k s+3++1 sC(s)K(?s?1)。试应用奈氏判

s(Ts?1)

试应用奈氏判据判断闭环系统的稳定性。

15 试证明惯性环节G(s)?的幅相特性曲线为一个半圆。

Ts?1

6 已知一环节的传递函数为：G(s)?相特性曲线和Bode图.

7 求闭环系统临界稳定时的K值

T1s?1(1?T1?T2?0)。试绘制该环节的幅T2s?1R(s) C(s) K (Ts+1)3 -

8 已知单位负反馈系统的开环传递函数G(s)?裕度??36时的T值.

9 单位反馈系统的开环传递函数G?s??100,