自动控制课程设计报告

1、-自动控制课程设计一、设计要求：对以下5马力他励直流电动机进行转速单闭环控制。转速闭环控制器的输入为转速偏差，输出为施加于电机上的电枢电压。指令转速设定为200 rad/s (1911 rpm)。1. 建立直流电机以电枢电压为输入、角转速为输出的传递函数，用MATLAB*软件编制m程序进行Bode图辅助设计，选择合适的控制器结构及参数，使系统满足以下基本要求：1）系统对阶跃型转速指令无静差；2）开环系统增益穿越频率为1015rad/s（此值影响电机启动电流）；3）相角裕度>60°。2. 用Simulink搭建mdl仿真模型（采用分解模型，否则无法观察电枢电流）对设计结果进行验证

2、、完善，使最终设计结果进一步满足下述要求：1）空载启动，转速爬升到指令值90%的时间<0.5s；2）空载启动电流（以过渡过程中的最大值计）不超过额定电压下直接启动时的数值。3. 在电机空载稳定运行中突加阶跃型额定负载转矩，观察转速跌落情况并与无闭环控制的电机做对比，分析、体会闭环控制在抗扰性方面的优势。电机参数如示：励直流电动机数额定电压：240 V 电枢电感L：0.028 H额定电流：19.7 A 转矩常数Kt：1.03 N·m/A额定转速：183 rad/s (1750 rpm) 电势常数Kv：1.03 V·s/rad额定转矩：20.4 N·m 转动惯量

3、J：0.02215 Kg·m2电枢电阻R：2.581 ohm 粘性摩擦系数c：0.002953 N·m·s二、原理推导三、设计过程1.利用MATLAB编程进行辅助设计，时系统满足前三个条件 1）对原系统进行分析原系统的开环传递函数： 1661-s2 + 92.31 s + 1723绘制出原系统的波特图；分析：由图知穿越频率不满足要求，而且系统要求对阶跃响应无误差跟踪，则需要增加一个积分环节。则传函变为： 1661-s3 + 92.31 s2 + 1723 s对应波特图为：为满足条件穿越频率在1015HZ间，增加K以满足条件，增加K后穿越频率会向右移，但同时系统的相

4、位裕度也会减小，为满足题目要求，需合理选择K值，经过比较试验，此处K取10，此时所得的开环传递函数为： 1.89e004-s3 + 92.31 s2 + 1723 s所得系统的波特图为：分析可知，此时系统的穿越频率为9.02<10，不满足穿越频率要求；相位裕度满足要求。可以再设计一个超前校正器以适当增大穿越频率，同时增加相位裕度。波特图辅助分析程序：clearL=0.028;Kt=1.03;Kv=1.03;J=0.02215;R=2.581;c=0.002953;K=10;n1=Kt/(J*L)*K;d1=1 (R/L+c/J) (c*R+Kv*Kt)/(J*L);n2=1;d2=1 0

5、;num=conv(n1,n2);den=conv(d1,d2);sys=tf(num,den)bode(num,den)title('ͼ3 ¼ÓÈë±ÈÀý»·½ÚºóϵͳµÄ²¨ÌØͼ')grid超前校正器设计所用MATLAB程序：clearL=0.028;Kt=1.03;Kv=1.03;J

6、=0.02215;R=2.581;c=0.002953;K=10;n1=Kt/(J*L)*K;d1=1 (R/L+c/J) (c*R+Kv*Kt)/(J*L);n2=1;d2=1 0;num=conv(n1,n2);den=conv(d1,d2);sys=tf(num,den)Pm0=63;gamad=65; % 设计相位裕度phai=gamad-Pm0+7;pha=phai*pi/180;alpha=(1+sin(pha)/(1-sin(pha);mag,phase,w=bode(sys);adb=20*log10(mag);am=-10*log10(alpha);wgc=spline(ad

7、b,w,am);%插值T=1/(wgc*sqrt(alpha);alphat=alpha*T;Gc=tf(alphat 1,T 1)超前校正器函数： 0.113 s + 1-0.08246 s + 1系统的开环传函为 1877 s + 1.661e004-0.08246 s4 + 8.612 s3 + 234.4 s2 + 1723 s系统波特图为：系统的阶跃响应为：分析：由图5知:对阶跃响应无误差跟踪 由图4知：系统的穿越频率为10.4>10，相位裕度为68.4度>60度，满足题目要求。2.用Simulink搭建mdl仿真模型对设计结果进行验证、完善。加入矫正器后系统的结构框图：

8、将具体参数带入有：a)观察系统的响应时间 得到系统的阶跃响应图为：图6 用simulink仿真得到的系统阶跃图结果分析：由图可知，系统的响应时间约为0.2秒，小于设计要求的0.5秒，满足设计要求。b）观察比较冲击电流的大小以及电流响应过程：1）未加矫正器时直接在U=240V下启动电流电路结构：电流响应图：图7 无闭环控制时额定电压下直接启动时电流响应图分析：可以看出冲击电流较大，约为72A.2）加入矫正器后电路结构：电流响应图：图8 加入控制器后在200r/min指令下的电流响应图结果分析：由图7和图8对比可知，加入矫正器后，空载启动时的冲击电流约为35A，小于在240V电压下直接空载启动时的

9、冲击电流值约72A，满足设计要求。3.在电机空载稳定运行中突加阶跃型额定负载转矩，观察转速跌落情况并与无闭环控制的电机做对比，分析。a)有闭环控制时在2秒时突加阶跃型额定负载的转速的变化响应过程：电路结构：加入200r/min指令后得到转速变化图：图9 加入闭环控制稳定运行2秒后加入负载后转速变化图b) 无闭环控制时在2秒时突加阶跃型额定负载的转速的变化响应过程：电路结构1：所得图形：图10 无闭环控制器稳定运行2秒后加入负载后转速变化图结果比较分析：无闭环控制时加入额定负载转矩时，转速下降约40r/min，自动调节能力差，抗干扰能力差。而加入闭环控制器后，稳定运行后加入干扰后，转速虽有短暂下

10、降，但下降幅度较小，且自动调节能力强，恢复到接近干扰前的转速水平，即加入闭环控制器后系统的抗干扰能力提高明显。四其他方案比较： 此题目也可以不用超前校正器，由图3可以看出，此时相位裕度为63.1度，穿越频率为9.02HZ，通过适当增加K值，可以使穿越频率右移，虽然相位裕度有所下降，但此时仍可以保证大于60度。电路结构如示：此时系统的波特图为：用simulink得到的阶跃响应图为：图12 只计入比例和积分环节得到的阶跃响应图得到的电流响应为：图13 只计入比例和积分环节加入阶跃响应得到的电流响应图2秒时加入干扰信号得到准转速变化图图14 2秒时加入干扰信号得到准转速变化图对比分析：由图6和图12

11、加入矫正环节后系统的阶跃响应图可以看出，虽然两者的响应时间都接近0.2秒，但是未加超前校正环节时系统有超调量，但是加入 矫正环节后系统的稳定时间会增加，但是没有出现超调，这是因为超前校正环节可以提高系统的相位裕度，从而减小超调。同时对比图9和图14可以看出，未加入超前校正器的系统对指定转速仍有超调，而在比例和积分环节上载加上超前校正环节后系统对指定指令没有超调，设计更优。结论：通过对比，仍选择矫正器环节为比例环节加上积分环节再加上超前校正器共同构成，即为标题三设计过程中所得到的校正器。即其电路结构仍为：五心得体会与总结 本次课程设计考察了较多基本概念及对书本的理解，比如如何实现对信号的无误差跟

12、踪以及对闭环控制等对系统响应的影响等。开始设计的时候由于对题意理解没有到位而采用惯性思维直接将控制器加在了输入电压后面，导致整个设计失败，后来即使调整，认真将题目要求理解透彻的基础上整理了设计思路，然后开始具体实施，避免了整个方向出错。同时本次设计也考察了波特图的很多知识，比如K对穿越频率的影响，相位裕度与超调量的关系等，通过此次实验也加深了对波特图的理解，复习了课本上的相关知识，同时更加熟练了MATLAB编程方式，在设计过程中叶更加注重规范，字体图标相对以前也有了一些进步，也会多用多一些对比的方式，而不再单一的完成设计任务，所获得的提高也更大一些。总体来说，此次课程设计收获较大，通过自己翻阅

13、资料然后完成设计能较大的提高自己的能力，希望以后能多做这样的课程设计，也会在完成过程中更加规范，力求做得更好。六参考书目Morris Driels. Linear Control Systems Engineering. Beijing:Tsinghua University Press,2021 :272-440 韩利竹，王华.MATLAB电子仿真与应用 .北京：国防工业出版社，2021 :47-160周建华，黄艳.MATLAB学习教程 .北京：北京大学出版社，2021 :146-271 教师见习报告总结期待已久的见习已经结束了，在龙岩三中高中部见习听课，虽然只是短短的两个星期，但感触还是蛮

14、深的，以前作为一名学生坐在课室听课，和现在作为一名准教师坐在课室听课是完全不同的感受，感觉自己学到了一些在平时课堂上学不到的东西。在这里，我获得的不仅是经验上的收获，更多是教学管理，课堂教学等的理念，以及他们带给我的种种思考。教育见习实践过程：听课。教育见习的主要目的是让学生在指导教师的引导下，观摩教师上课方法、技巧等。听课是教育见习的主要内容。我院规定在一周的见习中需完成至少6课的见习任务。我在教师的安排指导下，分别对高一、高二物理专业课型为主，其他课型齐头的方式，积极主动的完成了听课任务，收到良好的效果。我听的第一节课是高二（8）班，这是一个平衡班，水平不如实验班高。在上课前。科任老师已经

15、跟我说了这个班的纪律是比较差的，而且成绩也不是很好。在我听课期间，确实有几个学生在课堂上说话，但是我发现了一个有趣的现象，这个现象我在往后的几个班都发现了，就是绝大部分的学生的学习热情都好高涨，积极举手发言，积极参与课堂活动。我跟老师们提起这个现象的时候，科任老师就跟我说，一个班里不可能所有的学生都能全神贯注地听完一节课，所以作为一名教师，应该想办法吸引学生的注意力，调动的积极性，比如可以以小组为单位，以抢答计分的形式调动学生的积极性，这样课堂气氛就会活跃起来了。在为期两周的见习工作中，我真的有很大的感触，我第一次感受到自己已经从一名学生向一名教师靠近，走在校园里，每当有学生叫我一声老师，我在

16、感到无比自豪的同时，还感受到了自己的责任。见习工作结束了，我要回到学校继续我的学习了，但是我会好好记住我从*中学学到的一切，并应用于我的专业学习中去。一、教学管理理念 在龙岩三中，从领导阶层到一位普通的科任老师，都秉承以学生为主体的宗旨进行学校的管理，进行教学工作的开展。作为一个课程改革的示范学校，一个教育实验基地。这所学校鼓励着老师做各种研究，各种改革。每个班主任都有着自己的管理经验与管理宗旨。有了这种思想的自由，自然这里也就充满着探索与尝试，从而有所创造与进步。在我见习的班集体中，班主任对他的学生说：“我要让你们成为学习型的管理者，也是管理型的学习者。”这样一句简单的话，让我感到

17、这里老师进行班级管理的良苦用心。他们关心的不只是学生的学习，更多的是从一个完整的人的概念出发，去培养学生多方面的素质。二、教学理念 在见习期间，借着录课的机会，我听了很多的市级，校级的公开棵，还有理科实验班的课。在这些课堂上，让我看到教学改革正在悄然进行，有意识的老师正在努力体会“以学生为主体”的课堂模式。学生的创造也逐步成为教师追求的教学效果。其次，这里的老师也都在适应着多媒体教学，信息化教学，使得课堂更加生动，资源更加丰富，学生获取学习资源的渠道也就更多。尽管，这种教学理念、教学模式的推广仍然有很长的路，但似乎也并不遥远，相信，这股改革的浪潮会给教育领域带来很大的冲击。 

18、;三、实际工作经验 在上面，是我在这所学校感受最深刻，也是认为最有意义的收获。实际工作经验上，由于在指导老师的指导下，也获取了许多。 在班主任工作上，我认识到了一个老师的表率作用是很大的，学生时刻看老师，作为一个老师，应该从自己严格要求，并影响感染学生。这就要求师生之间的相互交流必须是贴心的，也是带有希望的。见习期间，班主任老师教给了我许多的班级管理经验。我想这些经验是宝贵的，更为宝贵的是老师的主动精神。在他的言谈中，看出一个老师对于班级管理的深度认识。所以我想：一个好的班主任不应只是从学习上给学生帮助，而是从一种“管理”的角度上去让班级受益，让班级体的每个成员成长。 教学工作上，由于指导老师的认真指导，我较好地完成了教学任务。同时，与合作伙伴一同对各种教学模式进行了探讨，尝试。尽管，有的时候没有达到我们理想的效果，但也获取了很多的教学经验。在上了6节课后，我深刻体会到了了解