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1、控制系统课程设计任 务 书自动控制系统综合课程设计是一个实践性很强的教环节，以综合课程设计与实践为重点。有模拟电子、数字电子、电力电子、单片机、自动控制系统、自动控制原理等新技术组成的实用自动控制系统，内容新颖丰富。加强自动控制系统基本理论的学习和基本技能的训练，启发学生创新思维以及独立解决实际问题的能力，提高设计、装配、调试能力。一、适用专业自动化、电气工程及其自动化、电子技术、应用电子技术、电力系统及其自动化等（本科、专科）。根据不同层次的专业和按排的学时数，自动控制系统综合课程设计与实践的内容、要求可以有所不同。鼓励和支持学生多做实用、创新和具有挑战性的项目。 二、基本要求 1 综合运用
2、自动控制系统课程中所学到的理论知识去独立完成一个自动控制系统综合课程设计与实践课题。 2 通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。 3 进一步熟悉实用的自动控制系统类型和特性，并掌握合理选用的原则。 4 学会实用、筒单的自动控制系统设计、安装与调试。 5 进一步熟悉电子仪器或科学计算工具（如Matlab、Labview）的使用方法。 6 学会撰写自动控制系统课程设计与实践报告。 7 培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。 8 遵守纪律，注意用电安全，防止事故尤其是重大事故发生。 三、实施方案 1 本次课程设计，23人一组；设小组长一名，负责小组的管理以及与指导教师的
3、沟通联系；设计内容的任务分解与分工由组员协商解决。 2 每小组成员共同完成课题的任务要求，但必须独立撰写课程设计报告。 3 课程设计报告要求完整地阐明系统理论分析方法，控制器设计过程，提交实验程序和实验结果，以及对本次课程设计的认识。4 任务完成后，现场考核控制系统课程设计完成情况，要求能准确流利地回答各种问题。 5 上交实训实物、自动控制系统综合课程设计与实践报告。清还工具、仪表，搞好清洁卫生。 四、实验设备1、 EL-AT-II型实验箱 2、 球杆系统 五、任务及要求（三选一）设计任务一 基于模拟电路的控制系统分析与设计内容：在EL-AT-II型实验箱上，通过模拟电路组建控制系统实物仿真模
4、型，并进行分析与设计。要求：1. 利用试验箱，搭建传递函数模型为：三阶被控对象模拟电路（参考“自动控制原理实验指导书”）；2. 设计一个满足时域或频域性能指标的控制系统A） 时域设计-自己指定一个时域性能指标（如超调量5%，调节时间1秒等），利用主导极点概念、根轨迹法，对系统进行分析设计，控制器可选择为：也可利用现代控制理论，设计通过状态反馈，进行极点配置（系统极点可自行指定，但要注意主导极点与时域指标的关系）。B） 频域设计-自己指定一个频域性能指标，如稳定裕度等，根据“自动控制原理”（胡寿松5版）第六章方法，设计超前滞后补偿器（频域分析要求绘制Nyquist图或Bode图）：3. 课程设计
5、报告要求：搭建模拟电路系统和Matlab仿真模型；在A或B项中，任意选择一种设计方法，通过理论分析确定控制器参数，进行仿真和实验验证，讨论仿真与模拟电路实验的不同之处，并分析其原因。课程设计报告将重点考察系统的设计思路和原理以及实现方法。设计任务二 球杆系统模型分析及系统设计内容：建立球杆系统的数学模型，设计PID控制器，并进行仿真和实验比较。要求：1. 通过文献阅读，熟悉球杆系统的物理构造及机械和电气特性，了解其模型建立方法；2. 建立球杆系统的数学模型；利用时域分析法、频域分析法和根轨迹分析法，设计PID控制器，分析系统稳定性和动态性能；3. 利用Matlab软件平台，将不同方法设计的控制
6、系统进行仿真和实物控制实验比较，对不同设计方法的系统性能进行总结。课程设计报告将重点考察系统的设计思路和原理以及实现方法。设计任务三 Project: A Pitch Control for an Airplane SystemGolden Nugget Airlines decided to open a free bar in the tail of their airplanes in an attempt to lure customers. In order to automatically adjust for the weight shift due to passengers
7、rushing to the bar when it first opens, the airline is mechanizing a pitch-attitude autopilot. The following figure shows the block diagram of the proposed arrangement. The passenger moment is modeled as a step disturbance , with a maximum value 0.6. The reference input could take on any value, incl
8、uding zero (this would mean level flight). The goal of the controller design is to keep the steady state error below 0.02 rad.1. For the following system, find the transfer function between the output and the reference input (assume ).2. Find the transfer function between the error E and the referen
9、ce input (assume ).3. Find the transfer function between the output and the disturbance input (assume ).4. Find the transfer function between the error E and the disturbance input (assume ).5. Find the characteristic equation of this system as a function of .6. Find the values or ranges of values of
10、 that will keep the system stable.7. Find the expression for the error E (between the reference and the output of the system) when both the reference input and the disturbance input are present, assuming and to be step functions with amplitudes of 0.1 to 0.6 respectively.8. Find the final value of t
11、his error as a function of . This is the steady state error.9. From item 8, choose a value for such that the steady state error is less than 0.02 rad. If that cannot be achieved, find the for the minimum possible steady state error. How much is this error?10. Verify your work using SIMULINK. Show pl
12、ot of vs. time when both inputs are active. Choose what you find in item 9, and verify that you get the steady state error that you calculated.11. Is this an acceptable solution to your controller design problem? Even if the steady state error were acceptable, what about the setting time? Write your
13、 comments on this issue.12. Assume that you have the derivative of available (the instrument is called a “rate gyro”). Can you incorporate a term in the system, with an appropriate value of , so that the steady state error become small (0.02) within 10 seconds? Draw a block diagram to show where thi
14、s new term will enter your system.13. With the new configuration of the system, find appropriate values for and to achieve the original goal of steady state error 0.02 rad.14. Verify your design with SIMULINK. Produce appropriate plots, labeled properly, and explain your answer.15. Design a new cont
15、roller other than the proposed controller above to make steady state error as small as (0.02) within 10 seconds. The selected controller can be any kind of controller that you have learned in your previous control system course. 16. Design a fuzzy PID controller using Fuzzy Toolbox to make steady state error as small as (0.02) within 10 seconds. 17. Write a discussion of what you learned from doing this project.Note: Please submit a typed report, where all equations are also typed (use MS Word Equation Editor). In your report, address each item separately. Pages must be numbered, and
