自动控制原理课程设计

### 自动控制原理课程设计知识点解析 #### 一、课程设计评分标准 1. **学习态度**（15分）: - **优秀**: 学习态度认真，科学作风严谨，能够严格按照设计任务书的规定进度开展工作，并确保设计时间。 - **良好**: 学习态度较为认真，科学作风良好，能按期圆满地完成任务。 - **中等**: 学习态度尚好，遵守组织纪律，基本能够按照规定的设计时间完成各项任务。 - **及格**: 学习态度一般，能够遵守组织纪律，虽有瑕疵但能按时完成任务。 - **不及格**: 学习态度马虎，纪律涣散，工作作风不严谨，不能保证设计时间和进度。 2. **技术水平与实践能力**（25分）: - **优秀**: 设计合理、理论分析与计算正确，具有很强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献查阅能力强且引用合理、调查调研非常合理可信。 - **良好**: 设计合理、理论分析与计算正确，具有较强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献引用、调查调研较为合理可信。 - **中等**: 设计合理，理论分析与计算基本正确，实验数据无大错，有一定的实际动手能力，主要文献引用、调查调研比较可信。 - **及格**: 设计基本合理，理论分析与计算有误但无大错，实验数据基本可靠，实际动手能力一般，文献引用、调查调研存在一定的问题。 - **不及格**: 设计不合理，理论分析与计算有原则性错误，实验数据不可靠，实际动手能力差，文献引用、调查调研存在较大问题。 3. **创新能力**（10分）: - **优秀**: 有重大改进或独特见解，具有一定实用价值。 - **良好**: 有较大改进或新颖见解，实用性尚可。 - **中等**: 有一定改进或新的见解。 - **及格**: 有一定见解。 - **不及格**: 观念陈旧。 4. **论文撰写质量**（50分）: - **优秀**: 结构严谨、逻辑性强、层次清晰、语言准确流畅、完全符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文，图纸非常工整清晰。 - **良好**: 结构合理、符合逻辑、文章层次分明、语言准确、文字流畅、符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文，图纸工整清晰。 - **中等**: 结构合理、层次较为分明、文理通顺、基本达到规范化要求，图纸比较工整清晰。 - **及格**: 结构基本合理、逻辑基本清楚、勉强达到规范化要求，文字尚通顺，图纸比较工整。 - **不及格**: 内容空泛、结构混乱、文字表达不清、错别字较多，达不到规范化要求，图纸不工整或不清晰。 #### 二、具体设计任务 - **设计题目**: 倒立摆系统的控制器设计 - **设计对象**: 小车倒立摆系统 - **系统参数**: - 小车质量 \(M = 1.096 \text{ kg}\) - 摆杆质量 \(m = 0.109 \text{ kg}\) - 小车摩擦系数 \(b = 0.1 \text{ N/s}\) - 摆杆转动轴心到杆质心的长度 \(l = 0.25 \text{ m}\) - 摆杆惯量 \(I = 0.0034 \text{ kg} \cdot \text{m}^2\) #### 三、设计要求 1. **根轨迹法设计控制器**: - 调整时间 \([pic]\) - 最大超调量 \([pic]\) 2. **频率特性法设计控制器**: - 静态位置误差常数为10 - 相位裕量为50° - 增益裕量等于或大于10分贝 3. **PID控制器参数设计**: - 调整时间 \([pic]\) - 最大超调量 \([pic]\) #### 四、学生需完成的任务 1. **建立数学模型**: 利用设计指示书中推导的模型及任务书中的实际参数，建立小车倒立摆的实际数学模型。 2. **开环系统时域分析**: - 分析开环系统的动态特性。 - 计算系统响应的时间参数。 3. **根轨迹法设计控制器**: - 设计控制器以满足调整时间和最大超调量的要求。 - 进行闭环系统的仿真分析。 4. **频率特性法设计控制器**: - 设计控制器以满足静态位置误差常数、相位裕量和增益裕量的要求。 - 进行闭环系统的仿真分析。 5. **PID控制器设计**: - 调整PID控制器参数以满足调整时间和最大超调量的要求。 - 进行闭环系统的仿真分析。 6. **撰写课程设计报告**: - 总结设计过程。 - 分析仿真结果。 - 提出改进建议。 #### 五、参考资料 - 涂植英，陈今润.《自动控制原理》.重庆: 重庆大学出版社, 2005 - 胡寿松.《自动控制原理》.北京: 科学出版社, 2001 - Katsuhiko Ogata.《现代控制工程》.北京: 电子工业出版社, 2003 - 固高科技有限公司.《直线倒立摆安装与使用手册 R1.0》, 2005 - 固高科技有限公司.《倒立摆与自动控制系统》 以上是对“自动控制原理课程设计”这一课题的具体解析，包括了评分标准、设计任务、设计要求以及学生需完成的任务等多个方面。通过这些详细的介绍，可以更好地理解该课程设计的目的、内容和要求。