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matlab课程设计任务书

内蒙古科技大学课程设计任务书

课程名称

控制系统仿真

设计题目

单神经元PID控制系统仿真

指导教师

梁丽

时间

2011.10.10~2011.10.14

一、教学要求

1、学会收集和查阅资料，学会针对指定控制系统建立数学模型的方法；

2、学会使用Matlab/Simulink建模和仿真的方法；

3、掌握控制器的设计方法，以及控制器参数整定和优化的方法。

二、设计资料及参数

1、受控对象由差分方程给出

y（k）=0.368y（k-1）+0.26y（k-2）+0.10u（k-1）+0.632u（k-2）

且采样周期为T=0.001s，

2、考虑基于单个神经元的PID控制器对之进行控制，

其中输入端

使用改进的Hebb学习算法，三个权值的更新规则如下：

式中：

为对应于输入

的加权值；

为学习速率系数；K为神经元的可调比例系数；

为控制器输出；

为系统误差。

三、设计要求及成果

1、分析系统，得到系统的数学模型；

2、设计PID控制器对此系统进行控制并调节P、I、D三个参数达到最好的控制效果；

3、编写S-函数并进行封装，实现基于单个神经元的PID控制器；

4、给定一方波信号，利用该控制器对系统进行仿真，和传统PID控制进行比较；

5、完成5000字左右的课程设计报告（包括设计原理、设计过程及结果分析几部分），要求给出设计的S-函数、模型图和仿真曲线图。

四、进度安排

1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（一天）

2、Matlab/Simulink建模（一天）

3、控制系统设计和优化（两天）

4、编写课程设计说明书（一天）

五、评分标准

1）工作态度（占10%）；

2）基本技能的掌握程度（占20%）；

3）方案的设计是否可行和优化（40%）；

4）课程设计技术设计书编写水平（占30%）。

分为优、良、中、合格、不合格五个等级。

六、建议参考资料

1、李国勇，控制系统数字仿真和CAD[M]，北京：

电子工业出版社，2003，9月

2、薛定宇，控制系统仿真和计算机辅助设计[M]，北京：

机械工业出版社，2005，1月

3、徐丽娜，神经网络控制[M]，哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社，1998，11

4、刘金琨，先进PID控制及其MATLAB仿真[M]，北京：

电子工业出版社，2003，8

内蒙古科技大学课程设计任务书

课程名称

控制系统仿真

设计题目

汽车运动控制系统

指导教师

梁丽

时间

2011.10.10~2011.10.14

一、教学要求

1、学会收集和查阅资料，学会针对指定控制系统建立数学模型的方法；

2、学会使用Matlab/Simulink建模和仿真的方法；

3、掌握控制器的设计方法，以及控制器参数整定和优化的方法。

二、设计资料及参数

为了方便系统数学模型的建立和转换，我们设定该系统中汽车车轮的转动惯量可以忽略不计，并且假定汽车受到的摩擦阻力大小和汽车的运动速度成正比，摩擦阻力的方向和汽车运动的方向相反，这样，可将上图所示的汽车运动控制系统简化为一个简单的质量阻尼系统。

根据牛顿运动定律，质量阻尼系统的动态数学模型可表示为：

汽车质量m=1000kg，

比例系数b=50N·s/m，

汽车的驱动力u=500N。

设计要求该汽车运动控制系统的性能指标为：

上升时间：

<5s；

最大超调量：

<10％；

稳态误差：

<2％。

三、设计要求及成果

1、分析系统，得到系统的数学模型；

2、求取系统的动态响应曲线；

3、设计PID控制器；

4、求取满足设计要求的PID参数，并分析结果；

4、完成5000字左右的课程设计报告（包括设计原理、设计过程及结果分析几部分），写清楚模糊控制器的设计过程，给出设计的模型图和仿真曲线图。

四、进度安排

1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（一天）

2、Matlab/Simulink建模（一天）

3、控制系统设计和优化（两天）

4、编写课程设计说明书（一天）

五、评分标准

1）工作态度（占10%）；

2）基本技能的掌握程度（占20%）；

3）方案的设计是否可行和优化（40%）；

4）课程设计技术设计书编写水平（占30%）。

分为优、良、中、合格、不合格五个等级。

六、建议参考资料

1、李国勇.控制系统数字仿真和CAD[M]，北京：

电子工业出版社，2003，9

2、王丹力，MATLAB控制系统设计仿真使用[M]，北京：

中国电力出版社，2007，9

3、薛定宇.控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言及使用[M].北京：

清华大学出版社，1996

4、闻新、周露、李东江等.MATLAB模糊逻辑工具箱的分析和使用[M].北京：

科学出版社，2001

5、易继锴.智能控制技术[M].北京：

北京工业大学出版社，2003，4

内蒙古科技大学课程设计任务书

课程名称

控制系统仿真

设计题目

直流脉宽调速系统仿真研究

指导教师

梁丽

时间

2011.10.10~2011.10.14

一、教学要求

1、学会收集和查阅资料，学会针对指定控制系统建立数学模型的方法；

2、学会使用Matlab/Simulink建模和仿真的方法；

3、掌握控制器的设计方法，以及控制器参数整定和优化的方法。

二、设计资料及参数

为了对调速系统进行稳定性和动态品质等动态分析，必须首先建立系统的微分方程式，即描述系统动态物理规律的数学模型．额定励磁下他励直流电动机等效电路如上图所示．在设计时，功率驱动器为线性放大器，放大倍数取5o，直流电动机参数为：

R=0．512，L=0．015，Ue=220V，Ie=53A，ne=1460map，Ce=0．132，GD2=22．45N，测速发电机的放大倍数Kd=5／1460（V／rmp），控制器为PID调节器．

调速系统采用直流脉宽调速系统，它的主电路是采用电力电子器件构成的脉宽调制式放大器也称为脉宽调制变换器，即PWM变换器．因为PWM调速是通过调整电力晶体管的开通和关断时间来对电机进行调速的，所以有以下公式：

Ud=Ton*U/T，Ton为晶体管饱和导通时间，T为一个开关周期的时间，通过调节Ton的大小就可以调节平均电压，也就可以改变电机的两端电压进行调速．晶体管需要一个控制方波进行控制，这个方波由脉宽调制器产生,它是由一个运算放大器和二个输入信号组成的电压比较器．其中运算放大器必需工作在开环状态稍有一点输入就可以使运算放大器饱和，以便把连续的电压变成脉冲压．Simulink中由于没有电压比较器,所以用些非线性函数来模拟其的产生。

三、设计要求及成果

1、分析系统，得到系统的数学模型并利用matlab/simulink工具箱封装电机模型；

2、设计脉宽调制器并封装；

3、设计PID控制器，调节P、I、D三个参数要求稳态指标：

转速无静差；动态指标：

电流超调量σi≤5％；空载起动到额定转速的转速超调量σn≤10％；

4、完成5000字左右的课程设计报告（包括设计原理、设计过程及结果分析几部分），要求给出设计的模型图和仿真曲线图。

四、进度安排

1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（一天）

2、Matlab/Simulink建模（两天）

3、控制系统设计和优化（一天）

4、编写课程设计说明书（一天）

五、评分标准

1）工作态度（占10%）；

2）基本技能的掌握程度（占20%）；

3）方案的设计是否可行和优化（40%）；

4）课程设计技术设计书编写水平（占30%）。

分为优、良、中、合格、不合格五个等级。

六、建议参考资料

1、李国勇，控制系统数字仿真和CAD[M]，北京：

电子工业出版社，2003，9

2、薛定宇，控制系统仿真和计算机辅助设计[M]，北京：

机械工业出版社，2005，1

3、陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：

机械工业出版社，1992

内蒙古科技大学课程设计任务书

课程名称

控制系统仿真

设计题目

基于模糊控制器的纸浆浓度控制系统

指导教师

梁丽

时间

2011.10.10~2011.10.14

一、教学要求

1、学会收集和查阅资料，学会针对指定控制系统建立数学模型的方法；

2、学会使用Matlab/Simulink建模和仿真的方法；

3、掌握控制器的设计方法，以及控制器参数整定和优化的方法。

二、设计资料及参数

1、在传统的纸浆浓度调节系统中，由于电动执行器属于惯性环节（

），被控对象也属于惯性和纯滞后环节（

），采用数字PID调节必产生严重的滞后效应，很难使系统取得良好的控制效果。

模糊逻辑控制是模糊语言形式的控制方法，不需要预先知道被控对象结构、参数，不需要建立被控对象的精确数学模型，对对象时变及纯滞后有一定的适应性。

因此，在新研制成功的微机化动刀式浓度变送调节器中采用两输入单输出型的模糊控制器来取代传统的PID调节。

本系统由模糊控制器、执行器、被控对象三部分组成（控制器的采样周期T=2S），其结构图如下:

设定+

_输出y

d/dt

2、

⑴输入量１：

纸浆浓度偏差e。

基本论域：

-1.2%～1.2%纸浆浓度

量化论域：

X={-6,-5,-4,-3,-2,-1,-0,+0,+1,+2,+3,+4,+5,+6}；

词集：

NBe,NMe,NSe,ZOe,PSe,PMe,PBe。

⑵输入量2：

纸浆浓度偏差变化率ec。

基本论域：

-0.6%～0.6%

量化论域：

Ｙ＝{-6,-5,-4,-3,-2,-1,-0,+0,+1,+2,+3,+4,+5,+6}；

词集：

NBec,NMec,NSec,ZOec,PSec,PMec,PBec。

⑶输出量Ｕ：

阀门开度的增量。

基本论域：

-12～12

量化论域：

V={--7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,-0,+0,+1,+2,+3,+4,+5,+6,+7}；

词集：

NBu,NMu,NSu,ZOu,PSu,PMu,PBu。

3、控制规则和模糊控制表

E

U

EC

NBe

NMe

NSe

ZOe

PSe

PMe

PBe

NBec

PBu

PBu

PMu

PMu

PSu

ZOu

ZOu

NMc

PBu

PBu

PMu

PMu

PSu

ZOu

ZOu

NSec

PBu

PBu

PMu

PSu

ZOu

NMu

NMu

ZOec

PBu

PBu

PMu

ZOu

NMu

NBu

NBu

PSec

PMu

PMu

ZOu

NSu

NMu

NBu

NBu

PMec

ZOu

ZOu

NSu

NMu

NMu

NBu

NBu

PBec

ZOu

ZOu

NSu

NMu

NMu

NBu

NBu

三、设计要求及成果

1、分析系统，得到系统的数学模型；

2、设计模糊控制器；

3、把设计好的模糊控制器嵌入系统中进行仿真；

4、精简控制规则，提高响应速度，并分析结果；

5、完成5000字左右的课程设计报告（包括设计原理、设计过程及结果分析几部分），写清楚模糊控制器的设计过程，给出设计的模型图和仿真曲线图。

四、进度安排

1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（一天）

2、Matlab/Simulink建模（一天）

3、控制系统设计和优化（两天）

4、编写课程设计说明书（一天）

五、评分标准

1）工作态度（占10%）；

2）基本技能的掌握程度（占20%）；

3）方案的设计是否可行和优化（40%）；

4）课程设计技术设计书编写水平（占30%）。

分为优、良、中、合格、不合格五个等级。

六、建议参考资料

1、李国勇.控制系统数字仿真和CAD[M]，北京：

电子工业出版社，2003，9

2、薛定宇.控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言及使用[M].北京：

清华大学出版社，1996

3、闻新、周露、李东江等.MATLAB模糊逻辑工具箱的分析和使用[M].北京：

科学出版社，2001

4、易继锴.智能控制技术[M].北京：

北京工业大学出版社，2003，4

内蒙古科技大学课程设计任务书

课程名称

控制系统仿真

设计题目

基于smith---pid控制器的双容水箱液位控制系统仿真

指导教师

梁丽

时间

2011.10.10~2011.10.14

一、教学要求

1、学会收集和查阅资料，学会针对指定控制系统建立数学模型的方法；

2、学会使用Matlab/Simulink建模和仿真的方法；

3、掌握控制器的设计方法，以及控制器参数整定和优化的方法。

二、设计资料及参数

1、双容水箱逻辑结构上图所示。

水流入量Qi由调节阀u（FV101）控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变，被调量为下水箱水位h，分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。

2、对某种型号的水箱，在某一平衡点附近，建立其线性化模型，其中各参数分别为：

T1=80s，T2=80s，K1=KuR1=1dm，K2=R2/R1=1，

。

三、设计要求及成果

1、分析系统，根据物料平衡原理（即液位平衡状态下，流出量必然等于流入量）和给出的参数推导系统的数学模型；

2、将数学模型转变为仿真模型，并用Matlab/Simulink实现求其动态响应；

3、设计合理的控制器（控制算法）控制下水箱液位，使其尽量满足稳、准、快的要求；

4、针对大滞后系统，可以用Simulink搭建带有Smith预估器的PID控制器，将该模块嵌入到控制系统中直接控制。

并和第三步设计的控制器的控制效果进行比较；

5、完成5000字左右的课程设计报告（包括设计原理、设计过程及结果分析几部分），要求给出设计的模型图和仿真曲线图。

四、进度安排

1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（一天）

2、Matlab/Simulink建模（一天）

3、控制系统设计和优化（两天）

4、编写课程设计说明书（一天）

五、评分标准

1）工作态度（占10%）；

2）基本技能的掌握程度（占20%）；

3）方案的设计是否可行和优化（40%）；

4）课程设计技术设计书编写水平（占30%）。

分为优、良、中、合格、不合格五个等级。

六、建议参考资料

1、李国勇，控制系统数字仿真和CAD[M]，北京：

电子工业出版社，2003，9

2、王丹力，MATLAB控制系统设计仿真使用[M]，北京：

中国电力出版社，2007，9

2、薛定宇，控制系统仿真和计算机辅助设计[M]，北京：

机械工业出版社，2005，1

3、金以慧，过程控制[M]，北京：

清华大学出版社，2003，6

内蒙古科技大学课程设计任务书

课程名称

控制系统仿真

设计题目

基于fuzzy---pid控制器的双容水箱液位控制系统仿真

指导教师

梁丽

时间

2011.10.10~2011.10.14

一、教学要求

1、学会收集和查阅资料，学会针对指定控制系统建立数学模型的方法；

2、学会使用Matlab/Simulink建模和仿真的方法；

3、掌握控制器的设计方法，以及控制器参数整定和优化的方法。

二、设计资料及参数

1、双容水箱逻辑结构上图所示。

水流入量Qi由调节阀u（FV101）控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变，被调量为下水箱水位h，分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。

2、对某种型号的水箱，在某一平衡点附近，建立其线性化模型，其中各参数分别为：

T1=80s，T2=80s，K1=KuR1=1dm，K2=R2/R1=1，

。

三、设计要求及成果

1、分析系统，根据物料平衡原理（即液位平衡状态下，流出量必然等于流入量）和给出的参数推导系统的数学模型；

2、将数学模型转变为仿真模型，并用Matlab/Simulink实现求其动态响应；

3、设计合理的控制器（控制算法）控制下水箱液位，使其尽量满足稳、准、快的要求；

4、针对大滞后系统，设计模糊控制器，并和第三步设计的控制器的控制效果进行比较；

5、完成5000字左右的课程设计报告（包括设计原理、设计过程及结果分析几部分），要求给出设计的模型图和仿真曲线图。

四、进度安排

1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（一天）

2、Matlab/Simulink建模（一天）

3、控制系统设计和优化（两天）

4、编写课程设计说明书（一天）

五、评分标准

1）工作态度（占10%）；

2）基本技能的掌握程度（占20%）；

3）方案的设计是否可行和优化（40%）；

4）课程设计技术设计书编写水平（占30%）。

分为优、良、中、合格、不合格五个等级。

六、建议参考资料

1、李国勇，控制系统数字仿真和CAD[M]，北京：

电子工业出版社，2003，9

2、王丹力，MATLAB控制系统设计仿真使用[M]，北京：

中国电力出版社，2007，9

2、薛定宇，控制系统仿真和计算机辅助设计[M]，北京：

机械工业出版社，2005，1

3、金以慧，过程控制[M]，北京：

清华大学出版社，2003，6

内蒙古科技大学课程设计任务书

课程名称

控制系统仿真

设计题目

锅炉汽包水位控制系统

指导教师

梁丽

时间

2011.10.10~2011.10.14

一、教学要求

1、学会收集和查阅资料，学会针对指定控制系统建立数学模型的方法；

2、学会使用Matlab/Simulink建模和仿真的方法；

3、掌握控制器的设计方法，以及控制器参数整定和优化的方法。

二、设计资料及参数

参数：

仿真模型采用蒸发量为670t/h的锅炉汽包对象，

给水流量W和水位L的传递函数为

；

蒸汽流量D和水位L的传递函数为

；

执行器传递函数为

；

给水流量变送器传递函数为

；

汽包水位变送器传递函数为

；

动态前馈补偿器传递函数为

；

给定水位为0.3米。

三、设计要求及成果

1、分析系统，得到系统的数学模型；

2、查找相关资料，充分理解锅炉的汽包水位控制；

3、根据给出的系统，设计合理的调节器；

4、利用MATLAB/SIMULINK工具箱对此控制系统进行仿真；

5、给出最佳控制效果曲线和参数；

6、比较不同调节器的控制效果；

7、完成5000字左右的课程设计报告（包括设计原理、设计过程及结果分析几部分），写清楚模糊控制器的设计过程，给出设计的模型图和仿真曲线图。

四、进度安排

1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（一天）

2、Matlab/Simulink建模（一天）

3、控制系统设计和优化（两天）

4、编写课程设计说明书（一天）

五、评分标准

1）工作态度（占10%）；

2）基本技能的掌握程度（占20%）；

3）方案的设计是否可行和优化（40%）；

4）课程设计技术设计书编写水平（占30%）。

分为优、良、中、合格、不合格五个等级。

六、建议参考资料

1、李国勇.控制系统数字仿真和CAD[M]，北京：

电子工业出版社，2003，9

2、王丹力，MATLAB控制系统设计仿真使用[M]，北京：

中国电力出版社，2007，9

3、薛定宇.控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言及使用[M].北京：

清华大学出版社，1996

4、闻新、周露、李东江等.MATLAB模糊逻辑工具箱的分析和使用[M].北京：

科学出版社，2001

5、易继锴.智能控制技术[M].北京：

北京工业大学出版社，2003，4

内蒙古科技大学课程设计任务书

课程名称

控制系统仿真

设计题目

基于smith---pid控制器的大延迟控制系统设计

指导教师

梁丽

时间

2011.10.10~2011.10.14

一、教学要求

1、学会收集和查阅资料，学会针对指定控制系统建立数学模型的方法；

2、学会使用Matlab/Simulink建模和仿真的方法；

3、掌握控制器的设计方法，以及控制器参数整定和优化的方法。

二、设计资料及参数

已知过程控制系统的被控广义对象为一个带延迟的惯性环节，其传递函数为

三、设计要求及成果

1、分析系统，得到系统的动态响应曲线；

2、设计合适的控制器，尽量满足稳、准、快三原则；

3、设计Smith预估控制器；

4、比较不同控制器各自的优缺点；

5、完成5000字左右的课程设计报告（包括设计原理、设计过程及结果分析几部分），写清楚模糊控制器的设计过程，给出设计的模型图和仿真曲线图。

四、进度安排

1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（一天）

2、Matlab/Simulink建模（一天）

3、控制系统设计和优化（两天）

4、编写课程设计说明书（一天）

五、评分标准

1）工作态度（占10%）；

2）基本技能的掌握程度（占20%）；

3）方案的设计是否可行和优化（40%）；

4）课程设计技术设计书编写水平（占30%）。

分为优、良、中、合格、不合格五个等级。

六、建议参考资料

1、李国勇.控制系统数字仿真和CAD[M]，北京：

电子工业出版社，2003，9

2、王丹力，MATLAB控制系统设计仿真使用[M]，北京：

中国电力出版社，2007，9

3、薛定宇.控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言及使用[M].北京：

清华大学出版社，1996

4、闻新、周露、李东江等.MATLAB模糊逻辑工具箱的分析和使用[M].北京：

科学出版社，2001

5、易继锴.智能控制技术[M].北京：

北京工业大学出版社，2003，4

内蒙古科技大学课程设计任务书

课程名称

控制系统仿真

设计题目

基于fuzzy---pid控制器的大延迟控制系统设计

指导教师

梁丽

时间

2011.10.10~2011.10.14

一、教学要求

1、学会收集和查阅资料，学会针对指定控制系统建立数学模型的方法；

2、学会使用Matlab/Simulink建模和仿真的方法；

3、掌握控制器的设计方法，以及控制器参数整定和优化的方法。

二、设计资料及参数

已知过程控制系统的被控广义对象为一个带延迟的惯性环节，其传递函数为

三、设计要求及成果

1、分析系统，得到系统的动态响应曲线；

2、设计合适的控制器，尽量满足稳、准、快三原则；

3、设计模糊控制器；

4、比较不同控制器各自的优缺点；

5、完成5000字左右的课程设计报告（包括设计原理、设计过程及结果分析几部分），写清楚模糊控制器的设计过程，给出设计的模型图和仿真曲线图。

四、进度安排

1、根据给定的参数或工程具体要求，收集和查阅资料（一天）

2、Matlab/Simulink建模（一天）

3、控制系统设计和优化（两天）

4、编写课程设计说明书（一天）

五、评分标准

1）工作态度（占10%）；

2）基本技能的掌握程度（占20%）；

3）方案的设计是否可行和优化（40%）；

4）课程设计技术设计书编写水平（占30%）。

分为优、良、中、合格、不合格五个等级。

六、建议参考资料

1、李国勇.控制系统数字仿真和CAD[M]，北京：

电子工业出版社，2003，9

2、王丹力，MATLAB控制系统设计仿真使用[M]，北京：

中国电力出版社，2007，9

3、薛定宇.控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言及使用[M].北京：

清华大学出版社，1996

4、闻新、周露、李东江等.MA