北航自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)三：控制系統(tǒng)串聯(lián)校正

1、 成 績(jī) 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告院（系）名稱 專業(yè)名稱 學(xué)生學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 2015年12月實(shí)驗(yàn)二 頻率響應(yīng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)間 實(shí)驗(yàn)編號(hào) 同組同學(xué) 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解和掌握串聯(lián)校正的分析和設(shè)計(jì)方法。2. 研究串聯(lián)校正環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及過(guò)渡過(guò)程的影響。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G0(s)= 4ss+1，進(jìn)行半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真，研究其時(shí)域性能，同時(shí)從頻域分析系統(tǒng)穩(wěn)定性。2. 針對(duì)以上系統(tǒng)，設(shè)計(jì)串聯(lián)超前校正裝置Gc(s)，使系統(tǒng)的相穩(wěn)定裕度45°，并進(jìn)行半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真驗(yàn)證，研究其時(shí)域性能，同時(shí)從頻域分析系統(tǒng)穩(wěn)定性。3. 針對(duì)以上系統(tǒng)，設(shè)計(jì)串聯(lián)滯后校正裝置Gc(s

2、)，使系統(tǒng)的相穩(wěn)定裕度45°，并進(jìn)行半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真驗(yàn)證，研究其時(shí)域性能，同時(shí)從頻域分析系統(tǒng)穩(wěn)定性。三、 實(shí)驗(yàn)原理1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 3- 1所示。圖 3- 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖其中Gc(s)為校正環(huán)節(jié)，可放置在系統(tǒng)模型中來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可使用模擬電路的方式由模擬機(jī)實(shí)現(xiàn)。2. 系統(tǒng)模擬電路如圖 3- 2所示。圖 3- 2 系統(tǒng)模擬電路圖取R1=1M，C1=1F，R2=250k，R3=1M，C2=1F。3. 未加校正時(shí)，Gcs=1。4. 加串聯(lián)超前校正時(shí)，Gcs=aTs+1Ts+1 (a>1)。取a=2.44，T=0.26，則Gcs=0.63s+10.26s+1。5. 加串聯(lián)滯后校正時(shí)，Gc

3、s=bTs+1Ts+1 (0<b<1)。取b=0.12，T=83.33，則Gcs=10s+183.33s+1。四、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. 數(shù)字計(jì)算機(jī)2. 電子模擬機(jī)3. 萬(wàn)用表4. 測(cè)試導(dǎo)線五、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 正確連接電路，分別完成不加校正、加入超前校正、加入滯后校正的實(shí)驗(yàn)。在系統(tǒng)模型上的“Manual Switch”處可設(shè)置系統(tǒng)是否加入校正環(huán)節(jié)，在“Gcs”處可設(shè)置校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。2. 繪制以上三種情況時(shí)系統(tǒng)的波特圖。3. 采用示波器“Scope”觀察階躍響應(yīng)曲線。觀測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖形，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 階躍響應(yīng)曲線圖 6- 1 原系統(tǒng)階躍響應(yīng)

4、曲線圖 6- 2 超前校正后系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線圖 6- 3 滯后校正后系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線2. 波特圖圖 6- 4 原系統(tǒng)波特圖圖 6- 5 超前校正后系統(tǒng)波特圖圖 6- 6 滯后校正后系統(tǒng)波特圖3. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 6- 1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄控制系統(tǒng)串聯(lián)校正校正調(diào)節(jié)時(shí)間(s)超調(diào)量(%)上升時(shí)間(s)截止頻率(rad/s)相穩(wěn)定裕度(°)原系統(tǒng)5.469247.70510.50121.8828超前校正1.929222.31450.52642.3847.4滯后校正15.319219.87302.73680.44954.8七、 結(jié)果分析從時(shí)域來(lái)看，串聯(lián)超前校正裝置和串聯(lián)滯后校正裝置都能改變?cè)到y(tǒng)的穩(wěn)

5、定性參數(shù)，但是改變的情況不同。加入串聯(lián)超前校正裝置后系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間變短，快速性變好，同時(shí)超調(diào)量也變小，增加了系統(tǒng)的平穩(wěn)性。與原系統(tǒng)相比，上升時(shí)間變化不大。加入串聯(lián)滯后校正裝置后系統(tǒng)的超調(diào)量變得更小，有利于增加系統(tǒng)的平穩(wěn)性，但是這是以增加調(diào)節(jié)時(shí)間為代價(jià)的，與原系統(tǒng)相比，加滯后校正裝置的系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和上升時(shí)間均增加了很多，降低了系統(tǒng)的快速性。從頻域來(lái)看，串聯(lián)超前校正和串聯(lián)滯后校正均增加了系統(tǒng)的相穩(wěn)定裕度。對(duì)比波特圖可以看出，串聯(lián)超前校正增大了系統(tǒng)的截止頻率，而滯后校正使截止頻率降低。在波特圖的中頻段，如果斜率為-20 dB/dec，截止頻率越高，調(diào)節(jié)時(shí)間越小，系統(tǒng)的快速性越好。所以由此也可以得到，超前校正提高了系統(tǒng)的快速性，而滯后校正降低了系統(tǒng)的快速性，這與時(shí)域中得到的結(jié)論相同。八、 收獲、體會(huì)及建議本次實(shí)驗(yàn)通過(guò)設(shè)計(jì)串聯(lián)超前校正和串聯(lián)滯