自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)三-控制系統(tǒng)串聯(lián)校正

1、分組： 成績：_ _ 北 京 航 空 航 天 大 學(xué)自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)二 控制系統(tǒng)串聯(lián)校正2014年12月目錄一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1三、實(shí)驗(yàn)原理1四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備2五、實(shí)驗(yàn)步驟2六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果31.未加校正32.加串聯(lián)超前校正43.加串聯(lián)滯后校正54.計(jì)算截止頻率和穩(wěn)定裕度6七、結(jié)論和誤差分析71.結(jié)論72.誤差分析8八、收獲與體會(huì)8九、實(shí)驗(yàn)程序清單8實(shí)驗(yàn)時(shí)間2014.12.1 同組同學(xué) 無 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)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 設(shè)計(jì)串聯(lián)超前校正，并驗(yàn)證。2. 設(shè)計(jì)串聯(lián)滯后校正，并驗(yàn)證。三、實(shí)驗(yàn)原理1.

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：其中Gc(s)為校正環(huán)節(jié)，可放置在系統(tǒng)模型中來實(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)模擬電路如下圖所示：其中R1=R2=R3=R5=R6=1M,R4=250K,C1=C2=1F.3. 未加校正時(shí)Gc(S)=14. 加串聯(lián)超前校正時(shí)Gc(S)=aTS+1TS+1 (a>1) 給定a=2.44，T=0.26，則Gc(S)=0.63S+10.26S+15.加串聯(lián)滯后校正時(shí)Gc(S)=bTS+1TS+1 (0<b<1) 給定b=0.12，T=83.33，則Gc(S)=10S+183.33S+1四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1XMN-2型電子模擬機(jī)一臺(tái)。 2 PC機(jī)一臺(tái)。

3、 3 數(shù)字式萬用表一塊。五、實(shí)驗(yàn)步驟1 熟悉XMN-2電子模擬機(jī)的使用方法。2 將各運(yùn)算放大器接成比例器，通電調(diào)零。3 斷開電源，按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)計(jì)算電阻和電容的取值，并按照模擬線路圖搭接線路，不用的運(yùn)算放大器接成比例器。4 將信號(hào)源1(D/A)與系統(tǒng)輸入端Ui連接，將采集輸入1(A/D)與系統(tǒng)輸出端Uo連接(此處連接必須謹(jǐn)慎，不可接錯(cuò))。5 線路接好后，經(jīng)教師檢查后再通電。6 在Windows98 桌面用鼠標(biāo)雙擊“AUTOLAB”圖標(biāo)后進(jìn)入本實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)。7 在系統(tǒng)菜單中打開“實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”項(xiàng)，選擇“校正”。8 然后填寫注冊信息，即參加實(shí)驗(yàn)者姓名及學(xué)號(hào)，填好后點(diǎn)擊“下一步”進(jìn)入“超前-滯

4、后校正參數(shù)設(shè)置”。9 在“超前-滯后校正參數(shù)設(shè)置”對話框內(nèi)，“輸入信號(hào)幅值” 選擇“2V”。10 在“校正參數(shù)設(shè)置”一欄填寫校正參數(shù)，如不加校正，則“加校正”復(fù)選框不選即可，若加校正環(huán)節(jié)，則此框必需選?！皡?shù)”欄內(nèi)，不用的參數(shù)必需填寫為“0”。（如：做超前校正時(shí)，滯后校正參數(shù)必需填寫為“0”）11 先按一下模擬機(jī)的“復(fù)位”按鍵，然后點(diǎn)擊“完成”。12 在系統(tǒng)菜單中打開“實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”選擇“計(jì)算機(jī)輔助分析”中的“波特圖分析法”。13 分別確定系統(tǒng)不加校正，以及分別加超前和滯后校正的開環(huán)傳遞函數(shù)，并且按照參數(shù)設(shè)置要求填寫相關(guān)參數(shù)。14 數(shù)據(jù)存盤，及圖形打印。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 未加校正由圖像可得c= 1

5、.85rad/s，=28°。原系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線原系統(tǒng)波特圖2. 加串聯(lián)超前校正由圖像可得c= 2.39rad/s，=47°。加超前校正系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線加超前校正系統(tǒng)波特圖3. 加串聯(lián)滯后校正由圖像可得c= 0.449rad/s，=55°。加滯后校正系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線加滯后校正系統(tǒng)波特圖4. 計(jì)算截止頻率和穩(wěn)定裕度1) 未加校正環(huán)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為G(S)=4S(S+1),則|G(j)|=42+1令|G(j)|=1，得c=1.8791rad/s,代入(j)=-90°-arctan得 (jc)= -151.9798°則相角裕度 =180

6、6;-151.9798°=28.0202°令(j)= 180°，得1=，得幅值裕度為。2) 加串聯(lián)超前校正后，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為G(S)Gc(S)=4(0.63S+1)S(S+1)(0.26S+1),則|G(j)Gc(j)|=40.6322+12+10.2622+1令|G(j)|=1，得c= 2.3763rad/s,代入(j)=-90°-arctan-arctan0.26+arctan0.63得 (jc)= -132.6286°則相角裕度 =180°-132.6286°=47.3714°令(j)= 180°

7、;，得1=，得幅值裕度為。3) 加串聯(lián)滯后校正后，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為G(S)Gc(S)=4(10S+1)S(S+1)(83.33S+1),則|G(j)Gc(j)|=41022+12+183.3322+1令|G(j)|=1，得c= 0.449rad/s,代入(j)=-90°-arctan-arctan83.33+arctan10得 (jc)= -125.1945°則相角裕度 =180°-125.1945°= 54.8055°令(j)= 180°，得1=，得幅值裕度為。七、結(jié)論和誤差分析1. 結(jié)論由圖像得到的c 和值均很好的吻合了理論值。

8、證明所設(shè)計(jì)的超前和滯后環(huán)節(jié)能夠很好的改善系統(tǒng)特性。從時(shí)域響應(yīng)看，加入超前校正后，系統(tǒng)超調(diào)量顯著減小，調(diào)節(jié)時(shí)間也顯著減??；加入滯后校正后，系統(tǒng)超調(diào)量顯著減小，但系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間增大。從頻率角度看，加入超前校正后，系統(tǒng)相角裕度增大，帶寬增大；加入滯后校正后，系統(tǒng)相角裕度增大，帶寬減小。因此可以得到如下結(jié)論：采用串聯(lián)超前校正，可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性和平穩(wěn)性；采用串聯(lián)滯后校正，也可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，但系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)變差，調(diào)節(jié)時(shí)間變長。2. 誤差分析誤差主要來源初步分析如下：1. 電容放電不夠徹底，復(fù)位鍵按起之后未及時(shí)編譯運(yùn)行程序。2. 電阻實(shí)際值與標(biāo)稱值之間存在偏差，用電位器替代2

9、50K歐姆，得到的實(shí)際電阻可能會(huì)和預(yù)期值有差距。3. 實(shí)驗(yàn)條件，如溫濕度等的變化會(huì)對結(jié)果產(chǎn)生影響。4. 萬用表和實(shí)驗(yàn)箱的誤差引入系統(tǒng)中。八、收獲與體會(huì)通過本次試驗(yàn)，我了解和掌握串聯(lián)校正的分析和設(shè)計(jì)方法，研究了串聯(lián)校正環(huán)節(jié)對系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響。通過設(shè)計(jì)校正環(huán)節(jié)，親自動(dòng)手連線，測量并實(shí)踐了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，使我受益匪淺。盡管最開始測數(shù)據(jù)的時(shí)候誤把Gc（s）當(dāng)做傳遞函數(shù)，但后來通過分析結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)，我明白了應(yīng)該算出確切的各階系數(shù)后才能畫出所需波特圖。測的數(shù)據(jù)最開始取的點(diǎn)數(shù)不夠多，后來把N改大到2000，范圍擴(kuò)大到十的正負(fù)五次方，畫出的圖像還是令人滿意的。一切終究回到正途，還是非常令我開心的。對于

10、自動(dòng)控制原理這門課程，我還是興趣非常足的，愿意通過動(dòng)手實(shí)踐，總結(jié)分析去學(xué)好它，運(yùn)用在工作學(xué)習(xí)中去。九、實(shí)驗(yàn)程序清單 9 / 11figure(1)w=logspace(-5,5,2000);Num=4;Den=1 1 0;G=tf(Num,Den);x,y,w=bode(G,w);Margin(x,y,w);figure(2)plot(rt_time,rt_input,'r')hold onplot(rt_time,rt_output)figure(1)w=logspace(-5,5,2000);Num=2.52 4;Den=0.26 1.26 1 0;G=tf(Num,Den);x,y,w=bode(G,w);Margin(x,y,w);figure(2)plot(rt_time,rt_input,'r')hold onplot(rt_time,rt_output)figure(1)w=logspace(