自动控制理论上机实验报告.doc

实验六 线性定常系统的串联校正 （实验报告） 姓名: 学号: 班级:电气09 实验指导老师：成绩：____________________一、实验目的 图中校正装置Gc（S）与实验电路G0（S）是串联相连接。串联校正装置有两种：一种是超前校正，它是利用超前校正装置的相位超前特性来改善系统的动态性能；另一种是滞后校正，它是利用滞后校正装置的高频幅值衰减特性，使系统在满足静态性能的前提下又能满足其动态性能的要求。本实验采用串联超前校正，使校正后的系统同时能满足动态和稳态性能的要求。 有关串联校正装置的设计和实验系统的模拟电路： 1．时域校正法 加校正前系统的方框图和模拟电路分别如图5-1和图5-2所示。 图5-1二阶闭环系统的方框图 图5-2 二阶闭环系统的模拟电路图 实验台上的参考单元：U6、U7、U10、U5 设计要求： Kv=25 1/s， Mp0.2， ts1 s 校正前系统的开环传递函数为 对应的闭环传递函数为 由此可知未加校正装置前系统的超调量为 根据对校正后系统性能指标要求 由 设校正装置的传递函数为 则校正后系统的开环传递函数为 相应的闭环传递函数 ， 取 ， 则 ， 故 校正装置GC(S)的模拟电路为 图5-3校正装置的电路图 实验台上的参考单元：U13 其中 T= 校正后系统的方框图如图5-4所示。 图5-4 校正后二阶系统的电路图 实验台上的参考单元：U6、U13、U11、U10、U5。 校正前后系统的阶跃响应的示意曲线分别如图5-5中的a、b所示： 加校正装置前后二阶系统的阶跃响应曲线 三、实验步骤 1．用实验台上的各通用单元，组建所设计二阶闭环系统的模拟电路图，并连接好实验电路；当检查接线无误后，接通实验台的电源总开关，并开启±5V，±15V直流稳压电源。 2．把采集卡接口单元的输出端DA3、输入端AD4与电路的输入端相连，电路的输出端则与采集卡接口单元中的输入端AD3相连。连接好采集卡接口单元与PC上位机的通信线。待接线完成并检查无误后，在PC机上启动“THBDC-1”软件。在系统的输入端输入一阶跃信号，观测该系统的稳定性和动态性能指标。 3．利用实验平台，根据步骤2设计校正装置的模拟电路，并把校正装置串接到步骤1所设计的二阶闭环系统的电路中。然后输入跃信号，观测该系统的稳定性和动态性能指标。 4．改变串联校正装置的相关参数，使系统的性能指标均满足预定的设计要求。 5．用上位机软件提供的软件仿真功能，完成线性系统串联校正的软件仿真研究，并对电路模拟与软件仿真结果进行相比较。利用上位机软件提供的软件仿真功能完成线性系统。 6．根据实验时存储的波形完成实验报告。 四、实验数据或曲线 七、实验思考题 1．加入超前校正装置后，为什么系统的瞬态响应会变快？ 答：加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性,使系统的瞬态响应变快。利用超前网络或PD控制器进行串联校正超前校正装置。 利用滞后网络或PI控制器进行串联校正滞后校正装置。超前校正的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性。一般使校正环节的最大相位超前角出现在系统新的穿越频率点。 滞后校正通过加入滞后校正环节，使系统的开环增益有较大幅度增加，同时又使校正后的系统动态指标保持原系统的良好状态。它利用滞后校正环节的低通滤波特性，在不影响校正后系统低频特性的情况下，使校正后系统中高频段增益降低，从而使其穿越频率前移，达到增加系统相位裕度的目的。 THBCC-1实验平台 5/21/2012 7:38:00 PM