北航自动控制原理实验三控制系统串联校正.docx

成 绩 自动控制原理 实验报告 院（系）名称  专业名称  学生学号  学生姓名  指导老师   2015年12月 自动控制原理实验报告 第PAGE \* MERGEFORMAT7 页 实验二 频率响应测试 实验时间 实验编号 同组同学 实验目的 1. 了解和掌握串联校正的分析和设计方法。 2. 研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。 实验内容 1. 单位负反馈系统的开环传递函数为G0(s)= 4ss+1，进行半实物实时仿真，研究其时域性能，同时从频域分析系统稳定性。 2. 针对以上系统，设计串联超前校正装置Gc(s)，使系统的相稳定裕度γ≥45°，并进行半实物实时仿真验证，研究其时域性能，同时从频域分析系统稳定性。 3. 针对以上系统，设计串联滞后校正装置Gc(s)，使系统的相稳定裕度γ≥45°，并进行半实物实时仿真验证，研究其时域性能，同时从频域分析系统稳定性。 实验原理 系统结构图如 REF _Ref437626858 \h 图 3- 1所示。 图 3-  SEQ 图_3- \* ARABIC 1 系统结构图 其中Gc(s)为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式由模拟机实现。 系统模拟电路如 REF _Ref437628049 \h 图 3- 2所示。 图 3-  SEQ 图_3- \* ARABIC 2 系统模拟电路图 取R1=1MΩ，C1=1μF，R2=250kΩ，R3=1MΩ，C2=1μF。 未加校正时，Gcs=1。 加串联超前校正时，Gcs=aTs+1Ts+1 (a1)。 取a=2.44，T=0.26，则Gcs=0.63s+10.26s+1。 加串联滞后校正时，Gcs=bTs+1Ts+1 (0b1)。 取b=0.12，T=83.33，则Gcs=10s+183.33s+1。 实验设备 数字计算机 电子模拟机 万用表 测试导线 实验步骤 正确连接电路，分别完成不加校正、加入超前校正、加入滞后校正的实验。在系统模型上的“Manual Switch”处可设置系统是否加入校正环节，在“Gcs”处可设置校正环节的传递函数。 绘制以上三种情况时系统的波特图。 采用示波器“Scope”观察阶跃响应曲线。观测试验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，完成实验报告。 实验结果 阶跃响应曲线 图 6-  SEQ 图_6- \* ARABIC 1 原系统阶跃响应曲线 图 6-  SEQ 图_6- \* ARABIC 2 超前校正后系统阶跃响应曲线 图 6-  SEQ 图_6- \* ARABIC 3 滞后校正后系统阶跃响应曲线 波特图 图 6-  SEQ 图_6- \* ARABIC 4 原系统波特图 图 6-  SEQ 图_6- \* ARABIC 5 超前校正后系统波特图 图 6-  SEQ 图_6- \* ARABIC 6 滞后校正后系统波特图 实验数据 表 6-  SEQ 表_6- \* ARABIC 1 实验数据记录 控制系统串联校正校正调节时间 (s)超调量 (%)上升时间 (s)截止频率(rad/s)相稳定裕度(°)原系统5.469247.70510.50121.8828超前校正1.929222.31450.52642.3847.4滞后校正15.319219.87302.73680.44954.8结果分析 从时域来看，串联超前校正装置和串联滞后校正装置都能改变原系统的稳定性参数，但是改变的情况不同。加入串联超前校正装置后系统的调节时间变短，快速性变好，同时超调量也变小，增加了系统的平稳性。与原系统相比，上升时间变化不大。加入串联滞后校正装置后系统的超调量变得更小，有利于增加系统的平稳性，但是这是以增加调节时间为代价的，与原系统相比，加滞后校正装置的系统的调节时间和上升时间均增加了很多，降低了系统的快速性。 从频域来看，串联超前校正和串联滞后校正均增加了系统的相稳定裕度。对比波特图可以看出，串联超前校正增大了系统的截止频率，而滞后校正使截止频率降低。在波特图的中频段，如果斜率为-20 dB/dec，截止频率越高，调节时间越小，系统的快速性越好。所以由此也可以得到，超前校正提高了系统的快速性，而滞后校正降低了系统的快速性，这与时域中得到的结论相同。 收获、体会及建议 本次实验通过设计串联超前校正和串联滞后校正装置研究了串联校正环