2015东南大学自控实验报告_实验四串联校正研究.doc

《》 实验报告 实验名称： 实验四　串联校正研究 院 （系）： 专 业： 姓 名： 学 号： 实 验 室： 416 实验组别： 同组人员： 实验时间： 评定成绩： 审阅教师： 实验四 串联校正研究 一、实验目的： 熟悉串联校正的作用和结构 掌握用Bode图设计校正网络 在时域验证各种网络参数的校正效果 二、实验原理： （1）校正的目的就是要在原系统上再加一些由调节器实现的运算规律，使控制系统满足性能指标。 由于控制系统是利用期望值与实际输出值的误差进行调节的，所以，常常用“串联校正”调节方法，串联校正在结构上是将调节器Gc(S)串接在给定与反馈相比误差之后的支路上，见下图。 实际上，校正设计不局限这种结构形式，有局部反馈、前馈等。若单从稳定性考虑，将校正网络放置在反馈回路上也很常见。 （2）本实验取三阶原系统作为被控对象，分别加上二个滞后、一个超前、一个超前-滞后四种串联校正网络，这四个网络的参数均是利用Bode图定性设计的，用阶跃响应检验四种校正效果。由此证明Bode图和系统性能的关系，从而使同学会设计校正网络。 三、实验设备： THBDC-1实验平台 THBDC-1虚拟示波器 四、实验线路：（见附图） 五、实验步骤： （1）不接校正网络，即Gc(S)=1，如总图。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释； （2）接人参数不正确的滞后校正网络，如图4-2。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释； （3）接人参数较好的滞后校正网络，如图4-3。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释； （4）接人参数较好的超前校正网络，如图4-4。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释； （5）接人参数较好的混合校正网络，如图4-5，此传递函数就是工程上常见的比例-积分-微分校正网络，即PID调节器。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释； 六、预习与回答： 写出原系统和四种校正网络的传递函数，并画出它们的Bode图，请预先得出各种校正后的阶跃响应结论，从精度、稳定性、响应时间说明五种校正网络的大致关系。 【答】：原系统传递函数：，BODE图： 分析：精度方面，原系统存在稳态误差（初始斜率为0）；稳定性方面，存在一定的超调量，相角裕度一般（中频带-20db斜率段折线长度有限）；响应时间方面，响应时间较长（穿越频率较小）。所以得到的阶跃响应预计表现一般，本实验作为标准参照。 图4-1无校正。 图4-2传递函数：，BODE图： 分析：属于滞后校正。精度方面，不能改变系统稳态误差（初始斜率为0）；稳定性方面，会增加超调量，减小相角裕度，系统更不稳定（中频带-20db斜率段折线长度比原系统短，对应截止频率的相角裕度很小，估计系统难以稳定）；响应时间方面，响应时间比原系统还要长（穿越频率太小）。所以得到的阶跃响应存在稳态误差、稳定性比原系统差，比原系统响应时间慢。甚至系统无法稳定，这个环节设计有误。 图4-3传递函数：，BODE图： 分析：属于滞后校正。精度方面，新系统不能改变稳态误差（初始斜率为0）；稳定性方面，可以减少超调量，增大相角裕度，系统更稳定（新系统中频带-20db斜率段折线长度比原系统长，对应截止频率的相角裕度较大）；响应时间方面，响应时间比原系统还要长（穿越频率更小了）。所以得到的阶跃响应存在稳态误差、稳定性比原系统好，比原系统响应时间慢。 图4-4传递函数：，BODE图： 分析：属于超前校正。精度方面，不能改变稳态误差（初始斜率为0）；稳定性方面，可减小的超调量，获得更大的相角裕度，系统更稳定（新系统中频带-20db斜率段折线长度比原系统长，对应截止频率的相角裕度较大）；响应时间方面，响应时间比原系统还要短，更比滞后校正响应快（穿越频率变大了）。所以得到的阶跃响应存在稳态误差、稳定性比原系统好，比原系统响应时间快。 图4-5传递函数：，BODE图： 分析：属于PID校正。精度方面，新系统不存在稳态误差（初始的高斜率提高了系统型别，初始斜率不再为0，消除了位置误差）；稳定性方面，比原系统有更少的超调量，更大的相角裕度，系统与前几个校正相比也是最稳定的（新系统中频带-20db斜率段折线长度比原系统长，对应截止频率的相角裕度较大）；响应时间方面，响应时间比原系统还要短，是所有校正中最短的（穿