实验五四川大学自动控制原理实验报告.docVIP

自控实验报告 郭倩茜1043031591 汪莎莎1043031451 卓小慧1043031488 何元利1043031471 实验五 三阶串联校正 一、实验目的 1．知道系统开环放大倍数对系统稳定性的影响； 2．根据要求,设计串联矫正环节.并适当地调整控制系统参数； 3．通过对控制系统参数的调整，熟悉控制系统中校正装置的作用。 二．实验设备及仪器 1．模拟实验箱； 2．虚拟仪器（低频示波器）； 3．计算机； 4．MATLAB仿真软件。 三．实验内容 设一单位反馈系统的结构图如下图所示： 其中，k是开环放大倍数，Gc(s)为串联校正环节。 当该系统出现近似等幅震荡现象时（既系统出现不稳定现象），试采用下列三种校正方案时，分别以串联的形式加入系统，再测试系统的时域性能指标，是否稳定并加以比较（要求σ%25%）。 超前校正方案（摸拟电路图），要求用摸拟实验箱完成。 ，T1T2 滞后校正方案（摸拟电路图）用MATLAB仿真软件完成。 ，T2T1 滞后—超前校正方案（摸拟电路图），用MATLAB仿真软件完成。 ，T1T2 ，T3T4 四、实验原理 1、串联超前校正 1.1、超前校正装置 (1) 图(1)：超前校正装置零极点分布图 相当于附加低通滤波的PD控制器 越大，校正（微分）作用越强。 1.无源校正装置（RC电路） 图(2)：无源超前校正装置 RC电路 无源超前校正装置的RC电路如图(2)所示，其传递函数如下： (2) 2.有源校正装置（运放+RC） 有源超前校正装置电路如图(3)所示： 图(3)：有源超前校正装置 电路 (3) 的伯德图如图(4)所示： 图(4)：有源超前校正装置的伯德图 超前校正装置的作用：利用相角超前特性增大相角裕量，利用正斜率幅频特性提高截止频率，从而改善暂态性能。 1.2、超前校正校正思路 1、校正思路一 步骤： (其中计算时注意设计余量) 求校正装置传递函数 2、校正思路二 先试选()，令，再校验，满意后计算 步骤： 由求 验证相角裕量 求解校正装置传递函数 综上所述，超前校正是利用超前相角增大相角裕量，以此来改善平稳性；利用幅值提升作用提高截止频率，从而提高响应的快速性；所以超前校正可以同时改善响应的平稳性和快速性。 校正原则是使，以此来产生最大超前相角。 设计方法有两种，一种是先保证相角裕量，然后校验截止频率和相角裕量；另一种是先保证截止频率，然后校验相角裕量。 2、串联迟后校正 2.1、超前迟后装置 (4) 图(5)：迟后校正装置零极点分布图 2.2、超前校正装置 无源迟后校正装置（RC电路） 图(6)：无源超前校正装置 RC电路 无源迟后校正装置的RC电路如图(6)所示，其传递函数如下： (5) 的伯德图如图(7)所示： 图(7)：无源迟后校正装置的伯德图 迟后校正装置的作用：利用幅值衰减特性(最大衰减幅度为)，使截止频率下降，从而增大稳定裕量，改善响应的平稳性，但快速性降低。 综上所述，迟后校正装置是利用其幅值衰减特性，校正后系统的开环幅频特性的中、高频段的增益降低，导致系统的幅穿频率下降，从而获得足够的相角裕量，并提高抑制高频噪声的能力。 。 迟后校正的效果是牺牲响应的快速性换取平稳性。迟后校正装置的迟后相角特性对系统不利，应将校正装置的两个转折频率配置在距离的低频段。 3、串联超前校正 3.1、迟后超前校正装置 (1) 图(8)：迟后超前校正装置零极点分布图 迟后环节配置在低频段，超前校正配置在中频段。 的伯德图如图(9)所示： 图(9)：迟后超前校正装置的伯德图 3.2、迟后超前校正校正步骤： 校正思路： 图(10)：迟后超前校正思路 使超前校正的中心点位于，以最大限度提升相角裕量 根据稳态指标要求确定系统开环增益； 试选后，利用超前校正提升相角裕量(估算应考虑迟后校正相角影响)； 绘制Bode图，求取其在处的幅值，利用迟后校正抵消该幅值； 校验实际的截止频率和稳定裕量； 综上所述，迟后超前校正先恰当地选取ωcωc处的相角，并使校正后的幅值0dB；再利用迟后校正的幅值衰减作用使校正后的ωc处的幅值=0dB。 超前校正的作用主要是增大相角裕量，并保证较大的截止频率；迟后