控制系统串联校正

北京航空航天大学 实 验 报 告 实验名称 控 制 系 统 串 联 校 正 一、 实验目的 1.了解和掌握串联校正的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 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。 二、实验 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 1.设计串联超前校正，并验证。 2.设计串联滞后校正，并验证。 三、实验原理 1．系统结构如图 1所示： 图 1 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。 2.系统模拟电路如图 2所示： 图 2 其中 R1=R2=10kΩ，R3=R5=1MΩ，R4=250KΩ，R6=100KΩ，C1=C2=1μF。 3.未加校正时，Gc(s)=1 4.加串联超调校正时 1 ( ) ( 1) 1 c aTs G s a Ts     给定 a=2.44,T=0.26, 0.63 1 ( ) 0.26 1 c s G s s    5.加串联滞后校正时， 1 ( ) (0 1) 1 c bTs G s b Ts      给定 b=0.12，T=83.33，则 10 1 ( ) 83.33 1 c s G s s    6.Matlab伯德图仿真程序： W=logspace(-3,3,200) Num=[] 班 级 391511 姓 名 同组者 日 期 2011年 12月 3日 评 分 Den=[] G=tf(Num,Den) [x,y,w]=bode(G,w) Margin(x,y,w) 四、实验步骤 1．熟悉 HHMN-1 电子模拟机的使用方法。将各运算放大器接成比例器，通电调零。断开电 源，按照系统结构图和传递函数计算电阻和电容的取值，并按照模拟线路搭接线路，不用的运 算放大器接成比例器。 2．将 D/A1与系统输入端 Ui连接，将 A/D1与系统输出端 Uo 连接(此处连接必须谨慎，不可接 错)。线路接好后，经教师检查后再通电。 3．在 Windows XP 桌面用鼠标双击“MATLAB”图标后进在命令行处键入“autolab”进入实验 软件系统。 4．在系统菜单中选择实验项目，选择“实验三”，在窗口左侧选择“实验模型”，其它步骤 察看 3.2节内容。 5．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“Gc(S)”处可设置校正环节的传递函数。 6．绘制以上三种情况时系统的波特图。 7．采用示波器（Scope）观察阶跃响应曲线。观测实验结果记录实验数据，绘制实验结果图形， 完成实验报告。 8．研究性实验方法。 实验者可自行确定系统传递函数，同时设计校正环节，并建立系统的 SIMULINK 模型，验证自 动控制理论相关的理论知识。 五、实验报告 1.根据实验原理，设计超前校正环节和滞后校正环节传递函数： 超前校正环节： 0.63 1 ( ) 0.26 1 c s G s s    滞后校正环节： 10 1 ( ) 83.33 1 c s G s s    2.系统模拟运算电路图如图 2所示。 3.系统不加校正、加超前校正、加滞后校正的阶跃响应曲线和波特图如下： ①系统不加校正的阶跃响应曲线： 系统不加校正的波特图： ②系统加超前校正的阶跃响应曲线： 系统加超前校正的波特图 ③系统加滞后校正的阶跃响应曲线： 系统加滞后校正的波特图 4. 理论计算幅值裕度、相角裕度，调节时间、超调量 ①系统不加校正时 幅值裕度：令 ( ) arctan 2          ，则， 故 21 ( ) 4 j h G s      相角裕度：令 2 4 ( ) 1c c c G j j       ，则ωc=1.879129818rad/s， 故 0( ) ( ) arctan 28.02 2 c c               由 Matlab仿真阶跃响应曲线，可得 调节时间：ts=8.3s 超调量σ%：σ%=45%。 ②系统加超前校正时 幅值裕度：系统传递函数为 4(0.63 1) ( ) (0.26 1)( 1) s G s s s s     令 ( ) arctan arctan 0.26 arctan 0.63 2              ，则， 故 1 ( ) h G s   相角裕度：令 2 2 2 4 (0.63 ) 1) ( ) 1 (0.26 ) 1 1 cG j           ，则ωc=2.376283612rad/s 故 0( ) ( ) arctan arctan 0.26 arctan 0.63 47.4 2 c c c c                   由 Matlab仿真阶跃响应曲线，可得 调节时间：ts=4s 超调量σ%：σ%=25% ③系统加滞后校正时 幅值裕度：系统传递函数为 4(10 1) ( ) (83.33 1)( 1) s G s s s s     令 ( ) arctan arctan83.33 arctan10 2              ，则 故 1 ( ) h G s   相角裕度：令 2 2 2 4 (10 ) 1) ( ) 1 (83.33 ) 1 1 cG j           ，则ωc=0.4485656140rad/s 故 0( ) arctan arctan83.33 arctan10 52.8 2 c c c c              由 Matlab仿真阶跃响应曲线，可得 调节时间：ts=9.85s 超调量σ%：σ%=20% 5.实验分析与结论 1.从阶跃响应曲线中可以看到，超前校正可以提高系统的快速性和稳定性，改善系统的动 态性能。 2.从频率响应伯德图可以看到，两种校正方式都增大了相角裕度，提高了系统的相对稳定 性；但是超前校正会削弱系统的抗干扰能力，滞后校正使系统的动态性能变得极差。故为 了提高系统整体的性能，可以用滞后—超前校正。 3.搭建的实物模拟运算电路系统与理论系统的实验结果一致，验证了校正环节对于系统性 能的影响。