自控第四次实验报告.doc

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1、哈工大自动控制原理实验报告 姓名： XXX 学号： XXXXXXXXXX 班级： XXXXXXXX 课程名称： 自动控制理论 实验日期： 2014.XX.XX 实验成绩： 总成绩： 实验三 采用PI的串联校正一、实验目的：1、了解和观测校正装置对系统稳定性及瞬态特性的影响。2、验证频率法校正是否满足性能要求。二、实验要求： 1、观测未校正系统的稳定性及瞬态响应。 2、观测校正后系统的稳定性极瞬态响应。三、实验仪器设备1、TDN-AC/ACS 教学实验系统 一套2、万用表 一块四、实验原理、内容及步骤 1、原系统的原理方块图 未校正系统的方框图如图31所示图31未校正系统的方框图要求设计PI串联

2、校正装置，校正时使期望特性开环传递函数为典型II型并使系统满足下列指标： 校正网络的传递函数为：校正后的方块图如图32所示图32 校正后的方块图2、系统校正前后的模拟电路图图33系统校正前的模拟电路图图34系统校正后的模拟电路图 3、实验内容及步骤（1） 测量未校正系统的性能指标。 准备：将模拟电路输入端R(t)与信号源单元（U1 SG）的输出端OUT端相连接；模拟电路的输出端C(t)接至示波器。 步骤：按图33接线；加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp和调节时间Ts，记录曲线及参数。未校正：MP=34.68%25%, ts=0.51560.84S 不满足指标。未校正系统分析：开环

3、传函,特征方程为：, , （2） 测量校正系统的性能指标分析：要求设计PI串联校正装置，校正时使期望特性开环传递函数为典型二型并使系统满足下列指标：=25% =0.84S校正网络的传递函数为：（s）= 为比例积分环节 K=为比例放大环节设计校正装置参数 由超调量和调整时间的公式Mp=exp(-)100%=25%得阻尼系数=0.4,带入Ts=0.84，得剪切频率为c=7.87，而c两侧与高频和低频的交接频率1和2必与c有一定的距离，为保证要求的相角裕度，11.57，27.87*215.68 则期望的传函为Gc=由（s）=，（s）= ，K=可得R1=92.7，C=6.47uF,=0.2,取R3=5

4、0k,R2=250k准备：通过实际实验，根据理论计算，设计校正装置参数（实验时与理论计算有一定偏差） R1= 94.7K C =6.7R2 = 250 K R3=50 K步骤：按图34接线，加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp和调节时间Ts，看是否达到期望值，若未达到，请仔细检查接线、参数值并适当调节参数值。记录达标的校正装置的实测曲线及参数。Mp=18.1%, ts=0.625s结果分析：对于欠阻尼二阶振荡系统有Mp=exp（）100%，所以Mp完全由决定，越大Mp越小，所以适当增加到一定时刻（但必须在欠阻尼要求范围内），就可能满足对超调亮的要求的。超调时间Ts=(当00.8时)

5、，与自然震荡角频率和阻尼系数都有关，因此只要调整好时间常数和阻尼系数就可能满足要求。五、思考题1、 是推导典型II型开环放大倍数Ka与中频宽1、2的关系。答：， 由以上关系式容易推得系统开环放大倍数与中频宽、的关系为：。2、 在本实验的典型II型系统校正外，还有没有其它校正方式？答：还可以用反馈控制调节，反馈和前馈的复合控制。实验四 具有微分负反馈的反馈校正一、实验目的：1、按给定性能指标，对固有模拟对象运用并联校正对数频率特性的近似作图法，进行反馈校正。2、用实验验证理论计算结果 。 3、 熟悉期望开环传递函数为典型型的参数计算及微分反馈校正调节器的实现。二、实验要求：1、观测未校正系统的稳

6、定性及瞬态响应。2、观测校正后系统的稳定性极瞬态响应。三、实验仪器设备1、TDN-AC/ACS 教学实验系统 一套2、万用表 一块四、实验步骤、原理及内容：1、未校正系统的性能指标1）原系统的原理方块图未校正系统的方框图如图1所示： 图1未校正系统的方框图2）系统校正前的模拟电路图，如图2所示 图2系统校正前的模拟电路图3）实验步骤准备：将模拟电路输入端R(t)与信号源单元（U1 SG）的输出端OUT端相连接；模拟电路的输出端C(t)接至示波器。 步骤：按图2接线；加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp和调节时间Ts，记录曲线及参数。4）实验结果阶跃响应曲线如图3所示图3 未校正系统

7、的阶跃响应曲线实验测得Mp=73.91% 4.3% ts=1.9380.3s5）未校正系统性能分析和实验结果分析从未校正的系统传递函数可以看出，系统由比例环节，积分环节和一个惯性环节组成，系统的剪切频率较大，相角裕度较小，系统的开环增益较大，中频段的衰减过大，大于20dB/dec.这导致系统的振荡较强烈，超调，和调整时间大。从未校正系统的阶跃响应曲线可以看出，系统的超调量很大，远不能满足性能指标，调整时间也很大。2、校正系统的性能指标1）校正的要求和指标要求设计具有微分校正装置，校正时使期望特性开环传递函数为典型I型，并使系统满足下列指标：放大倍数： 闭环后阻尼系数： 超调量： 调节时间： 校

8、正网络的传递函数为：2）校正后的方块图 图4校正后的方块图3）系统校正后的模拟电路图系统校正前后的模拟电路图如图5所示： 图5 系统校正后的模拟电路图4）实验步骤 准备：设计校正装置参数 根据给定性能指标，设期望开环传递函数为 因为，闭环特征方程为： 或 令故 由于微分反馈通道的Bode图是期望特性Bode图的倒数，所以微分反馈通道的放大倍数为期望特性的放大倍数的倒数，即1/19。而微分反馈通道传递函数的时间常数取期望特性时间常数T的二倍，为80。因此，反馈通道的传递函数为： 根据上式中各时间常数值，图5中按以下参数设定，微分反馈对系统的性能有很大的改善。R1=100K R2=25K C=0.

9、5步骤：按图5接线，加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp和调节时间Ts，看是否达到期望值。记录达标的校正装置的实测曲线及参数。5）实验的结果校正后系统的达标的实测曲线图如图6所示： 图6 校正后系统的达标的实测曲线实测：Mp=3.0%4.3% ts=0.250s0.3sR1=100K R2=24K C=0.55）校正后系统的性能分析和实验结果分析负反馈能抑制被包围部分的内部参量变化（包括非线性因素）和外部作用于传函上的干扰（包括高频噪声）影响。校正后可以增大相角裕度，减小中频的衰减度，减小剪切频率，改善系统的暂态性能。实验结果可以看出，反馈校正后，系统阶跃响应的超调和调整时间大大减

10、小，完全满足性能指标的要求，可见本校正装置参数设计合理。五、思考题1、当电位器W1中间点移动到反馈信号最大端，系统的输出波形C（t）的Mp 增加了还是减少了？为什么？答：系统的输出波形的超调量Mp减少了，因为电位器W1的滑动端的位置决定了微分负反馈环节取出输出信号的比例，即负反馈信号的大小，当电位器W1中间点移动到反馈信号最大端时，微分负反馈作用增强，微分负反馈环节完全工作，使系统动态性能提高，超调量Mp减小。2、是否能用4个运算放大器环节组成与图44功能相同的模拟电路？答：可以，如图所示。原图中两个标号为的运算放大器均构成反向器，可通过串联环节位置的调换省去一个反向器，即在不同的位置引回负反馈。实验总结经过此次实验，我们进一步了校正装置对系统稳定性及瞬态特性的影响，并成功验证了校正效果。在本次实验中，我们学会了耐心的重要性。做实验首先要领会目的，然后在实践中熟悉步骤，掌握适当的方法才可以达到最终的目的。会遇到一些棘手的问题，在老师的引导下自己思考，大胆尝试就解决了。