自动控制原理实验系统超前校正实验报告.pdf

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1、实验五系统超前校正实验五系统超前校正4 4 学时学时本实验为设计性实验本实验为设计性实验一、实验目的一、实验目的1了解和观测校正装置对系统稳定性及动态特性的影响。2学习校正装置的设计和实现方法。二、实验原理二、实验原理工程上常用的校正方法通常是把一个高阶系统近似地简化成低阶系统，并从中找出少数典型系统作为工程设计的根底，通常选用二阶、三阶典型系统作为预期典型系统。只要掌握典型系统与性能之间的关系，根据设计要求，就可以设计系统参数，进而把工程实践确认的参数推荐为“工程最正确参数，相应的性能确定为典型系统的性能指标。根据典型系统选择控制器形式和工程最正确参数，据此进展系统电路参数计算。在工程设计中

2、，经常采用二阶典型系统来代替高阶系统如采用主导极点、偶极子等概念分析问题其动态构造图如图 7-1 所示。同时还经常采用“最优的综合校正方法。图 7-1 二阶典型系统动态构造图2nK二阶典型系统的开环传递函数为G(s)s(Ts 1)s(s 2n)2n闭环传递函数(s)2s2 2ns n式中n1K1，或者K n,T,22T2 KTn二阶系统的最优模型1最优模型的条件z根据控制理论，当 0.707 代入12 KT22时，其闭环频带最宽，动态品质最好。把22得到，K 11，这就是进展校正的条件。,或T 2T2K2最优模型的动态指标为%e/12100%4.3%，ts3n 4.3T三、实验仪器及耗材三、实

3、验仪器及耗材1ELAT3 自动控制原理实验箱一台；2PC 机一台；3数字万用表一块4配套实验软件一套。四、实验容及要求四、实验容及要求未校正系统的方框图如图 7-2 所示，图 7-3 是它的模拟电路。图 7-2 未校正系统的方框图矫正后未调整电路图图 7-3 未校正系统的模拟电路设计串联校正装置使系统满足下述性能指标设计串联校正装置使系统满足下述性能指标（1）超调量%5%（2）调节时间 ts1 秒（3）静态速度误差系数Kv201/秒1 1测量未校正系统的性能指标测量未校正系统的性能指标1按图 7-3 接线；2参加单位阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量%和调节时间 ts。z2 2根据系统性

4、能要求设计校正网络根据系统性能要求设计校正网络1根据最优系统设计校正网络传递函数；2根据传递函数设计校正网络元件参数。3 3将设计好的校正网络参加到原系统中去，测量校正后系统的性能指标将设计好的校正网络参加到原系统中去，测量校正后系统的性能指标1画出校正后系统的模拟电路，并正确接线；2参加单位阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量%和调节时间 ts。五、系统分析与设计五、系统分析与设计1 1未校正系统性能分析未校正系统性能分析原系统开环传递函数为：G0(s)20s(0.5s 1)原系统开环增益 K1=20，惯性环节时间常数 T1=0.5原系统的闭环传递函数为：0(s)2040220.5s s

5、 20s 2s 402n对照二阶系统标准式：(s)22s 2ns n得:n0=40=6.32(n0为系统的无阻尼自然振荡频率)又20n02，所以阻尼比：01/n0=0.158未校正系统的超调量%为：%e/调节时间 ts为：ts412100%60%n=4 秒系统静态速度误差系数Kv=K1=201/秒所以原系统不满足超调量%5%，调节时间 ts1 秒的性能指标，需要进展校正。2 2校正网络的设计校正网络的设计本系统采用串联超前校正，校正网络的传递函数为：zGC(s)KCs 1Ts 1(7-1)校正后系统总的开环传递函数为G(s)G0(s)GC(s)20KC(s 1)20s 1KC(7-2)s(0.

6、5s 1)Ts 1s(0.5s 1)(Ts 1)首先应该满足 K=KV=20，由式(7-2)得：K=20KC=20，所以 KC=1为了使校正后的系统是最优二阶系统，可以使式(7-2)的(s1)与(0.5s 1)相消(偶极子原理)。所以，T10.5秒。根据最优二阶系统，T 1/2K=1/40=0.025 秒。因此，校正网络的传递函数：GC(s)KC常用超前校正网络的构造如图 7-4 所示。图 7-4 常用串联校正网络图 7-4 中：KCR1 R2R R，(12 R3)C，T=R3C(要求 R3R1、R2)R0R1 R2s 1Ts 10.5s 10.025s 1取 C=10uf，则R3T0.025

7、2500 2.5KC10106取 R1=R2=100K，则由于KCR1 R2200K1，所以 R0=200K。R0R03 3验证校正后系统性能验证校正后系统性能根据上述设计参数，校正后系统的开环传递函数为闭环传递函数为(s)8002s 40s 8004040 0.707，是最正确阻尼比。2n56.6则n800 28.3，又2n 40，所以当二阶系统为最正确阻尼比时，%4.3%5%，ts 4.3T 4.30.025 0.11秒 1秒，各项指标都满足性能要求。4 4测量未校正系统的单位阶跃响应测量未校正系统的单位阶跃响应z按图 7-3 的模拟电路接线，当系统输入单位阶跃电压时，系统的输出波形如图7

8、-5所示。图 7-5 未校正系统的阶跃响应 贴你自己实验结果图，在图的边上或下面标注测量结果5 5参加校正网络后系统的模拟电路如下列图所示参加校正网络后系统的模拟电路如下列图所示图 7-5 参加校正网络后的模拟电路6 6测量参加校正网络后系统的阶跃响应测量参加校正网络后系统的阶跃响应按图 7-5 的模拟电路接线，当系统输入单位阶跃电压时，参加校正网络后系统的输出波形如图 7-6 所示。图 7-6 参加校正网络后系统的阶跃响应 贴你自己实验结果图，在图的边上或下面标注测量结果结论：结论：对于普通二阶系统，对于普通二阶系统，当系统动态性能不满足要求时，当系统动态性能不满足要求时，可以采用串联超前校正，可以采用串联超前校正，并按二阶最优系统设计，实验验证了设计的正确性。并按二阶最优系统设计，实验验证了设计的正确性。z