自控原理实验6

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1、实验六线性定常系统的串联校正一、实验目的1.通过实验，理解所加校正装置的结构、特性和对系统性能的影响；2.掌握串联校正几种常用的设计方法和对系统的实时调试技术。二、实验内容1.观测未加校正装置时系统的动、静态性能；2.按动态性能的要求，分别用时域法或频域法（期望特性）设计串联校正装置；3.观测引入校正装置后系统的动、静态性能，并予以实时调试，使之动、静态性能均满足设计要求；4.使用MatlabSimulink模块，分别对校正前和校正后的系统进行仿真，并与上述模拟系统实验的结果相比较。三、实验原理下图为一加串联校正后系统的方框图

2、。图中校正装置G、（S）是与被控对象Go（S）串联连接。图6-1加串联校正后系统的方框图串联校正有以下三种形式：1）超前校正，这种校正是利用超前校正装置的相位超前特性來改善系统的动态性能。2）滞后校正，这种校正是利用滞后校正装置的高频幅值衰减特性，使系统在满足稳态性能的前提下又能满足其动态性能的要求。3）滞后超前校正，由于这种校正既冇超前校正的特点，又有滞后校正的优点。因而它适用系统需要同时改善稳态和动态性能的场合。校正装置有无源和有源二种。基于后者与被控对象相连接时，不存在着负载效应，故得到广泛地应用。下面介绍两种常用的校正

3、方法：零极点对消法（吋域法；采用超前校正）和期望特性校正法（采用滞后校正）。1.零极点对消法（时域法）所谓零极点对消法就是使校正变量G（.（S）中的零点抵消被控对象Gq（S）中不希望的极点，以使系统的动、静态性能均能满足设计要求。设校正前系统的方桐图如图6-2所示。▲—510.2sC0,5s+lR(S)+z图6-2二阶闭环系统的方框图1.1性能要求静态速度误差系数：Kv=251/S,超调量：^<0.2；上升时间：ts

4、S+l)系统的速度误差系数为：^v=lim5G0(5)=25,刚好满足稳态的要求。根据S->0系统的闭环传递函数S)1+G0(S)_S2+2S+50_S2+2^eonS+co;50求得=750,2^con=2»=0.14代入二阶系统超调量么的计算公式，即可确定该系统的超调量么，即Sp=e、卜(=0.63，t=-^―=3s(A=±0.05)这表明当系统满足稳态性能指标Kv的耍求后，其动态性能距设计要求甚远。为此，必须在系统中加一合适的校正装置，以使校正后系统的性能同时满足稳态和动态性能指标的要求。1.3校正

5、装置的设计根据对校正后系统的性能指标要求，确定系统的和％。即由8,<0.2=e砰，求得p0.5M=±0.(Z5)，根据零极点对消法则，令校正装置的传递函数=则校正P系统的开环传递函数为:G(5)=Gc(S)Go(S)=0.5S+125xTS+iS(O.5S+1)25s(rs+i)相应的闭环传递函数邮)===C(5)+l~TS2+S+25~S2+S/T+25/T~S2+2^coHS+cot；2525/Tco1T图6-3校正装置的电路图2x0.1T尸=0.045o0.55+10.0454-1C(()L2。25y为使校正后系统的超调

6、量么€20%,这里取=0.5(-16.3%)这样所求校正装置的传递函数为:0.5S+10.04S+1设校正装置Gc(S)的模拟电路如图6-3所示。其中R,=Rd=200K,R,=400K,R,=10K，C=4.7uF时T=R3C=10xl03x4.7xl06-0.04S2000+40000+2000400m7x10—6-0.57?2斤3+斤2斤4+R凡A+AR.,CS+1下图(a)、(b)分别为二阶系统校正前、后系统的单位阶跃响应的示意曲线、(a)(么约为63%)(b)(么约为16.3%)图6-4加校正装置前后二阶系统的阶跃响

7、应曲线1.期望特性校正法根据给定的性能指标，确定期望的幵环对数幅频特性L(a),并令它等于校正装置的对数幅频特性Lc(a)和未校正系统开环对数幅频特性U(勿)之和，即L()=Lc(6y)+Lo(6；)当知道期望开环对数幅频特性L(勿)和未校正系统的开环幅频特性Lo(^),就可以从Bode图上求出校正装置的对数幅频特性Lc(&)=L()-Lo(6；)据此，可确定校正装置的传递函数，具体说明如下：设校正前系统为下图所示，这是一个0型二阶系统。图6-5二阶系统的方框图其开环传递函数为：Go(S)=——=,其屮7；=/,T2=0.2，

8、K,=l，(7；S+l)(r2S+l)(5+l)(0.2S+l)K2=2，K=K,K2=2o则相应的模拟电路如下图所示。图66二阶系统的模拟电路图由于图6-6是一个0型二阶系统，当系统输入端输入一个单位阶跃信号时，系统会有一定的稳态误差，其误差的计算方法请参考实验四“线性定常