控制理论实验报告材料线性定常系统地串联校正

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1、实验报告课程名称：控制理论（乙）指导老师：成绩：__________________实验名称：线性定常系统的串联较正实验类型：______________同组学生姓名：__________一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、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、实验设备1．THBDC-2型控制理论·计算机控制技术实验平台；2．PC机一台(含“THBDC-2”软件)、USB

2、数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线。三、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．利用上位机软件，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。四、实验原理图6-1为一加串联校正后系统的方框图。图中校正装置Gc(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来改善系统的动态

3、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，由于这种校正既有超前校正的特点，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方法：零极点对消法（时域法；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Gc(S)中的零点抵消被控对象Go(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。设校正前系统的方框

4、图如图6-2所示。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：；上升时间：。1.2校正前系统的性能分析校正前系统的开环传递函数为：系统的速度误差系数为：，刚好满足稳态的要求。根据系统的闭环传递函数求得，，代入二阶系统超调量的计算公式，即可确定该系统的超调量，即，这表明当系统满足稳态性能指标KV的要求后，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，求得，解得根据零极点对消法则，令校正装置的传递函数则校正后系

5、统的开环传递函数为：相应的闭环传递函数于是有：，为使校正后系统的超调量，这里取，则，。这样所求校正装置的传递函数为：设校正装置GC(S)的模拟电路如图6-3或图6-4（实验时可选其中一种）所示。图6-3校正装置的电路图1图6-4校正装置的电路图2其中图6-3中时则有而图6-4中，，，时有图6-5(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)(约为63%)(b)(约为16.3%)图6-5加校正装置前后二阶系统的阶跃响应曲线2．期望特性校正法根据图6-1和给定的性能指标，确定期望的开环对数幅频特性L()，并令它等于校正装置的对数幅频特性Lc()和未校正系统开环对数幅

6、频特性Lo()之和，即L()=Lc()+Lo()当知道期望开环对数幅频特性L()和未校正系统的开环幅频特性L0()，就可以从Bode图上求出校正装置的对数幅频特性Lc(ω)=L(ω)-Lo(ω)据此，可确定校正装置的传递函数，具体说明如下：设校正前系统为图6-6所示，这是一个0型二阶系统。图6-6二阶系统的方框图其开环传递函数为：，其中，，，，K=K1K2=2。则相应的模拟电路如图6-7所示。图6-7二阶系统的模拟电路图由于图6-7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。2.1设校正后系统的性能指标如下：系统的超调量：，速度误差系数。后者表示校正后的

7、系统为I型二阶系统，使它跟踪阶跃输入无稳态误差。2.2设计步骤2.2.1绘制未校正系统的开环对数幅频特性曲线，由图6-6可得：其对数幅频特性曲线如图6-8的曲线(虚线)所示。2.2.2根据对校正后系统性能指标的要求，取，，相应的开环传递函数为：，其频率特性为：据此作出曲线（），如图6-8的曲线L所示。2.2.3求因为。所以由上式表示校正装置是PI调节器，它的模拟电路图如图6-9所示。图6-8二阶系统校正前、校正后的幅频特