线性系统串联校正

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1、线性系统串联校正一·实验目的 1．熟悉串联校正装置对线性系统稳定性和动态特性的影响。2．掌握串联校正装置的设计方法和参数调试技术。二·实验要求 1．观测未校正系统的稳定性和动态特性。2．按动态特性要求设计串联校正装置。3．观测加串联校正装置后系统的稳定性和动态特性，并观测校正装置参数改变对系统性能的影响。4．对线性系统串联校正进行计算机仿真研究，并对电路模拟与数字仿真结果进行比较研究。三·实验原理 ①设计并连接一加串联校正后的二阶闭环系统的模拟电路，可参阅本实验附录的图4.4.4，利用实验箱上的U9、U14、U11、U15和U8单元连成②通过对该系统阶跃响应的观察，来完成对其稳定性和动

2、态特性的研究，如何利用实验设备观测阶跃特性的具体操作方法，可参阅“实验一”的实验步骤2。四·实验所用仪器 PC微机（含实验系统上位机软件）、ACT-I实验箱、USB2.0通讯线五·实验步骤和方法 1．观测未校正系统的稳定性和动态特性。2．按动态特性要求设计串联校正装置。3．观测加串联校正装置后系统的稳定性和动态特性，并观测校正装置参数改变对系统性能的影响。4．对线性系统串联校正进行计算机仿真研究，并对电路模拟与数字仿真结果进行比较研究。具体步骤：1．利用实验设备，设计并连接一未加校正的二阶闭环系统的模拟电路，完成该系统的稳定性和动态特性观测。提示：①设计并连接一未加校正的二阶闭环系统的

3、模拟电路，可参阅本实验附录的图4.1.1和图4.1.2，利用实验箱上的U9、U11、U15和U8单元连成。②通过对该系统阶跃响应的观察，来完成对其稳定性和动态特性的研究，如何利用实验设备观测阶跃特性的具体操作方法，可参阅实验一的实验步骤2。2．参阅本实验的附录，按校正目标要求设计串联校正装置传递函数和模拟电路。3．利用实验设备，设计并连接一加串联校正后的二阶闭环系统的模拟电路，完成该系统的稳定性和动态特性观测。提示：①设计并连接一加串联校正后的二阶闭环系统的模拟电路，可参阅本实验附录的图4.4.4，利用实验箱上的U9、U14、U11、U15和U8单元连成②通过对该系统阶跃响应的观察，来

4、完成对其稳定性和动态特性的研究，如何利用实验设备观测阶跃特性的具体操作方法，可参阅“实验一”的实验步骤2。4．改变串联校正装置的参数，对加校正后的二阶闭环系统进行调试，使其性能指标满足预定要求。提示：5．分析实验结果，完成实验报告。附录：1．方块图和模拟电路实验用未加校正二阶闭环系统的方块图和模拟电路，分别如图4.1.1和图4.1.2所示：其开环传递函数为：其闭环传递函数为：式中，，故未加校正时系统超调量为，调节时间为s，静态速度误差系数KV等于该I型系统的开环增益1/s，2．串联校正的目标要求加串联校正装置后系统满足以下性能指标：（1）超调量（2）调节时间（过渡过程时间）s（3）校正

5、后系统开环增益（静态速度误差系数）1/s3．串联校正装置的时域设计从对超调量要求可以得到%，于是有。由s可以得到。因为要求1/s，故令校正后开环传递函数仍包含一个积分环节，且放大系数为25。设串联校正装置的传递函数为D(s),则加串联校正后系统的开环传递函数为采用相消法，令（其中T为待确定参数），可以得到加串联校正后的开环传递函数这样，加校正后系统的闭环传递函数为对校正后二阶系统进行分析，可以得到图4.4.1综合考虑校正后的要求，取T=0.05s,此时1/s,，它们都能满足校正目标要求。最后得到校正环节的传递函数为从串联校正装置的传递函数可以设计其模拟电路。有关电路设计与校正效果请参见

6、后面的频域设计。图4.4.24．串联校正装置的频域设计根据对校正后系统的要求，可以得到期望的系统开环传递函数的对数频率特性，见图4.4.1。根据未加校正系统的开环传递函数，可画出其相应的对数频率特性，如图4.4.2所示。从期望的系统开环传递函数的对数幅频特性，减去未加校正系统开环传递函数的对数幅频特性，可以得到串联校正装置的对数幅频特性，见图4.4.3。从串联校正装置的对数幅频特性，可以得到它的传递函数：图4.4.3从串联校正装置的传递函数可以设计其模拟电路。图4.4.4给出已加入串联校正装置的系统模拟电路。在图4.4.4中，串联校正装置电路的参数可取R1＝390，R2＝R3＝200，

7、R4＝10，C＝4.7uF。校正前后系统的阶跃响应曲线如图4.4.5、4.4.6所示:（2）传递函数法期望的系统开环传递函数除以未加校正二阶闭环系统开环传递函数，可以得到串联校正装置的传递函数。同样地，可从串联校正装置的传递函数设计其模拟电路，如图4.4.4所示。六·实验注意事项 在实验过程中，要听从老师的指导，严格按照实验步骤进行，不能任意更改，不熟悉的仪器设备，应先请老师知道后使用，切勿随意乱动。实验室如有问题发生，应首先用自己学过的知识，