实验六_串联校正研究

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1、实验六串联校正研究一、实验目的：（1）熟悉串联校正的作用和结构（2）掌握用Bode图设计校正网络（3）在吋域验证各种网络参数的校匸效果二、实验原理：（1）校正的目的就是要在原系统上再加一些由调节器实现的运算规律，使控制系统满足性能指标。由于控制系统是利用期望值与实际输出值的误差进行调节的，所以，常常用“串联校正”调节方法，串联校」E在结构上是将调节器Gc（S）串接在给定与反馈相比误差Z后的支路上，见下图。实际上，校止设计不局限这种结构形式，冇局部反馈、前馈等。若单从稳定性考虑，将校正网络放置在反馈回路上也很常见。（2）本实验取三阶原系统作为被控

2、对象，分别加上二个滞后、一个超前、一个超前•滞后四种串联校正网络，这四个网络的参数均是利用Bode图定性设计的，用阶跃响应检验四种校正效果。由此证明Bode图和系统性能的关系，从而使同学会设计校正网络。三、实验设备：THBDC-1实验平台THBDC-1虚拟示波器四、实验线路：（见后）五、实验步骤：（1）不接校正网络,即Gc（S）=l,如总图。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释;（2）接人参数不正确的滞后校正网络，如图4・2。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释；（3）接人滞后校正网络，如图4・3。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解

3、释；（4）接人超前校正网络，如图44。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释；（5）接人混合校止网络，如图4-5,此传递函数就是工程上常见的比例■积分■微分校正网络，即PID调节器。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释；六、预习与回答：（1）写出原系统和四种校正网络的传递*1数，并画出它们的Bode图，请预先得出各种校正后的阶跃响应结论，从精度、稳定性、响应吋间说明五种校止网络的大致关系。答：Bode图见坐标纸G)(s)=0.2$+1G?(s)=_4$+10.001$+1rr.0.25+1G4(s)=s1.由G】(s)的Bode图可知，该

4、校正能够将系统的截止频率减小，并相位滞后，则会使系统的相也裕度小于0,从而使系统的响应时间变长，稳定性变羌，并且低频段的斜率为0,系统稳态性能差，误差大。2.由G2(s)的Bode图可知，该校正环节造成高频衰减，使姐汁频率减小，从而条件时间变长；乂山于该滞后环节被安排在低频段，远离截止频率，因此可以使得相角裕度为止值，从而系统稳定。传递函数为0型，因此对阶跃信号的跟踪冇一定误差3.由G3(s)的Bode图可知，该校正环节为超前校」E,它会增大开环截止频率和系统带宽，其超前相位又能补偿廉系统中的元件造成的相位滞后，授大超前角频率在开环截止频率附近

5、，是系统相角裕度增大，从而改善了系统的瞬态性能，调节之间变短。相对稳定性增大。但对■阶跃的跟踪仍然存在误差。4.由G4(s)的Bode图可知，PID控制中低频段主要是滞后环节起作用，提高系统的型,减少稳态谋羌；屮高频段主要是超前环节起作用，增人截止频率和相和裕度，提高响应速度。(2)若只考虑减少系统的过渡时间，你认为用超前校正还是用滞后校正好？答：超前校正能够将原开环系统的频率特性上调一定的高度，从而增人截止频率，因此用超前好。(3)请用简单的代数表达式说明用Bode图设让校正网络的方法答：1.根据系统对稳态误差的要求确定校正增益Kc,并画出未

6、校正的伯徳图2.求出为校正系统的相角裕度八若丫叩<0,或y-y5>65°，贝怀应采丿IJ超前校正3.根绝瞬态指标选择截止频率，计算校正环节时间常数T和ccT廿］Ts+11其中C(s)=Kcct,T=；=aTs+1叭Qa4.若不能采用超前校正，则根据相角裕度重新选择截止频率，该频率处有ZKcP(jwc)=-180°+/+(5°~12°),算出未校正系统该处的幅值，由此求出p,得到心+1Qs)=K，c,T=10/vv,pTs+c七、报告要求：(1)画出各种网络对原系统校正的BODE图,从BODE图上先得出校正后的时域特性,看是否与阶跃响应曲线一致

7、。(2)为了便于比较，作五条阶跃曲线的处标大小要一致。I倉墨By豊aid超f二・Joo;二»oz■x>oz■二.800lw>•聖凶泰