东南大学控制基础实验六串联校正实验

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1、东南大学自动化学院实验报告课程名称：控制基础实验六串联校正研究实验名称：串联校正研究院（系人自动化专业：自动化姓名：学号：实验室：实验组别：同组人员：实验时间：2013年12月20日评定成绩：审阅教师：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）在时域验证各种网络参数的校正效果二、实验原理：（1）本校」E采用串联校正方式，即在原被控对象串接一个校正网络，使控制系统满足性能指标。山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，串联校正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。工程上

2、，校正设计不局限这种结构形式，有局部反馈、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：（见后图）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；543210•1•2•3•4•501234568910Timeoffse

3、t:0（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图解释;Timeoffset:0（4）接人超前校止网络，如图4・4。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图斛释;imeoffset:0（5）接人混合校正网络，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Illi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函数，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、响应时间说明

4、五种校正网络的人致关系。答:开环传递函数G°($产(l/(0・2s+l))*(2/(l+0・094s))*(5・l/(l+0.051s))G®=1/(02$+1)G2(s)=1/(45+1)G3(s)=(0.15+1)/(0.0015+1)G4(s)=(0.2s±1)/sG0(s)=(1/(0.2s+1))*(2/(I+0.094s))气5」/(I+0.05⑸)G】($)参数不好：由们徳图可知，该系统能够将系统的截止频率减小，并且相位滞后，则会是系统的相角裕度小于0,从而使系统的响应时间变长，稳定性变差，并H•低频段的斜率为0,系统的稳态性能差，误差大°2⑸滞后校IE：111bode图知，

5、该校正环节造成高频衰减，使截止频率减小，从而调节时间变长，又由于该滞后环节被安排在低频段，远离截止频率，因此可以使相如裕度为正值，从而系统稳定，传递函数为0型，因此对阶跃信号有一定跟踪误差“3⑶超前校止：由bode图知，该校」E环节为超前校正，他会增大开环截止频率和帯宽，其超前相位乂能补偿原系统小元件造成的相位滞后，最人超前角频率在截止频率附近，是系统的相角裕度增人，从而改善了系统的瞬态性能，调节时间变短。相对稳定性增人，但对阶跃跟踪任然存在误差Gi(s)pid校止由伯德图知，PID控制中低频段主要是滞后环节起作川，提高系统的型，减少稳态误差，中高频段主要是超前环节起作用，增大截止频率和相

6、角裕度，提高响应速度。(2)若只考虑减少系统的过渡吋间，你认为用超両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高度，从而增人截止频率，减少过渡时间，因此超前校正好。(3)请用简单的代数表达式说明用Bode图设计校正网络的方法答：1》根据系统对稳态谋差的要求确定校正增益Kc,并画岀未校正的伯徳图。2》求出未校正系统的相角裕度Y若Y-Y?<0,或者Y-Y5>65°,则不应采用超前校正3》根据瞬态稳定性能指标选择截止频率，计算校正环节的时间常数T和uT,其中C(s)=K，c(】*(Ts+l)/(aTs+l),T=l/(Wc*亦)4》若不能采用超前校正，则根据相角裕度重新

7、选择截止频率，该频率处有ZKcP(jWc)=-18()a+Y+(5°〜12°),算出未校正系统该处的幅值,由此求出B,得到C(s)二Kc*(Ts+l)/(BTs+l),T=10/Wc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。(2)为了便于比较，作五条阶跃曲线的坐标大小要一致。I倉墨By豊aid超f二・Joo;二»oz■x>oz■二.800lw