自动控制原理实验教程 硬件模拟与MATLAB仿真 教学课件 作者 熊晓君第6章.ppt

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1、第6章线性系统的校正与设计6.1连续系统串联校正装置模拟电路实现1.实验目的（1）加深理解串联校正装置对系统动态性能的校正作用。（2）对给定系统进行串联校正设计，并使用模拟电路装置实现校正网络。（3）比较串联超前校正、串联滞后校正及串联超前-滞后校正的特点。2.实验原理1）串联超前校正：利用相位超前，通过选择适当参数使出现最大超前角时的频率接近系统幅值穿越频率，使截止频率后移，相位角超前，从而有效地增加系统的相角裕度，提高系统的相对稳定性。当系统有满意的稳态性能而动态响应不符合要求时，可采用超前校正。10/1/2021自动控制原理实验教程2）串联滞后校正：利用校正后系统幅值穿越频

2、率左移，使截止频率前移，增大幅值裕量，改善动态性能。如果使校正环节的最大滞后相角的频率远离校正后的幅值穿越频率而处于相当低的频率上，就可以使校正环节的相位滞后对相角裕度的影响尽可能小。特别当系统满足静态要求，不满足幅值裕度和相角裕度，而且相频特性在幅值穿越频率附近相位变化明显时，采用滞后校正能够收到较好的效果。3）串联超前－滞后校正：如果单用超前校正相角不够大，不足以使相角裕度满足要求，而单用滞后校正幅值穿越频率又太小，保证不了响应速度时，则需用超前－滞后校正，改善幅频特性，截止频率前移，增大幅值裕量，改善动态性能。10/1/2021自动控制原理实验教程3.实验内容（1）串联超前

3、校正图中开关S断开对应未校正，接通对应超前校正。比较系统校正前后动态响应过程，总结串联超前校正对系统产生的作用。10/1/2021自动控制原理实验教程10/1/2021自动控制原理实验教程（2）串联滞后校正开关S断开对应未校状态，接通对应滞后校正。比较系统校正前后动态响应过程，总结串联滞后校正对系统产生的作用。10/1/2021自动控制原理实验教程（3）串联超前-滞后校正双刀开关断开对应未校状态，接通对应超前-滞后校正。比较系统校正前后动态响应过程，总结串联超前-滞后校正对系统产生的作用。10/1/2021自动控制原理实验教程10/1/2021自动控制原理实验教程6.实验能力要求

4、（1）使用频率法设计串联超前校正网络的传递函数Gc1（s），并确定校正装置的组件参数。比较校正前后系统的阶跃响应曲线及性能指标，说明串联超前校正装置的作用。（2）使用频率法设计串联滞后校正网络的传递函数Gc2（s），并确定校正装置的组件参数。比较校正前后系统的阶跃响应曲线及性能指标，说明串联滞后校正装置的作用。（3）使用频率法设计串联超前—滞后校正网络的传递函数Gc3（s），并确定校正装置的组件参数。比较校正前后系统的阶跃响应曲线，说明串联超前—滞后校正装置的作用。10/1/2021自动控制原理实验教程1.实验目的（1）对给定系统设计满足频域性能指标的串联校正装置。（2）掌握频率

5、法串联有源和无源超前校正网络的设计方法。（3）掌握串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。2.实验原理用频率法对系统进行超前校正的基本原理，是利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目标。为此，要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止频率（剪切频率）处。6.2基于MATLAB控制系统频率法串联超前校正设计10/1/2021自动控制原理实验教程串联超前校正的特点：主要对未校正系统中频段进行校正，使校正后中频段幅值的斜率为-20dB/dec，且有足够大的相位裕度；超前校正会使系统瞬态响应的速度变快，校正后系统的截止频率增大。这表明校正后，系统

6、的频带变宽，瞬态响应速度变快，相当于微分效应；但系统抗高频噪声的能力变差。6.2基于MATLAB控制系统频率法串联超前校正设计10/1/2021自动控制原理实验教程（3）用频率法对系统进行串联超前校正的一般步骤为：1）根据稳态误差的要求，确定开环增益K。2）根据所确定的开环增益K，画出未校正系统的波特图，计算未校正系统的相位裕度。3）计算超前网络参数a和T。4）确定校正网络的转折频率。5）画出校正后系统的波特图，验证已校正系统的相位裕度。6）将原有开环增益增加倍，补偿超前网络产生的幅值衰减，确定校正网络组件的参数。6.2基于MATLAB控制系统频率法串联超前校正设计10/1/20

7、21自动控制原理实验教程3．实验内容（1）频率法有源超前校正装置设计【范例6-1】已知单位负反馈系统被控制对象的传递函数为：试用频率法设计串联有源超前校正装置，使系统的相位裕度，静态速度误差系数。（2）频率法无源超前校正装置设计【范例6-2】已知单位负反馈传递函数试设计无源串联超前校正网络的传递函数，使系统的静态加速度误差系数，相角裕度。10/1/2021自动控制原理实验教程4.实验能力要求（1）熟练掌握频率法设计控制系统串联有源和无源超前校正网络的方法。（2）熟练使用MATLA