东南大学自控实验报告-实验四串联校正研究剖析.doc

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1、《自动控制原理》实验报告实验名称：实验四　串联校正研究院（系）：专业：姓名：学号：实验室：416实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：实验四串联校正研究一、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）在时域验证各种网络参数的校正效果二、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，串联校正在结构上是将调节器Gc(S)串接在给定与反馈相比误差之后的支路

2、上，见下图。被控对象H(S)校正网络Gc(S)设定实际上，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：（见附图）五、实验步骤：（1）不接校正网络，即Gc(S)=1，如总图。观

3、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）接人参数较好的滞后校正网络，如图4-3。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释；（4）接人参数较好的超前校正网络，如图4-4。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释；（5）接人参数较好的混合校正网络，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函数，并画出它们的Bode

4、图，请预先得出各种校正后的阶跃响应结论，从精度、稳定性、响应时间说明五种校正网络的大致关系。【答】：原系统传递函数：，BODE图：分析：精度方面，原系统存在稳态误差（初始斜率为0）；稳定性方面，存在一定的超调量，相角裕度一般（中频带-20db斜率段折线长度有限）；响应时间方面，响应时间较长（穿越频率较小）。所以得到的阶跃响应预计表现一般，本实验作为标准参照。图4-1无校正。图4-2传递函数：，BODE图：分析：属于滞后校正。精度方面，不能改变系统稳态误差（初始斜率为0）；稳定性方面，会增加超调量，减小相角裕度，系统更不稳定（中频带-2

5、0db斜率段折线长度比原系统短，对应截止频率的相角裕度很小，估计系统难以稳定）；响应时间方面，响应时间比原系统还要长（穿越频率太小）。所以得到的阶跃响应存在稳态误差、稳定性比原系统差，比原系统响应时间慢。甚至系统无法稳定，这个环节设计有误。图4-3传递函数：，BODE图：分析：属于滞后校正。精度方面，新系统不能改变稳态误差（初始斜率为0）；稳定性方面，可以减少超调量，增大相角裕度，系统更稳定（新系统中频带-20db斜率段折线长度比原系统长，对应截止频率的相角裕度较大）；响应时间方面，响应时间比原系统还要长（穿越频率更小了）。所以得到的

6、阶跃响应存在稳态误差、稳定性比原系统好，比原系统响应时间慢。图4-4传递函数：，BODE图：分析：属于超前校正。精度方面，不能改变稳态误差（初始斜率为0）；稳定性方面，可减小的超调量，获得更大的相角裕度，系统更稳定（新系统中频带-20db斜率段折线长度比原系统长，对应截止频率的相角裕度较大）；响应时间方面，响应时间比原系统还要短，更比滞后校正响应快（穿越频率变大了）。所以得到的阶跃响应存在稳态误差、稳定性比原系统好，比原系统响应时间快。图4-5传递函数：，BODE图：分析：属于PID校正。精度方面，新系统不存在稳态误差（初始的高斜率提

7、高了系统型别，初始斜率不再为0，消除了位置误差）；稳定性方面，比原系统有更少的超调量，更大的相角裕度，系统与前几个校正相比也是最稳定的（新系统中频带-20db斜率段折线长度比原系统长，对应截止频率的相角裕度较大）；响应时间方面，响应时间比原系统还要短，是所有校正中最短的（穿越频率最大，频带最宽）。所以得到的阶跃响应不存在稳态误差、稳定性比原系统好，比原系统响应时间快。可以看到是一个较为满意的校正网络。（1）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】：超前校正好。增大了穿越频率，拓宽了频带，减小了过渡时间。（2

8、）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】：要减小稳态误差：提高BODE图初始斜率；要提高稳定性，减小超调量、增加相角裕度：拉长中频带-20db折线的长度；要缩短响应时间：扩大穿越频率。用代数式表示，