自控实验报告-连续系统串联校正.docx

实验二 连续系统串联校正一、 实验目的观察串联超前、滞后、滞后超前校正对改善系统性能的作用；学习串联校正的基本设计方法；观测超前、滞后、滞后超前三种校正方式的作用。二、 实验内容（1） 已知系统开环传递函数：模拟线路图如图1所示， 图1 不加校正时的模拟电路图原系统的截止频率满足，解得，其bode图如图2图2 不加校正时的系统bode图（2） 要求原系统经过超前校正后满足，。因为原系统已经能够满足速度误差系数，设超前校正的传递函数。要求截止角频率，不妨取，原系统在处产生的相角，为了使系统有至少30的相角裕量。取 又解得 即。本次实验采用的超前系统传递函数为：图3 超前校正部分自身的bode图其模拟线路图如图4所示：图4 超前校正的电路图经过校正后的电路bode图为：图5 加入超前校正后电路的bode图（3） 原系统经过滞后校正后， ，。设滞后校正装置的传递函数为：取截至角频率则有 不妨取可以解得： 即系统的滞后校正的传递函数可以取本次实验给出的滞后装置的传递函数为：滞后部分的伯德图图6 滞后校正部分自身的bode图其模拟线路图如图7所示：图7 加滞后校正的电路图电路的bode图如图所示：图8 加入滞后校正后的电路bode图（4）原系统经过滞后超前校正后， ，。本实验中滞后超前校正装置的传递函数滞后超前部分自身的伯德图：图9 滞后超前校正部分自身的bode图则该电路的电路原理图如图10所示图10 加滞后超前校正的电路图该电路的bode图如下所示：图11 加入滞后超前校正后的电路bode图三、 实验步骤1. 按照图1连线，观测系统的运动状态，记录响应曲线。并记下系统的超调量和阶跃响应时间。2. 同步骤1，按照图4、图7、图10连线，然后观测系统的运动状态，记录响应曲线，记下和。四、 数据整理与分析表1 系统的超调量和阶跃响应时间原系统超前校正后滞后校正后滞后超前校正后超调量67%25.9%32.3%4.9%阶跃响应时间/s3.550.161.201.02表2 系统的相角裕量和幅值裕量原系统超前校正后滞后校正后滞后超前校正后幅值裕量/dB0.83116.823.418.7相角裕量/1.5139.639.173.5实验图如下：图12 未校正系统的阶跃响应曲线图13 超前校正后的系统阶跃响应曲线图14 滞后校正后电路的阶跃响应曲线图15 滞后超前校正后电路的阶跃响应曲线五、 结果分析从实验结果可以看出：1超前校正主要可以提供相位超前角，改善系统的动态性能。经过超前校正之后，系统的响应速度提高，超调量减小，同时系统的相角裕量增大。2. 滞后校正可以改善系统的静态误差系数，增加系统的幅值裕量，但同时会产生一定的相角滞后。3. 超前滞后系统综合了超前校正和滞后校正的作用，可以改善系统的静态误差，还可以提升系统的阶跃响应速度和相角裕量。六、 实验总结通过本次实验我们进一步熟悉了校正装置，了解校正的作用和特点。因为一个系统的性能可能存在不足，而校正（包括串联校正和反馈校正）可以改善系统的性能，比如提升响应速度，提高系统的角度裕量，改善静态误差等等。另外串联校正又可以分为超前校正、滞后校正、滞后超前校正，它们有着各自的优点和劣势，在不同的系统中可以采取不同的校正装置，例如要提高系统的动态响应速度就可以利用超前校正实现，要提高静态稳定性能就可以利用之后校正装置来实现，也经常可以综合两者的优势，同时改善动态性能与静态稳定性。同时本次试验也是一次很好的对课堂学习内容的运用与回顾，进一步加深了理解，从实际操作上体会到了矫正的效果及不同矫正方式的差别。需要注意的几点问题：一、实验中发现实验室所给的电阻经常误差较大，因此使用前需要测量有时甚至需要拼接，其次线间干扰很大，在连线过程中还要注意各个装置的排布，使连线尽量简洁便于检查，而且发现相离较近的电容和电阻容易发生自激振荡问题。二、实验中有一部分电阻值与标定值不统一，这个时候得出的结论与预计相差比较