自动控制原理实验3.ppt

实验三控制系统的串联校正 实验目的 了解和掌握串联校正的分析和设计方法 研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响 实验内容 设计串联超前校正 滞后校正环节 并验证 系统结构图模拟电路图未加校正时Gc s 1 实验原理校正的分类 校正 需要对系统进行再设计 通过改变系统结构 或在系统中加进附加的装置或元件 以改变系统的总体性能 使系统的性能满足要求 这种再设计 即往系统中加进适当的装置 称为校正 为满足性能指标而加进系统的装置 称为校正装置 校正分为 串联校正 反馈校正 前置校正 干扰补偿四种 一般将控制器与控制对象进行串联连接的控制结构成为串联控制 串联校正又分为超前校正 滞后校正 滞后 超前校正三种方式 校正环节设计 根轨迹法 控制系统的时域设计要求 可方便的转化为对闭环零 极点的设计要求 由此可确定闭环零 极点在s平面的预期位置 使用根轨迹进行设计时实际上就是通过采用校正装置改变系统的根轨迹 从而将主导闭环极点配置到需要的位置上 在开环传递函数中增加极点 可以使根轨迹向右移动 从而降低系统的相对稳定性 增加系统响应时间 在开环传递函数中增加零点 可以导致根轨迹向左方移动 从而增加系统的稳定性 使系统响应时间减小 校正环节设计 频率响应法 采用频域指标时 闭环控制系统的设计要求就是实现给定的频域预期值 如事先给定的谐振峰值 谐振频率 稳定裕度 转折频率等进行校正环节的系统设计 超前校正 加串联超前校正时Gc s 给定a 2 44 T 0 26 则Gc s 1 由于引入具有正相位的的校正器 将增大前向通道模型的相位 使其相位超前于受控对象的相位 因此称为相位超前校正 2 相位超前主要发生在 1 aT 1 T 频段上 使系统的开环增益提高 由于正相移的作用 使截止频率附近的相位明显上移 所以就具有较大的稳定裕度 故有效的改善了原系统的稳定性 并且可以获得了足够的快速性 也就是校正后的闭环系统的阶跃响应速度加快 且超调量减小 超前校正可以用在既要提高快速性 又要改善振荡性的情况下 3 由于超前校正使系统的高频段的幅频特性曲线上移了20Lgadb 这会削弱系统的抗高频干扰能力 因此在高频干扰比较严重的情况时 一般不用超前校正 滞后校正 加串联滞后校正时Gc s 给定b 0 12 T 83 33 则Gc s 1 由Bode图可见 滞后校正环节的幅频特性曲线 从出1 T发生衰减 且在1 bT的地方 衰减了 20Lgb分贝 这一性质称为滞后校正环节的高频衰减特性 2 由于它的相频特性总是取负值 故称为滞后校正 且相位滞后主要发生在频率1 T和1 bT 之间的区段 由于滞后特性负斜率的作用 显著减小了系统的频宽 也就是系统的快速性会得到一定的限制 所以滞后校正是以对快速性的限制来换取系统的稳定性 从相频曲线来看 校正虽然带来了负相移 但是由于是处在系统频率较低的部分 低频段 所以对系统的稳定裕度不会有很大的影响 因此滞后校正是利用了网络的高频衰减特性 减小系统的截止频率 从而使稳定裕度增大 保证了稳定性和振荡性的改善 3 由于校正后系统的高频段衰减成了 20Lgbdb 因而加入滞后校正环节的系统具有较好的抑制高频干扰的能力 实验数据和实验报告要求 实验数据存放在workspace中 应将全部数据数据保存下来 rt input为输入数据 阶跃信号rt output为输出数据 响应信号 os ts tr stepspecs rt time rt output rt output end 5 计算系统时域指标 ts应减去0 5 计算校正前后时域指标的理论值与实测值并进行比较和误差分析 画出系统校正前 加超前校正 加滞后校正