2021年自动控制原理试验系统超前校正试验报告

1、试验五系统超前校正4课时本试验为设计性试验一、试验目1 . 了解和观察校正装置对系统稳定性及动态特征影响.2 .学习校正装置设计和实现方法.试验原理工程上常见校正方法通常是把一个高阶系统近似地简化成低阶系统,并从中找出少 数经典系统作为工程设计根底,通常选择二阶、三阶经典系统作为预期经典系统.只要掌握经典系统与性能之间关系,依据设计要求,就能够设计系统参数,进而把工程实践确定参数推荐为 工程最好参数对应性能确定为经典系统性能指标.依据经典系统选 择限制器形式和工程最好参数,据此进行系统电路参数计算在工程设计中,常常采取二阶经典系统来替换高阶系统 如采取主导极点、 偶极子 等概念分析问题其动态结

2、构图如图7-1所表示.同时还常常采取 最优综合校正方法.图7-1二阶经典系统动态结构图2 n s(s 2 n)闭环传输函数s2ns22 * * ns n式中n AT,或者 K -, T2 . KT2二阶系统最优模型(1)最优模型条件依据限制理论,当初 0.707 W2,其闭环频带最宽,动态品质最好.把史 代221 .11入得到,K ,或T ,这就是进行校正条件.2 KT2T2K3 2)最优模型动态指标为/ 1-23% e100% 4.3%, ts 一 4.3Tn三、试验仪器及耗材1. ELAT3自动限制原理试验箱一台；2. PC机一台；3. 数字万用表一块4,配套试验软件一套四、试验内容及要求

3、未校正系统方框图如图7-2所表示,图7-3是它模拟电路图7-2未校正系统方框图t» 10.io.?n(kO- VCE IJ3?2lXlkQ-0P/1MP-5T VIRTUALVIRTUAVEEIP 5TVIRTUAL9'：-VEEVEE -1W vcc:- VCC-VW 10DKOODI-flHH- 1uFOFAF 流E ：To.VEE 2VOPAMP ST . r » i 1ftS-tuFR2 AM Z5Ck£Ri 2 雨1,13 si1(r“PL* M睢二.tn?1丽矫正后未调整电路图图7-3未校正系统模拟电路设计串联校正装置使系统满足下述性能指标(1

4、) 超调量% 5%(2)调整时间ts 1秒(3)静态速度误差系数Kv 20 1/秒1 .测量未校正系统性能指标(1)按图7-3接线;(2)参加单位阶跃电压,观察阶跃响应曲线,并测出超调量 和调整时间ts2 .依据系统性能要求设计校正网络(1)依据最优系统设计校正网络传输函数；(2)依据传输函数设计校正网络元件参数.3 .将设计好校正网络参加到原系统中去,测量校正后系统性能指标(1)画出校正后系统模拟电路,并正确接线；(2)参加单位阶跃电压,观察阶跃响应曲线,并测出超调量 和调整时间ts五、系统分析与设计1 .未校正系统性能分析原系统开环传输函数为：Go(s)20s(0.5s 1)原系统开环增益

5、K1=20,惯性步骤时间常数T1=0.5原系统闭环传输函数为对照二阶系统标准式：,一、20400(s)2-2(s)0.5s n s2 2 ns得：n0=、；40=6.32( 口.为系统无阻尼自然振荡频率)又2 0 n0 2,所以阻尼比：01/ n0 =0.158未校正系统超调量 为：% e 小2 100% =60% s 20s2 2s 404 一,调整时间ts为：ts =4秒 n系统静态速度误差系数Kv=Ki=20 1/秒所以原系统不?f足超调量% 5%,调整时间ts 1秒性能指标,需要进行校正2 .校正网络设计本系统采取串联超前校正,校正网络传输函数为(7-1)曳Kep校正后系统总开环传输函

6、数为G(s) Go(s)Gc(s)s(0.5s 1) Ts 120Kc(s 1)s(0.5s 1)(Ts 1)(7-2)首先应该满足K=Kv=20,由式(7-2)得：K=20KC=20,所以Kc=1为了使校正后系统是最优二阶系统,能够使式(7-2)( s 1)与(0.5s 1)相消(偶极子原理).所以,T1 0.5秒.依据最优二阶系统,T 1/2K =1/40=0.025秒. s 10 5s 1所以,校正网络传输函数：Gc(s) Kc- -Ts 10.025 s 1常见超前校正网络结构如图7-4所表示.图7-4常见小联校正网络图 7-4 中：Kc R-R2,(R3)c , T=R3c(要求 R

7、3<<R1、 R2)R0R R2取 c=10uf, WJ R30.025 625002.5Kc 10 10 6取 R1=R2=100K Q那么(R1R2R3)C 50 103 10 10 6 0.5秒Ri R2由于 KC R1-R2 200K1,所以 R0=200KQR0R.3 .验证校正后系统性能依据上述设计参数,校正后系统开环传输函数为_20G(s)G°&s(闭环传输函数为ss80040s 800那么 n <800 28.3,又 2n 40,所以4040一一,一, 0.707 ,是最好阻尼比.56.6当二阶系统为最好阻尼比时% 4.3% 5% , ts4.3T 4.3 0.025 0.11秒 1秒,各项指标都满足性能要求.4 .测量未校正系统单位阶跃响应按图7-3模拟电路接线,当系统输入单位阶跃电压时,系统输出波形如图7-5所表示.图7-5未校正系统阶跃响应贴你自己试验结果图,在图边上或下面标注测量结果5 .参加校正网络后系统模拟电路以下列图所表示图7-5参加校正网络后模拟电路6 .测量参加校正网络后系统阶跃响应按图7-5模拟电路接线,当系统输入单位阶跃电压时,参加校正网络后系统输出波 形如图7-6所表示.图7