自动控制理论实验报告

1、Harbin Institute of Technology姓名： 学号： 课程名称： 实验名称： 实验序号： 实验日期： 实验室名称： 同组人： 实验成绩： 总成绩： 教师评语： 教师签字： 年 月 日 采用PI的串联校正、具有微分负反馈的反馈校正实验一、实验目的：1了解和观测校正装置对系统稳定性及瞬态特性的影响；2验证频率法校正是否满足性能要求；3按给定性能指标，对固有模拟对象运用并联校正对数频率特性的近似作图法，进行反馈校正；4用实验验证理论计算结果； 5 熟悉期望开环传递函数为典型型的参数计算及微分反馈校正调节器的实现。二、实验要求： 1观测未校正系统的稳定性及瞬态响应； 2观测校正后

2、系统的稳定性极瞬态响应。3、 实验原理、内容及步骤 （一）采用PI的串联校正实验 1原系统的原理方块图 校正前系统的方框图如图1所示图1校正前系统的方框图要求设计PI串联校正装置，校正时使期望特性开环传递函数为典型II型并使系统满足下列指标： 校正网络的传递函数为：校正后系统的方框图如图2所示图2 校正后的方框图2系统校正前后的模拟电路图图3 系统校正前的模拟电路图图4系统校正后的模拟电路图3.实验内容及步骤（1）测量未校正系统的性能指标。 准备：将模拟电路输入端R(t)与信号源单元（U1 SG）的输出端OUT端相连接；模拟电路的输出端C(t)接至示波器。 步骤：按图3接线；加入阶跃电压，观察

3、阶跃响应曲线，并测出超调量Mp和调整时间Ts，记录曲线及参数。（2）测量校正后系统的性能指标。 准备：设计校正装置参数；由，可得，取，其中，则取R2=250K，则有R3=50K 因此各参数的取值分别为： R1= 92.7K C=6.47u R2= 250K R3=50K步骤：按图4接线，加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp和调整时间Ts，看是否达到期望值，若未达到，请仔细检查接线、参数值并适当调节参数值。记录达标的校正装置的实测曲线及参数。（二）具有微分负反馈的反馈校正1原系统的原理方块图已知未校正系统的方框图如图5所示图5 未校正系统的方框图要求设计具有微分校正装置，校正时使期望

4、特性开环传递函数为典型I型，并使系统满足下列指标： 放大倍数： 闭环后阻尼系数： 超调量： 调整时间： 校正网络的传递函数为： 校正后的方块图如图6所示图6 校正后的方框图2系统校正前后的模拟电路图图7 系统校正前的模拟电路图图8 系统校正后的模拟电路图3实验内容及步骤（1）测量未校正系统的性能指标。 准备：将模拟电路输入端R(t)与信号源单元（U1 SG）的输出端OUT端相连接；模拟电路的输出端C(t)接至示波器。 步骤：按图7接线；加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp和调节时间Ts，记录曲线及参数。（2）测量校正系统的性能指标。准备：设计校正装置参数 根据给定性能指标，设期望开

5、环传递函数为 因闭环特征方程为： 或 故 因为微分反馈通道的Bode图是期望特性Bode图的倒数，所以微分反馈通道的放大倍数为期望特性的放大倍数的倒数，即1/19。而微分反馈通道传递函数的时间常数取期望特性时间常数T的二倍，为80。因此反馈通道的传递函数为： 根据上式中各时间常数值，图8中按以下参数设定，微分反馈对系统的性能有很大的改善。取=100K，则故微分负反馈校正装置各参数分别为：R1=100K R2=24K C=0.526u步骤：按图8接线，加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp和调节时间Ts，看是否达到期望值，若未达到，请仔细检查接线、参数值并适当调节参数及W1值。记录达标

6、的校正装置的实测曲线及参数。四实验现象及分析 （一）采用PI的串联校正实验 a.校正前系统阶跃响应曲线如图9所示图9 校正前系统阶跃响应曲线 校正前系统是稳定的，加入阶跃电压，系统的超调量为，调整时间为，超调量过大，系统动态性能差，调节时间短，能够快速达到稳态，稳态误差为0。b.校正后系统阶跃响应曲线如图10所示图10 校正后系统阶跃响应曲线加入PI校正装置后，输入阶跃电压，系统的超调量为，调整时间为，和校正前相比，超调量明显减小，虽然调节时间有所上升，但仍能满足期望要求，系统动态性能提高，稳态误差依然为0。（二）具有微分负反馈的反馈校正a.未校正前，系统的阶跃响应曲线如图11图 11 未校正

7、系统阶跃响应曲线校正前系统是稳定的，加入阶跃电压，系统超调量为，调整时间为，超调量过大，调节时间过长，系统动态性能差，经过较长时间才能够达到稳态，稳态误差为0。b.校正后，系统的阶跃响应曲线如图12图12 反馈校正后系统阶跃响应曲线加入微分负反馈装置后，输入阶跃电压，系统超调量为，调整时间为，和校正前相比，超调量和调整时间都明显减小，系统动态性能提高，系统能够快速到达稳态，稳态误差依然为0。五思考题 1试推导典型II型开环放大倍数与中频宽、的关系。 答： 2在本实验的典型II型系统校正外，还有没有其它校正方式？ 答：有，还可使用超前相位校正装置。 3当电位器W1中间点移动到反馈信号最大端，系统的输出波形C（t）、Mp 增加了不是减少了？为什么？答：当电位器W1中间点移动到反馈信号最大端时，超调量减小，系统输出波形C（t）稳态值不变，性能更好。因为反馈信号强度变大，校正的效果更明显，所以超