自动控制理论实验14预习报告.docx

实验十四 线性控制系统的设计与校正首先总结一下已经发现的上次设计中出现的问题：1、 串联的校正环节作为控制器应该加在被控对象之前。设计系统校正时不但要考虑系统整体的传递函数，还要考虑每一部分的含义。2、 部分电阻值与现有的阻值系列中所有值均相差较大，设计电路时应避免这一情况，保证实际电路与设计电路较高的相似程度。【实验目的】二阶系统方框图如图所示要求串联校正后系统的调节时间不超过0.1s，超调量不超过5%。【实验原理】由系统框图，得ghs=2000s2+50sgs=csrs=-2000s2+50s+2000n2=2000n=205n=25=540.559op%=12%ts=4.025=0.16s模拟电路图为：若要串联校正后系统的调节时间不超过0.1s，超调量不超过5%。0.7n4.00.1=40n57.1串联校正环节为gcs=0.02s+1ts+1串联校正后系统为ghs=40s(0.02s+1)0.02s+1ts+1=40s(ts+1)n2=40t2n=1t解得：t=11.9640=0.012755引入串联校正后的系统框图为系统框图可简化为系统阶跃响应不存在稳态误差。串联校正环节模拟电路图为：r2=r4=xkr1=r2+r4=2xkc=1f，r3=12k12x+12x+x22x=20r1=32k，r2=r4=16k引入串联校正后的系统模拟电路图为：总结：该方法的策略是通过添加一个与原系统极点位置相同零点和一个新的极点重新配置系统开环极点的位置，并未增加系统阶数，也未改变开环bode增益。虽然，串联的校正环节零点在极点前面，但是，该校正与传统的相位超前校正还是有所差异的。从出发点上讲，该方法并未严格设定目标增益穿越频率，仍按照开环极点配置的方式来考虑系统校正环节的参数，因此，无需考虑最大相位超前频率，只需考虑新的开环非零极点位置。【仿真结果】原系统的阶跃响应：系统bode图校正后系统的阶跃响应：系统bode图图中可以看出，校正后的系统调节时间和超调量都满足要求。系统设计符合要求。【实验设备】1、 试验箱、面包板、运算放大器、电阻电容等2、 函数信号发生器一台3、 数字示波器一台4、 万用表一支【实验步骤】1、 按照系统模拟电路图搭建原系统的模型2、 运放电压为15v，输入正负方波的幅值为0.5v，频率为1hz，测量输入和输出波形，观察输出对输入的跟踪情况，以及系统的阶跃响应。3、 按照系统模拟电路图搭建控制器的模型，串联到原系统中。4、 同样的输入下测量输出波形，并与校正前的系统比较，看是否满足题目要求，是否与仿真结果相同。5、 如果与仿真结果有差异，分析差异产生的原因，并作出调整。【注意事项】1、该实验为线性系统的校正，因此一定要让系统各个部分工作在线性状态，根据之前基本实验的经验，如果输出波形与仿真结果不同，可能是因为输入的幅值较大，导致系统中某一部分的幅值因接近运放正负电源电压而引起非线性失真，此时可以降低输入的幅值。2、串联环校正节位置一定要靠前，试验中某些值的电阻没有，与32k相近的为33k，与16k相近