自动控制原理实验系统超前校正实验报告

1、实验五系统超前校正（4学时）本实验为设计性实验一、实验目的1 了解和观测校正装置对系统稳定性尺动态特性的影响。2. 学习校正装置的设计和实现方法。二、实验原理工程上常用的校正方法通常是把一个髙阶系统近似地简化成低阶系统，并从中找出 少数典型系统作为工程设计的基础，通常选用二阶、三阶典型系统作为预期典型系统。 只要掌握典型系统与性能之间的关系，根据设计要求，就可以设计系统参数，进而把工 程实践确认的参数推荐为“工程最佳参数”，相应的性能确定为典型系统的性能指标。 根据典型系统选择控制器形式和工程最佳参数，据此进行系统电路参数计算。在工程设计中，经常采用二阶典型系统来代替高阶系统（如采用主导极点、

2、偶极于 等槪念分析问题）其动态结构图如图7-1所示。同时还经常采用“最优”的综合校正方法。R(s)十A精品图7-1二阶典型系统动态结构图二阶典型系统的开环传递函数为如=為=闭环传递函数G）=二r式中 =2/KT或者K逡二阶系统的最优模型(1) 最优模型的条件根据控制理论，当 = 0.707 =寻时，其闭环频带最宽，动态品质最奸。把防宁乙厶代心鳩得到或“这就是进行校正的条件。(2) 最优模型的动态指标为O-% =X100% = 43% , G = 4.3T5三、实验仪器及耗材1ELAT3自动控制原理实验箱一台;2 . PC机一台；3. 数字万用表一块4 配真实验软件一宾。四. 实验内容及要求未校

3、正系统的方框图如图7-2所示，图7-3是它的模拟电路。图72未校正系统的方框图U3?1 -U1VEE :：i】loakn :200KQ乙12VVCC10：lOOkn海aI-1uFVCC12VVCC .U2OPAMP-5T VrRPJM. 加:OPAMIVEE：K10 :x : R?Wv1 100kO:10：2DOIcQVT ：二1；V0 V5- sec 10矫正后R3 20QkQVCC12VVCC10DkGVEER8 Wv- :200k):Q vccR3 1O0KQR4- 200kOR5 - 200kDVCC1:VCCP 5T-VIRTUALL.R7.-V心500 kQTF-1uFR4 lOO

4、kQOPAr P 5T-VIRTUAL P .：12V VE12VCircuit 1OPAMP.R2 WV 25DLD5T VIRTUAtR2 -V/v ：25DkQ :5T VIRTUAt * * U3 I VEE ：12VTlhtuFOPflMP -5T VIRTUALVCC12V:R14VW：1bDliO”旺12V13：V/v-乂；y2 dxCSV1/ ix i/dy1S2 .泊联朮2.053327335 999287仙2.5307 -S3 汕3血 387.9Sln -18.5226OOO3D.0000 -T25.69SS-1.05760.0000O0000未调整电路图图73未校正系统的

5、模拟电路设计串联校正装賣使系统满足下述性能指标(1 )超调量r%20 1/秒1. 测量未校正系统的性能指标(1) 按图7-3接线；(2) 加入单位阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量b%和调节时间I。2. 根据系统性能要求设计校正网络(1) 根据最优系统设计校正网络传递函数；(2) 根据传递函数设计校正网络元件参数。3. 将设计好的校正网络加入到原系统中去，测畳校正后系统的性能指标(1) 国出校正后系统的模拟电路，并正确接线；(2) 加入单位阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量b%和调节时间丄。五、系统分析与设计1. 未校正系统性能分析原系统开环传递函数为：久(沪巫时原系统开环增益K：

6、=20,惯性环节时间常数T产()520原系统的闭环传递函数为：吋沪时E4052 +25 + 40对照二阶系统标准式：咔)、+2必+石得：验 f 莎=6.32。为系统的无阻尼自然振荡频率)又20% =2,所以阻尼比:氨=1/%=()58未校正系统的超调量b%为：a% = 汐河x 100%60%4调节时间ts为：仁=一二4秒绍系统静态速度误差系数K严K严20 1/秒所以原系统不满足超调量b%55%,调节时间t$l秒的性能指标，需要进行校正。2. 校正网络的设计本系统采用串联超前校正，校正网络的传递函数为:ts + lTs + 校正后系统总的开环传递函数为20KS + l)%)7(叫(沪7 肘 $(

7、.5w)(w)G-2)首先应该满足K=Kv=20,由式(72)得：K=20K=2(),所以Ir=l为了使校正后的系统是最优二阶系统，可以使式(7-2)的(ct + 1)与(0.5S + 1)相消(偶极于原理)。所以，r=T,=0.5#o根据最优二阶系统，T = 1/2A： =1/40=0.025秒。因此，校正网络的传递函数：Gc(s)=Kc 駅二,)丁Ts + 0.0255 +1常用超前校正网络的结构如图7-4所示。图7-4常用串联校正网络图 7-4 中：Kc =化尹,r = (+R3)C , T二R；C(要求 R3R1、R2)傀Kl + K2T o os取 C =10uf,贝IJ /?. =

8、 = 一 =25OOQ = 25KC C 10x10取 R1=R2=100KO,则(“J +/?jC50xl03xl0x 10 = 0.5秒RZ由于 Ke =尺+忌=200= 1,所以 R.F200KQO&)R()3. 验证校正后系统性能根据上述设计参数，校正后系统的开环传递函数为G(s) = G)(s)Gc(s) =205(0.025 5 +1)闭环传递函数为($) =80052 + 40s+ 800 4040则=曲00 = 2&3,又2舸“=40,所以=.707,是最佳阻尼比。2con 30.0当二阶系统为最佳阻尼比时，r% = 4.3%5%, f, =43T = 43x0025心011秒

9、1秒,各项指标都满足性能要求。4. 测11未校正系统的单位阶跃响应按图73的模拟电路接线，当系统输入单位阶跃电压时，系统的输岀波形如图75所示。750 00m-2J0.00tn -2：0.00m -750 00m-5T*x、/M、广、/ /Circuit 1Transient Analysis2Time (S)XI32700yi5.S052EVx2635.3728m丫201.2537mdx-3365595口1/dx-299.2S53m1/dy三.6794roin x00000ItClX X.0000itin y-二.0115irax y0?.S0inxQOCOOoffset y0.0000W)图75未校正系统的阶跃响应(贴你自己实验结果图，在图的边上或下面标注测最结果5加入校正网络后系统的模拟电路如下图所示100K 丄 100K图75加入校正网络后的模拟电路6.测量加入校正网络后系统的阶跃响应按图75的模拟电路接线，当系统输入单位阶跃电压