控制基础第四次实验——串联校正研究

1、东南大学自动化学院自动控制原理实验实验报告实验六 串联校正研究姓 名： 学 号： 专 业： 自动化 实 验 室： 组 别： 同组人员： 设计时间： 2014年12 月 31日评定成绩： 审阅教师： 1、 实验目的 （1） 熟悉串联校正的作用和结构。（2） 掌握用Bode图设计校正网络。（3） 在时域验证各种网络参数的校正效果。2、 预习与回答 1、写出原系统和四种校正网络的传递函数，并画出它们的Bode图，请预先得出各种校正后的阶跃响应结论，从精度、稳定性、响应时间说明五种校正网络的大致关系。答：a、 图4-1原系统：作出Bode图如下所示：可见，幅值裕度，相角裕度b、 图4-2参数不好：作出

2、Bode图如下所示：可见，幅值裕度，相角裕度由伯德图可知，该系统能够将系统的截止频率减小，并且相位滞后，则会是系统的相角裕度小于0，从而使系统的响应时间变长，稳定性变差，并且低频段的斜率为0，系统的稳态性能差，误差大 。c、 图4-3滞后校正：作出Bode图如下所示：可见，幅值裕度，相角裕度由bode图知，该校正环节造成高频衰减，使截止频率减小，从而调节时间变长，又由于该滞后环节被安排在低频段，远离截止频率，因此可以使相角裕度为正值，从而系统稳定，传递函数为0型，因此对阶跃信号有一定跟踪误差。d、 图4-4超前校正：作出Bode图如下所示：可见，幅值裕度，相角裕度由bode图知，该校

3、正环节为超前校正，他会增大开环截止频率和带宽，其超前相位又能补偿原系统中元件造成的相位滞后，最大超前角频率在截止频率附近，是系统的相角裕度增大，从而改善了系统的瞬态性能，调节时间变短。相对稳定性增大，但对阶跃跟踪任然存在误差 。e、 图4-5PID校正：作出Bode图如下所示：可见，幅值裕度，相角裕度由伯德图知，PID控制中低频段主要是滞后环节起作用，提高系统的型，减少稳态误差，中高频段主要是超前环节起作用，增大截止频率和相角裕度，提高响应速度。2、 若只考虑减少系统的过渡时间，你认为用超前校正还是用滞后校正好？答：超前校正能够将原开环系统的频率特性上调一定高度，从而增大截止频率，减

4、少过渡时间，因此超前校正好。3、 请用简单的代数表达式说明用Bode图设计校正网络的方法。答：a、根据系统对稳态误差的要求确定校正增益Kc，并画出未校正的伯德图；b、求出未校正系统的相角裕度，若或者，则不应采用超前校正；c、根据瞬态稳定性能指标选择截止频率，计算校正环节的时间常数和, 其中C(s)=Kc*(Ts+1)/(s+1), T=1/(Wc*) ；d、若不能采用超前校正，则根据相角裕度重新选择截止频率，该频率处有KcP(jWc)=-180°+(5°12°)，算出未校正系统该处的幅值，由此求出，得到C(s)=Kc*(Ts+1)/(

5、Ts+1), T=10/Wc。3、 实验原理：（1）本校正采用串联校正方式，即在原被控对象串接一个校正网络，使控制系统满足性能指标。由于控制系统是利用期望值与实际输出值的误差进行调节的，所以，常常用“串联校正”调节方法，串联校正在结构上是将调节器Gc(S)串接在给定与反馈相比误差之后的支路上，见下图。被控对象H(S)校正网络Gc(S)设定工程上，校正设计不局限这种结构形式，有局部反馈、前馈等。若单从稳定性考虑，将校正网络放置在反馈回路上也很常见。（2）本实验取三阶原系统作为被控对象，分别加上二个滞后、一个超前、一个超前-滞后四种串联校正网络，这四个网络的参数均是利用Bode图定性设计

6、的，用阶跃响应检验四种校正效果。由此证明Bode图和系统性能的关系，从而使同学会设计校正网络。4、 实验设备：THBDC-1实验平台THBDC-1虚拟示波器5、 实验线路：6、 实验步骤：（1） 不接校正网络，即Gc(S)=1，如总图。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释；分析：稳定裕度较小，系统的稳定性不高，由实验曲线可见，调节时间很长，而且振荡比较严重。由上图可知，峰值为，稳定值，则超调量为另外，测得调节时间为。（2） 接人参数不正确的滞后校正网络，如图4-2。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释；分析：稳定裕度过小，系统的稳定性很差，由实验曲线可得系统不稳定。（3） 接人滞后校正

7、网络，如图4-3。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释；分析：稳定裕度很理想，系统的稳定性好。 由实验曲线可得，调节时间比较长，瞬态性能不是特别理想。由上图可知，峰值为，稳定值，则超调量为另外，测得调节时间为。（4） 接人超前校正网络，如图4-4。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释；当阶跃信号电压为0.5V时，分析：稳定裕度很理想，系统的稳定性好。 有实验曲线可得，系统调节时间较短，瞬态性能较理想，但稳态精度一般。由上图可知，峰值为，稳定值，则超调量为另外，测得调节时间为。当阶跃信号电压为5V时，由上图可知，无超调量，稳定值。另外，测得调节时间为。（5） 接人混合

8、校正网络，如图4-5，此传递函数就是工程上常见的比例-积分-微分校正网络，即PID调节器。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode图解释；当阶跃信号电压为0.5V时，分析：稳定裕度很理想，系统的稳定性好。 由实验曲线可得，调节时间较短，稳态精度高，瞬态性能和稳态性能都比较理想。由上图可知，峰值为，稳定值，则超调量为另外，测得调节时间为。当阶跃信号电压为5V时，由上图可知，无超调量，稳定值。另外，测得调节时间为。7、 实验内容（1）画出各种网络对原系统校正的BODE图，从BODE图上先得出校正后的时域特性，看是否与阶跃响应曲线一致。（2）为了便于比较，作五条阶跃曲线的坐标大小要一致。8、 实验总结1，这次实验让我更进一步的理解了bode图和奈奎斯特图，尤其深化理解了bode图切线位置为我们手工画bode图的拐点处，即可以近似为特征根的解。2，指标 - 模型 = 调节规律。3，本次实验是系统频率特性的测试，这章在自控原理的第二节前段时