线性定常系统的串联校正

1、线性定常系统的串联校正、实验目的1 .熟悉串联校正装置的结构和特性；2 .掌握串联校正装置的设计方法和系统的实时调试技术。二、实验设备同实验一三、实验内容1 .观测未加校正装置时系统的动、静态性能。2 .按动态性能的要求，分别用时域法或频域法（期望特性）设计串联校正装置。3 .观测引入校正装置后系统的动、静态性能，并予以实时调试，使之动、静态性能均 满足设计要求。4 .利用上位机软件，分别对校正前和校正后的系统进行仿真，并与上述模拟系统实验 的结果相比较。四、实验原理下图是一串联校正系统的方块图：闷矶图中校正装置 Gc （S）与实验电路 G0 （S）是串联相连接。串联校正装置有两种：一种 是超

2、前校正，它是利用超前校正装置的相位超前特性来改善系统的动态性能；另一种是滞后校正，它是利用滞后校正装置的高频幅值衰减特性，使系统在满足静态性能的前提下又能满足其动态性能的要求。本实验采用串联超前校正，使校正后的系统同时能满足动态和稳态性 能的要求。有关串联校正装置的设计和实验系统的模拟电路，请参看附录。 五、实验步骤1 .利用实验台上的各通用单元，组建所设计二阶闭环系统的模拟电路图（参考本实验 附录中的图5-1）,并连接好实验电路；当检查接线无误后，接通实验台的电源总开关，并 开启± 5V, ± 15V直流稳压电源。2 .把采集卡接口单元的输出端DA1、输入端AD2与电路的

3、输入端相连，电路的输出端则与采集卡接口单元中的输入端AD1相连。连接好采集卡接口单元与PC上位机的通信线。待接线完成并卞查无误后，在PC机上启动“ THBDC-1 ”软件。在系统的输入端输入一阶跃信号，观测该系统的稳定性和动态性能指标。具体步骤参考实验一的步骤2。3 .参阅本实验的附录，按对系统性能指标的要求设计串联校正装置的传递函数和相应 的模拟电路。4 .利用实验平台，根据步骤3设计校正装置的模拟电路（具体可参考本实验附录的图5-3）,并把校正装置串接到步骤 1所设计的二阶闭环系统的模拟电路中（图5-4）。然后输入一阶跃信号，观测该系统的稳定性和动态性能指标。5 .改变串联校正装置的相关参

4、数，使系统的性能指标均满足预定的设计要求。6 .利用上位机软件提供的软件仿真功能，完成线性系统串联校正的软件仿真研究，并 对电路模拟与软件仿真结果进行相比较。利用上位机软件提供的软件仿真功能完成线性系统软件仿真的具体操作方法请参阅“实验一”中的实验步骤4。7 .根据实验时存储的波形完成实验报告。六、实验报告要求1 .根据对系统性能的要求，设计系统的串联校正装置，并画出它的电路图。2 .根据实验结果，画出校正前系统的阶跃响应曲线及相应的动态性能指标。3 .观测引入校正装置后系统的阶跃响应曲线，并对实验所得的性能指标与理论计算值 作比较。4 .实时调整校正装置的相关参数，使系统的动、静态性能均满足

5、设计要求，并分析相 应参数的改变对系统性能的影响。七、实验思考题1 .加入超前校正装置后，为什么系统的瞬态响应会变快？2 .什么是超前校正装置和滞后校正装置，它们各利用校正装置的什么特性对系统进行 校正？3 .实验时所获得的性能指标为何与设计时确定的性能指标有偏差？八、附录1 .时域校正法加校正前系统的方框图和模拟电路分别如图5-1和图5-2所示。图5-1二阶闭环系统的方框图图5-2二阶闭环系统的模拟电路图实验台上的参考单元：U6、U7、U10、U5设计要求：Kv=25 1/s,Mp 0.2,ts 1 s校正前系统的开环传递函数为25S(0.5S 1)5G0(S)0.2S(0.5S 1)对应的

6、闭环传递函数为50S2 2S 502nS22nS由此可知未加校正装置前系统的超调量为Mp e0.63 63%3 cS-3s1Kv 25根据对校正后系统性能指标要求1-2由 Mp 0.2 e0.5Ts1snn06设校正装置的传递函数为Gc(S)0.5S 1TS 1则校正后系统的开环传递函数为_ _ _ _25G(S) Gc(S)Go(S)S(0.5S 1)0.5S 1TS 125S(TS 1)相应的闭环传递函数(S)G(S)g(s)25-Z2 ZTS S 25s225/TS/T 25/T2 nSGc(S)25，2 T0.5S0.04S 11T2 0.5 251R2R4_R1一R2R3校正装置Gc

7、(S)的模拟电路为0.04sR2R4 RRcSR3CS 1RiCRj图5-3校正装置的电路图0.5实验台上的参考单元：U13其中 R2 = R4 = 200K, R1 = 400K, R3 = 10K, C = 4.7uFT=R3c = 10 1 03 4.7 1 060.04sR2R3 R2R4 R3R42000 40000 20006R4400 4.7 10图5-4校正后二阶系统的电路图实验台上的参考单元：U6、U13、U11、U10、U5。校正前后系统的阶跃响应的示意曲线分别如图5-5中的a、b所示:2 .期望特性校正法根据给定的性能指标，确定期望的开环对数幅频特性L(w),并令它等于校

8、正装置的对数幅频特性Lc(w)和未校正系统开环对数幅频特性Lo(w)之和，即L(w)= L c(w)+ L 0(w)当知道期望开环对数幅频特性L(w)和未校正系统的开环幅频特性L o(w),就可以求出校正装置的对数幅频特性Lc(w)= L(w)-L 0(w)设未校正系统如图5-6所示，其传递函数为G0(S)K1K2(T1S 1)(T2 s 1)2(S 1)(0.2S 1)Rt图5-6二阶系统的方框图SS图中 T1 1, T2 0.2 , K=KiK2=2则相应的模拟电路为图5-7二阶系统的模拟电路图实验台上的参考单元：U6、U7、U10、U5要求校正后系统具有下列的性能指标：Mp<10%

9、, Kv 2设计步骤:1)绘制未校正系统的开环对数幅频特性L0(w);2)绘制期望的开环对数幅频特性L(w)(取1=5 1/s ,3 c=2.3 ,Kv =2.5);3) 求 Lc(w); ( Lc(w)= L(w)-L 0(w)4)确定校正装置Gc (S)的参数；5)画出校正后系统的结构图。图5-8二阶系统校正前、校正后的幅频特性曲线令G (S)(1 S) K (1 S),则校正后系统的开环传递函数为c SSG(S) Gc(S)G°(S)k32S (1 S)(1 0.2S)210KnS2 5s S(S 2nj工，贝U K=1.25 2PI调节器电路与参数为图5-9 PI校正装置的电路图实验台上的参考单元：U12Ri=80K(为了方便，实际可取100K) , R2=100K ,