实验五控制系统校正.docx
实验五控制系统校正I.串联校正装置对系统性能（时域）的影响1 .实验目的1 .了解和观测串联校正装置对系统稳定性及瞬态性能的影响；2 .验证设计的校正装置是否满足系统的性能要求；3 .了解系统开环放大倍数对系统稳定性的影响。2 .实验装置1 .微型计算机；2 .自动控制实验教学软件包。3 .实验原理1 .串联校正装置对系统稳定性及瞬态性能的影响，设单位反馈系统的结构如下图所示:G（告）0. 65 + 1超前校正方案：丁 0. Is - 1滞后校正方案:2 , 3t - 130s + 1L " 一 " " 一 "超前一一滞后校正方案:*(12s + 1) (0. 15 + 1)2.设计校正装置并验证设计的校正装置是否满足系统的性能要求 未校正系统的原理方块图如下图所示：0. 51 + 10. 05s + 1加上校正装置后系统的原理方块图如下图所示:20s i 1 5 s + 1)四.实验内容及数据处理（一）串联校正对系统性能的影响 测得数据如下表：类别性能指标6姓25K+娥=11稳定性Kts响应曲线5号ts呜应 曲线未校正前127.013图一图二桁正超前校正51.503图四50.41&8图二稳定一 J0.06114.6医六62.71537图五稳定超前滞后校正13.52.705国八21-93564图七稳定I.Gc s 1,未校正前的系统性能指标 8%=25 时，K=1.2, ts=7.013图一增大K,出现临界振荡，此时 K临界=112.接入超前校正环节，即 G101520与-7-X鞋即时面柏（号）图二0.6s 1 ,测试系统性能指标0.1s 1保持K临界=11不变，此时8 %=50.4, ts =1.838调节 K,使 8 %=25,此时 K=5, ts=1.503图四.25s 13 .去除超前校正，接入滞后校正，即设置Gc S ,测试系统性能指标30s 1保持K临界=11不变，此时8 %=62.7, ts =15.37g，1。20Hw工*代出那图五调节 K,使 8 %=25,此时 K=0.06, ts =114.6至二！IT-一2.1s 1 s 14 .去除滞后校正环节，接入超前一滞后校正环节，即 Gc s 测试系统12s 1 0.15s 1性能指标保持K临界=11不变，此时8 %=21.9, ts =3.564调节K,图八too*0.5s+1Si人信T Sum0 05s+1200 5s+s校正装置对象模型*3示泄器（二）串联校正装置的设计 测得数据如下表：类别 性能指标速度误差系 数网超调量 s %调节时间 ts响应曲线稳定畦未校正前2060.42.677图九稳定加校正后2016.50.2654图十稳定E,il+ ClipbotrJQptifini Bulttton Slyl4 T*rK?I.Gc S 1,未校正前的系统性能指标，8%=60.4, ts =2.67705s 12.接入校正环节，即 GC S ，测试系统性能指标，8 %=16.5,ts =0.26540.05s 1五.思考讨论(1)实验一中采用的几种校正装置，各有什么特点？如何选用校正装置的类型？ 答：超前校正装置：调节时间短，调节速度快，但稳定性不好；滞后校正装置：稳定性好，但缺点是调节时间太长，快速性不好；超前一滞后校正装置兼具了两者的优点，同时避开了两者的缺点，不仅稳定性好，调节时 间也快。(2)在实验一中，当开环增益倍数K等于原系统的K临界时，采用哪种校正方案使得系统的动态性能最好？答：由各个校正装置的响应曲线看，当开环增益倍数K等于原系统的K临界时，采用超前一滞后校正装置对系统的动态性能最好，超调量小，同时调节时间也短。(3)在实验一中，当b %=25时，采用哪种校正方案使得系统在斜坡输入信号作用下，系统的 稳态误差最小？答：超前校正系统(4)在实验内容二中，是采用什么校正方式？有何特点？答：超前校正装置。加入超前校正装置后调节时间变短，超调量减小。n.串联校正装置对系统特性（频域）的影响一.头验目的深刻体会相位超前校正装置、相位滞后校正装置、相位滞后一超前校正装置对开环频率特 性的影响及其对闭环系统的影响。二.实验装置1 .微型计算机；2 .自动控制实验教学软件包。三.实验内容1.相位超前校正一微分校正对开环频率特性的影响，取-7Gk s ,校正11s s 1 s 10.077装置GCsCs 1 0.1-Is 1 0.1=0.5)Gk sGc s101011O?10G| 7IE!-f-T-J.1IQr1Q10Fsqgncy 8G5gpc国10*g。-uo-2701Q ：10 ?10f 10：1011 5Frequency i rad.'secj1口？10f1QJFr»qu»ncy (radj'Mc)6力p 员Jzdo o1-o o o-1由 pupeoGk s ? Gc s*20010310-21O"10°101 IO3Frequency (恬 Msec) 0-90-1B0-270-1-?-1R1p1Q IQ 10101010Frequency (racfsec)2.相位滞后校正一积分校正对开环频率特性的影响，取Gc sTs 1T=0.02( =10)Ts 1Gk s,.11071 FrtqjftncympLI'Hosc1010°Fraqusncy (vdii'Hcl«-2G10-21，、一Gk s2 ,校正装置s s 0.5s 1Gc s10-11001O110?田Frequency iracL'aac)30国10 BPUHU-60%、101001O110"10"Frequancy(r3d<r3ec)s ?Gc sGkwuCi-1OD0010110°101Iff107Frequency (.dbh)I-Fiom lonru-io'11D11D?3.相位滞后一超前校正一微分一积分校正对开环频率特性的影响，取T1s 1 T2s 1Gk s20s s 1 s 2校正装置GC sT1sT1=1.43 T2=6.67 (=10)1T2s 1Gk sGc sGk s ? Gc s四.数据处理(2).对未校正前的系统进行频域性能分析(要求列出性能指标)对GJG = ='：，由图可知有s < s d ( -s - n0. 077截止频率在0 4 rad / £ r穿越频率国工-0.7 rad / sj相角裕度丁产151幅值裕度h=J0d与同理对GJ J =二,二一由图可知有3 (0.55+1截止频率2=0/5工m6后，穿越频率叫=%上/巧相角裕度n=7。1幅值裕度am7dE%，/由图可知有戢止频率fr =O-，gd /广 穿越频率叫 T4rsd /力相角裕度入=4。1幅值裕度h =少叫小）对校正后的系统进行领域性分析（要求列出性能指标）；-s+1对加入超前校正装置5% gq（Q =0.5）后的系统由图可知有13 10. 1截止频率外与】穿越频率明工1.10& / Si相角裕度了： =2口幅值裕度% "5叫同理对加入滞后校正装置句7）=一 丁=2（3=1。）后的系统由图像知有m1 5 +1截止频率曰；=3 £ raci .三？ 穿越频率 01=1 .4nad / S j相角裕度九一配、幅值褶度h -IMS;r T c 11>1 T « .u 11同理对加入超前一滞后校正装置=； =猾十山，Ti-1.43 j纪十D S而+ D8T667件=1。）由图像知有微止频率=0 14rad / s ?穿越频率% =39 rad / s,;相角格度"=5。*,幅值裕度h=-35dBj（4）根据实验数据、曲线，对实验结果加以讨论、分析，得出实验结论。答：由上述实验数据以及曲线分析可知：超前校正装置的加入可以调节使系统稳定，增加系统的截止频率和穿越频率，增加系统的相 角裕度减小系统的幅值裕度；滞后校正装置的加入可以调节使系统稳定，增大系统的截止频率和穿越频率，减小系统的相 角裕度和系统的增大幅值裕度；滞后一超前装置加入可以调节使系统稳定，减小系统的截止频率，增大系统的穿越频率增加 系统的相角裕度和减小系统的幅值裕度。五.思考讨论（1）滞后一积分环节的校正，使频率较高部分幅值如何变化？可提高那一类系统的稳定性？答：滞后一积分环节的校正，使频率较高部分的幅值减小，可提高相位较大系统的校正。（2）超前一微分环节的校正，使频率较高部分幅值如何变化？可提高哪一类系统的稳定性？答：超前一微分环节的校正，使频率较高部分的幅值增大，可提高相位较小系统的校正。(3 相位滞后一超前一微分一积分校正对系统的性能会产生哪些影响？答：相位滞后一超前一微分一积分校正，主要是利用其超前部分提高相位较小系统的校正，增大其相角裕度；利用滞后部分提高相位较大系统的校正，增大系统的增大幅值裕度。m .实验总结通过此次试验，了解了什么是相位超前校正、滞后校正、滞后超前校正，以及对对系统性能的影响。通过 MATLAB教学系统仿真软件对原系统、校正装置、加入校正装置后的系统进行时域以及频域仿真，不仅熟悉了软件使用方法，更对相应知识点加深了理解，相信以后对超前校正、 滞后校正、滞后超前校正的特点及其适用范围会有更深的理解。
