最新东南大学 自动化 自控原理实验六 串联校正研究
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自动控制原理实验报告(控制系统串联校正)自动控制原理实验报告学院机械工程及自动化学院专业方向机械工程及自动化班级16学号1学生姓名自动控制与测试教学实验中心实验三控制系统串联校正实验目的了解和掌握串联校正的分析和设计方法。
研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。
实验内容设计串联超前校正,并验证。
设计串联滞后校正,并验证。
实验原理系统结构如下图所示:图SEQ 图\* ARABIC 1 控制系统结构图图中GC图SEQ 图\* ARABIC 2 控制系统模拟电路图未加校正时Gc(s)=1加串联超前校正时G给定a=2.44,T=0.26,则GCs=0.63s+10.26s+1 QUOTE加串联滞后校正时G给定b=0.12,T=83.33,则G在实验中,选取,通过Simulink模拟器产生模拟信号与实验采集的实测数据进行对比,分析实验结果,验证自动控制理论。
实验设备HHMN-1型电子模拟机一台。
PC机一台。
数字式万用表一块。
实验步骤熟悉HHMN-1电子模拟机的使用方法。
将各运算放大器接成比例器,通电调零。
断开电源,按照系统结构图和传递函数计算电阻和电容的取值,并按照模拟线路图搭接线路,不用的运算放大器接成比例器。
将D/A1与系统输入端Ui连接,将A/D1与系统输出端Uo 连接(此处谨慎连接,不可接错)。
在Windows XP桌面用鼠标双击“自控原理实验”图标后进入实验软件系统,在项目中选择“实验三”。
分别完成不加校正,加入超前校正,加入滞后校正的实验。
观察实验结果,绘制实验结果图形。
用MATLAB绘制以上三种情况时系统的波特图,完成实验报告。
实验结果原系统原系统阶跃响应曲线如下图SEQ 图\* ARABIC 3原系统时域阶跃响应曲线其阶跃响应性能参数如下σTT44.0389%0.16955.5645表格1 原系统阶跃响应性能参数原系统Bode图如下图SEQ 图\* ARABIC 4原系统Bode图超前校正系统超前校正系统阶跃响应曲线如下图SEQ 图\* ARABIC 5超前校正系统时域阶跃响应曲线超前校正后,系统阶跃响应性能参数如下σTT22.1411%0.04761.9845表格2 超前校正系统阶跃响应曲线超前校正系统Bode图如下图SEQ 图\* ARABIC 6超前校正系统Bode图滞后校正系统滞后校正系统阶跃响应曲线如下图SEQ 图\* ARABIC 7滞后校正系统时域阶跃响应曲线滞后校正后,系统阶跃响应性能参数如下σTT20.6731%2.358014.5420表格3 滞后校正系统阶跃响应性能参数滞后校正后系统Bode图如下图SEQ 图\* ARABIC 8滞后校正系统Bode图截止频率和稳定裕度计算在命令窗口输入相关命令,在得到的图形中读出系统的相角裕度γ、截止频率ωc项目系统项目系统γ/°ω原系统281.88超前校正47.42.38滞后校正54.80.449结果分析超前校正实验结果分析首先从系统频率特性曲线Bode图可以看出,经过超前校正后的系统在校正点处的性能有所改善。
一、实验目的1. 理解串联滞后校正的基本原理和作用。
2. 掌握串联滞后校正装置的设计与搭建方法。
3. 通过实验验证串联滞后校正对系统性能的影响。
二、实验原理串联滞后校正是一种常见的控制方法,主要用于提高系统的相角裕度和降低系统的截止频率。
其原理是在系统的误差测量点之后和放大器之前加入一个滞后校正装置,使得校正后的系统具有更好的稳定性和动态性能。
串联滞后校正装置的传递函数为:H(s) = 1 / (1 + Ts)其中,T为校正装置的时间常数。
三、实验器材1. 实验台2. 控制器3. 被控对象4. 信号发生器5. 示波器6. 信号调理器7. 计算机及仿真软件四、实验步骤1. 搭建实验系统,将控制器、被控对象、信号发生器、示波器、信号调理器等设备连接好。
2. 设置信号发生器输出一个正弦信号,频率为1Hz,幅度为1V。
3. 将信号发生器的输出信号接入被控对象,被控对象的输出信号接入示波器进行观察。
4. 记录被控对象的输出信号,分析其稳定性和动态性能。
5. 在被控对象前加入串联滞后校正装置,调整时间常数T,观察被控对象的输出信号变化。
6. 记录校正后的被控对象输出信号,分析校正效果。
五、实验结果与分析1. 校正前,被控对象的输出信号存在较大波动,稳定性较差。
2. 加入串联滞后校正装置后,被控对象的输出信号稳定性明显提高,动态性能得到改善。
3. 随着时间常数T的调整,被控对象的相角裕度和截止频率发生变化。
当T较小时,相角裕度较小,截止频率较高;当T较大时,相角裕度较大,截止频率较低。
4. 通过实验验证,串联滞后校正能够有效提高系统的稳定性和动态性能。
六、实验结论1. 串联滞后校正是一种有效的控制系统校正方法,能够提高系统的稳定性和动态性能。
2. 通过调整串联滞后校正装置的时间常数,可以实现对系统相角裕度和截止频率的调整。
3. 在实际应用中,应根据系统的具体要求选择合适的时间常数,以达到最佳的校正效果。
七、实验注意事项1. 在搭建实验系统时,注意设备的正确连接和调试。
实验五线性系统串联校正设计实验原理:(1)串联校正环节原理串联校正环节通过改变系统频率响应特性,进而改善系统的动态或静态性能。
大致可以分为(相位)超前校正、滞后校正和滞后-超前校正三类。
超前校正环节的传递函数如下Tαs+1α(Ts+1),α>1超前校正环节有位于实轴负半轴的一个极点和一个零点,零点较极点距虚轴较近,因此具有高通特性,对正频率响应的相角为正,因此称为“超前”。
这一特性对系统的穿越频率影响较小的同时,将增加穿越频率处的相移,因此提高了系统的相位裕量,可以使系统动态性能改善。
滞后校正环节的传递函数如下Tαs+1Ts+1,α<1滞后校正环节的极点较零点距虚轴较近,因此有低通特性,附加相角为负。
通过附加低通特性,滞后环节可降低系统的幅值穿越频率,进而提升系统的相位裕量。
在使系统动态响应变慢的同时提高系统的稳定性。
(2)基于Baud图的超前校正环节设计设计超前校正环节时,意图让系统获得最大的超前量,即超前网络的最大相位超前频率等于校正后网络的穿越频率,因此设计方法如下:①根据稳态误差要求确定开环增益。
②计算校正前系统的相位裕度γ。
③确定需要的相位超前量:φm=γ∗−γ+(5°~12°) ,γ∗为期望的校正后相位裕度。
④计算衰减因子:α−1α+1= sin φm。
此时可计算校正后幅值穿越频率为ωm=−10lgα。
⑤时间常数T =ω√α。
(3)校正环节的电路实现构建待校正系统,开环传递函数为:G(s)=20s(s+0.5)电路原理图如下:校正环节的电路原理图如下:可计算其中参数:分子时间常数=R1C1,分母时间常数=R2C2。
实验记录:1.电路搭建和调试在实验面包板上搭建前述电路,首先利用四个运算放大器构建原系统,将r(t)接入实验板AO+和AI0+,C(t)接入AI1+,运算放大器正输入全部接地,电源接入±15V,将OP1和OP2间独立引出方便修改。
基于另外两运算放大器搭建校正网络,将所有电容值选为1uF,所有电阻引出方便修改。
东南大学自动化学院实验报告课程名称:过程控制第六次实验实验名称:液位——流量串级控制实验院(系):自动化专业:自动化姓名:学号:同组人员:实验时间:2017 年6 月 3 日评定成绩:审阅教师:目录一.实验目的 (3)二.实验内容 (3)三.实验步骤 (4)四.实验现象 (4)五.思考题 (7)一、实验目的1、了解串级控制系统参数整定方法;2、掌握串级控制系统的主要特点;3、了解液位、流量串级控制系统的应用实例。
二、实验内容1、基本概念及组成结构串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器,前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定,后一个调节器的输出送往调节阀。
前一个调节器称为主调节器,它所检测和控制的变量称主变量(主被控参数),即工艺控制指标;后一个调节器称为副调节器,它所检测和控制的变量称副变量(副被控参数),是为了稳定主变量而引入的辅助变量。
整个系统包括两个控制回路,主回路和副回路。
副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成;主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。
一次扰动:作用在主被控过程上的,而不包括在副回路范围内的扰动。
二次扰动:作用在副被控过程上的,即包括在副回路范围内的扰动。
2、串级控制系统的工作过程当扰动发生时,破坏了稳定状态,调节器进行工作。
根据扰动施加点的位置不同,分种情况进行分析:1)扰动作用于副回路;2)扰动作用于主过程;3)扰动同时作用于副回路和主过程。
分析可以看到:在串级控制系统中,由于引入了一个副回路,不仅能及早克服进入副回路的扰动,而且又能改善过程特性。
副调节器具有“粗调”的作用,主调节器具有“细调”的作用,从而使其控制品质得到进一步提高。
串级控制的原理方框图如图1所示:图1 串级控制的原理方框图三 、实验步骤1、 掌握串级控制系统的设计方法,了解系统主、副回路组成以及对象扰动;2、 完成主参数的选择和主回路的设计;3、 副参数的选择和副回路的设计;4、 控制系统控制参数的选择;5、 串级控制系统主、副调节器控制规律的选择;6、 串级控制系统主、副调节器正、反作用方式的确定;7、 掌握串级控制系统参数整定方法,即按照逐步逼近法,对主、副调节器的参数进行整定; 8、 熟悉掌握串级控制系统中主、副调节器的参数设置和主、副回路的手动、自动的切换方法;9、 记录历史曲线与液位——流量曲线,并与单回路控制系统进行动静态特性分析比较。
东南大学自动化自控原理实验六串联校正研究自控原理实验六:串联校正研究一、引言自控原理实验六主要研究串联校正的原理和实验方法。
串联校正是一种常用的校正方法,通过串联校正可以提高系统的稳定性和动态性能。
本实验将通过实验验证串联校正的效果,并探讨校正参数的选择对系统性能的影响。
二、实验目的1. 了解串联校正的原理和方法;2. 验证串联校正对系统的稳定性和动态性能的影响;3. 掌握校正参数的选择方法。
三、实验原理1. 串联校正的概念串联校正是指在控制系统中,将一个或多个校正环节串联在被控对象之前,以改善系统的性能。
串联校正可以通过调整校正环节的参数来实现。
2. 串联校正的方法串联校正的方法主要有两种:比例校正和积分校正。
比例校正是指在被控对象之前串联一个比例环节,通过调整比例环节的增益来改善系统的性能。
积分校正是指在被控对象之前串联一个积分环节,通过调整积分环节的增益来改善系统的性能。
3. 校正参数的选择校正参数的选择对系统的性能有重要影响。
一般来说,比例校正的增益越大,系统的响应速度越快,但也容易引起超调和震荡;积分校正的增益越大,系统的稳态误差越小,但也容易引起超调和震荡。
因此,在选择校正参数时需要综合考虑系统的稳态误差和动态性能。
四、实验步骤1. 搭建实验装置根据实验要求搭建自控原理实验六的实验装置,包括被控对象、比例环节、积分环节和控制器。
2. 进行比例校正实验(1)将比例环节的增益设为一个较小的值,如1;(2)记录系统的响应曲线,包括超调量、调节时间等参数;(3)根据实验结果,调整比例环节的增益,观察系统的响应变化。
3. 进行积分校正实验(1)将比例环节的增益设为一个较小的值,如1;(2)将积分环节的增益设为一个较小的值,如0.1;(3)记录系统的响应曲线,包括超调量、调节时间等参数;(4)根据实验结果,调整积分环节的增益,观察系统的响应变化。
4. 比较比例校正和积分校正的效果根据实验结果,比较比例校正和积分校正对系统性能的影响,包括稳态误差、超调量、调节时间等参数。
自动控制原理实验报告(III)一、实验名称:控制系统串联校正二、实验目的1. 了解和掌握串联校正的分析和设计方法。
2. 研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。
三、实验内容1. 设计串联超前校正,并验证。
2. 设计串联滞后校正,并验证。
四、实验原理1. 系统结构如图3-1图3-1其中Gc(s) 为校正环节,可放置在系统模型中来实现,也可使用模拟电路的方式由模拟机来实现。
2. 系统模拟电路如图3-2图3-2各电阻电容取值R3=2MΩ R4=510KΩ R5=2MΩC1=0.47μF C2=0.47μF3. 未加校正时Gcs=14. 加串联超前校正时Gcs=aTs+1Ts+1 (a >1)给定 a = 2.44 , T = 0.26 , 则 Gcs=0.63s+10.26s+15. 加串联滞后校正时Gcs=bTs+1Ts+1(0<b<1)给定b = 0.12 , T = 83.33, 则Gcs=10s+183.33s+1五、数据记录未加校正超前校正滞后校正ts实测值/s 5.90 2.3515.24 ts理论值/s 5.41 1.9215.14γ/°25.546.855.7ωc/rad∙s-1 2.11 2.430.48(1)未加校正(2)超前校正(3)滞后校正3. 系统波特图(1)未加校正环节系统开环传递函数Gs=4s2+s(2)串联超前校正系统开环传递函数Gs=2.52s+40.26s3+1.26s2+s(3)串联滞后校正系统开环传递函数Gs=40s+483.33s3 + 84.33s2+s六、数据分析1、无论是串入何种校正环节,或者是否串入校正环节,系统最终都会进入稳态,即三个系统都是稳定系统。
2、超前校正:系统比未加校正时调节时间短,即系统快速性变好了,而且超调量也减小了。
从频率角度来看,戒指频率减小,相位稳定域度增大,系统稳定性变好。
3、滞后校正:系统比未加校正时调节时间长,即系统快速性变差了,但是超调量减小了很多,甚至比加串联超前校正时的超调还小。
第1篇一、实验目的1. 理解超前校正的原理及其在控制系统中的应用。
2. 掌握超前校正装置的设计方法。
3. 通过实验验证超前校正对系统性能的改善效果。
二、实验原理超前校正是一种常用的控制方法,通过在系统的前向通道中引入一个相位超前网络,来改善系统的动态性能。
超前校正能够提高系统的相角裕度和截止频率,从而改善系统的快速性和稳定性。
超前校正装置的传递函数一般形式为:\[ H(s) = \frac{1 + \frac{K}{T_{s}s}}{1 + \frac{T_{s}s}{K}} \]其中,\( K \) 为校正装置的增益,\( T_{s} \) 为校正装置的时间常数。
三、实验设备1. 控制系统实验平台2. 数据采集卡3. 计算机及仿真软件(如MATLAB/Simulink)4. 待校正系统四、实验步骤1. 搭建待校正系统模型:在仿真软件中搭建待校正系统的数学模型,包括系统的传递函数、输入信号等。
2. 分析系统性能:通过仿真软件分析待校正系统的性能,包括稳态误差、超调量、上升时间等。
3. 设计超前校正装置:根据待校正系统的性能要求,设计合适的超前校正装置参数。
4. 仿真验证:将设计好的超前校正装置添加到系统中,进行仿真验证,观察校正后的系统性能。
5. 实验数据分析:对实验数据进行分析,比较校正前后系统的性能差异。
五、实验内容1. 系统模型搭建:搭建一个简单的二阶系统模型,其传递函数为:\[ G(s) = \frac{1}{(s+1)(s+2)} \]2. 系统性能分析:分析该系统的稳态误差、超调量、上升时间等性能指标。
3. 设计超前校正装置:根据系统性能要求,设计一个超前校正装置,其传递函数为:\[ H(s) = \frac{1 + \frac{K}{T_{s}s}}{1 + \frac{T_{s}s}{K}} \]其中,\( K = 2 \),\( T_{s} = 0.5 \)。
4. 仿真验证:将设计好的超前校正装置添加到系统中,进行仿真验证,观察校正后的系统性能。
实验六线性控制系统校正
实验日期:必填实验项目:必填实验指导老师:孙歆钰(必填)
一、实验目的
控制系统的主要校正方式中,串联校正比较简单,应用也比较广泛,本实验利用串联校正来改善系统的性能,已达到期望的指标,通过观察系统校正前后的阶跃相应,验证串联校正对系统性能的改善。
二、实验内容
测量未校正系统的性能指标,测量校正后的性能指标,比较串联校正对系统性能的改善。
三、实验仪器
1.自动控制原理实验箱
2.示波器
3.数字万用表
四、实验原理
1.未校正的方框图:
2.可以计算出校正后的方框图:
3.被测系统的模拟电路图见图:
五、实验步骤
(1)按模拟电路图连接电路。
首先连接未校正前的电路2-3-3。
(2)加入单位阶跃信号,观察曲线,并测出超调量和调节时间,将数据记录
(3)再连接校正后的电路图2-3-4。
(4)加入单位阶跃信号,观察曲线,并测出超调量和调节时间,将数据记录,看是否
达到期望值,若未达到,请仔细检查接线及阻容值。
六、实验结果:
参数
项目δ(%)ts(s) 响应曲线
未校正
校正后。
东南大学自动控制实验室实验报告课程名称:自动控制原理实验实验名称:实验六串联校正研究院(系):自动化专业:自动化姓名:学号:实验室: 417 实验组别:同组人员:实验时间:2016年12月27日评定成绩:审阅教师:目录一.实验目的 (3)二.实验原理 (3)三. 实验设备 (3)四、实验线路 (3)五、实验步骤 (4)六、预习与回答 (8)七、报告要求 (11)一、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二、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。
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。
三、实验设备THBDC-1实验平台THBDC-1虚拟示波器四、实验线路五、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;图5.1 原系统分析: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。
性能指标:(2)接入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;图5.2 参数不正确校正分析: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)接人滞后校正网络,如图4-3。
观察并记录阶跃响应曲线,用Bode图解释;图5.3 滞后校正分析:稳定裕度很理想,系统的稳定性好。
第1篇一、实验目的1. 了解串联校正的基本原理和设计方法。
2. 掌握利用串联校正装置改善系统性能的方法。
3. 通过实验验证串联校正对系统动态性能的影响。
二、实验原理串联校正是一种常用的控制系统设计方法,通过在系统的输入端或输出端添加校正装置,来改善系统的动态性能和稳态性能。
本实验主要研究串联校正对系统相位裕度和增益裕度的影响。
三、实验器材1. 控制系统实验平台2. 信号发生器3. 示波器4. 信号调理器5. 校正装置(如PID控制器、滤波器等)6. 计算机及仿真软件四、实验步骤1. 搭建实验系统:根据实验要求搭建控制系统实验平台,包括被控对象、校正装置和测量装置。
2. 设置实验参数:设置被控对象和校正装置的参数,如PID参数、滤波器参数等。
3. 进行开环实验:通过信号发生器向系统输入不同频率的正弦信号,利用示波器观察系统的输出响应,记录系统的相位裕度和增益裕度。
4. 进行闭环实验:将系统切换到闭环状态,再次输入正弦信号,观察系统的输出响应,记录系统的相位裕度和增益裕度。
5. 分析实验结果:比较开环和闭环实验结果,分析串联校正对系统性能的影响。
五、实验结果与分析1. 开环实验结果:通过开环实验,可以得到系统的相位裕度和增益裕度,以及系统的频率响应曲线。
2. 闭环实验结果:通过闭环实验,可以得到系统的相位裕度和增益裕度,以及系统的频率响应曲线。
3. 分析结果:- 当校正装置的参数设置合理时,系统的相位裕度和增益裕度会得到改善,从而提高系统的稳定性。
- 串联校正可以有效地抑制系统的振荡和超调,提高系统的响应速度。
- 串联校正对系统的稳态误差也有一定的影响,需要根据实际需求进行调整。
六、实验结论1. 串联校正是一种有效的控制系统设计方法,可以改善系统的动态性能和稳态性能。
2. 通过合理设置校正装置的参数,可以有效地提高系统的稳定性、响应速度和稳态精度。
3. 在实际应用中,需要根据被控对象和系统的具体要求,选择合适的校正装置和参数。
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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、实验原理图 6-1 为一加串联校正后系统的方框图。
图中校正装置 Gc(S)是与被控对象 Go(S)串联连接。
图 6-1 加串联校正后系统的方框图串联校正有以下三种形式:1) 超前校正,这种校正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。
2) 滞后校正,这种校正是利用滞后校正装置的高频幅值衰减特性,使系统在满足稳态性能的前提下又能满足其动态性能的要求。
1 / 73) 滞后超前校正,由于这种校正既有超前校正的特点,又有滞后校正的优点。
因而它适用系统需要同时改善稳态和动态性能的场合。
校正装置有无源和有源二种。
基于后者与被控对象相连接时,不存在着负载效应,故得到广泛地应用。
下面介绍两种常用的校正方法:零极点对消法(时域法;采用超前校正)和期望特性校正法(采用滞后校正)。
1. 零极点对消法(时域法) 所谓零极点对消法就是使校正变量Gc(S)中的零点抵消被控对象 Go(S)中不希望的极点,以使系统的动、静态性能均能满足设计要求。
重庆邮电大学自动化学院自动控制原理实验单位:自动化学院学生姓名:学号:学生姓名:学号:专业:电气工程及其自动化班级:线性系统的校正实验目的:1.掌握系统校正的方法,重点了解串联校正。
2.根据期望的时域性能指标推导出二阶系统的串联校正环节的传递函数。
实验设备?PC机一台,TD-ACC+教学实验系统一套。
实验原理及内容?所谓校正就是指在系统中加入一些机构或装置?(其参数可以根据需要而调整),使系统特性发生变化,从而满足系统的各项性能指标。
按校正装置在系统中的连接方式,可分为:串联校正、反馈校正和复合控制校正三种。
串联校正是在主反馈回路之内采用的校正方式,串联校正装置串联在前向通路上,一般接在误差检测点之后和放大器之前。
本次实验主要介绍串联校正方法。
1.原系统的结构框图及性能指标对应的模拟电路图由图可知系统开环传函:,系统闭环传函:系统的特征参量:ωn=?6.32,?ξ=?0.158系统的性能指标:Mp=60%,tS=4s,静态误差系数Kv=20?(1/s)2.期望校正后系统的性能指标?要求采用串联校正的方法,使系统满足下述性能指标:?Mp≤25%,tS≤1s,静态误差系数Kv≥20?(1/s)3.串联校正环节的理论推导由公式得:ξ≥0.4,ωn≥10,设校正后的系统开环传函为:由期望值得:,则K≥20。
校正后系统的闭环传函为:取ξ=0.5,则T?=0.05s,ωn=20满足ωn≥10,得校正后开环传函为:因为原系统开环传函为:,且采用串联校正,所以串联校正环节的传函为:加校正环节后的系统结构框图为:对应的模拟电路图:见图1.3-4实验步骤?1.?将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。
由于每个运放单元均设置了锁零场效应管,所以运放具有锁零功能。
将开关分别设在“方波”档和“500ms~12s”档,调节调幅和调频电位器,使得“OUT”端输出的方波幅值为1V,周期为10s左右。
? 2.测量原系统的性能指标。
东南大学自动化自控原理实验六串联校
正研究
东南大学自动化学院
实验报告课程名称:自动控制实验
实验名称:实验六串联校正研究
院(系):自动化专业:自动化
姓名:吕阳学号: 080111
实验室:实验组别:
同组人员:实验时间:2013年 12 月 20 日评定成绩:审阅教师:
一、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
二、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:G 1(s )=
12.01+s G 2(s )= 1
41+s G 3(s )=0.110.001 1.01
s s ++ G 4(s )=s
s 12.0+ 原系统Bode 图如下:
G(1)Bode图如下:
由G1(s)的Bode图可知,该校正能够将系统的截止频率减小,并且相位滞后,则会使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,系统稳态性能差,误差大。
G(1)接入系统时,系统Bode图如下:
G(2)Bode图如下:
由G2(s)的Bode图可知,该校正环节造成高频衰减,使截止频率减小,从而条件时间变长;又由于该滞后环节被安排在低频段,远离截止频率,因此可以使得相角裕度为正值,从而系统稳定。
传递函数为0型,因此对阶跃信号的跟踪有一定误差。
G(2)接入系统时,系统Bode图如下:
G(3)Bode图如下:
由G3(s)的Bode图可知,该校正环节为超前校正,它会增大开环截止频率和系统带宽,其超前相位又能补偿原系统中的元件造成的相位滞后,最大超前角频率在开环截止频率附近,是系统相角裕度增大,从而改善了系统的瞬态性能,调节之间变短。
相对稳定性增大。
但对阶跃的跟踪仍然存在误差。
G(3)接入系统时,系统Bode图如下:
G(4)Bode图如下:
由G4(s)的Bode图可知,PID控制中低频段主要是滞后环节起作用,提高系统的无差度阶次,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。
G(4)接入系统时,系统Bode图如下:
(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的高度,从而增大截止频率,因此用超前好。
(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:1.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
2.求出为校正系统的相角裕度γ’,若γ-γ’<0,或γ-γ’>65°,则不应采用超前校正
3.根绝瞬态指标选择截止频率,计算校正环节时间常数T 和αT
其中C(s)= 11'++Ts Ts c K αα,T=α
c w 1
4.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)︒︒++︒-=∠12~5(180)(γc jw KcP ,算出未校正系统该处的幅值,由此求出β,得到 C(s)= 1
1'++Ts Ts c K β,T=10/c w 三、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。
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
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。
四、实验设备:
THBDC-1实验平台
THBDC-1虚拟示波器
五、实验线路:(见后图)
六、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;
答:系统振荡并趋于稳定。
(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;
答:由Bode图可知,该校正能够将系统的截止频率减小,并且相位滞后,则会使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,系统稳态性能差,误差大。
阶跃响应曲线不稳定。
(3)接人滞后校正网络,如图4-3。
观察并记录阶跃响应曲线,用Bode图解释;
答:由Bode图可知,该校正环节造成高频衰减,使截止频率减小,从而条件时间变长;又由于该滞后环节被安排在低频段,远离截止频率,因此可以使得相角裕度为正值,从而系统稳定。
传递函数为0型,因此对阶跃信号的跟踪有一定误差。
(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;
答:由G3(s)的Bode图可知,该校正环节为超前校正,它会增大开环截止频率和系统带宽,其超前相位又能补偿原系统中的元件造成的相位滞后,最大超前角频率在开环截止频率附近,是系统相角裕度增大,从而改善了系统的瞬态性能,调节之间变短。
相对稳定性增大。
但对阶跃的跟踪仍然存在误差。
(5)接人混合校正网络,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;
答:由G4(s)的Bode图可知,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。
误差很小。