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自控实验四_具有微分负反馈的反馈校正

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实验四 具有微分负反馈的反馈校正

一、 实验目的：

1、按给定性能指标，对固有模拟对象运用并联校正对数频率特性的近似作图法，进行反馈校正。

2、用实验验证理论计算结果 。

3、 熟悉期望开环传递函数为典型Ｉ型的参数计算及微分反馈校正调节器的实现.。

二、实验要求：

1、观测未校正系统的稳定性及瞬态响应。

2、观测校正后系统的稳定性极瞬态响应。

三、实验仪器设备

1、TDN-AC/ACS 教学实验系统 一套

2、万用表 一块

四、实验内容、步骤及原理

1、原系统的原理方块图

已知未校正系统的方框图如图4—1所示

图4—1未校正系统的方框图

要求设计具有微分校正装置，校正时使期望特性开环传递函数为典型I型，并使系统满足下列指标：

放大倍数： 19vK

闭环后阻尼系数： 0.707

超调量： %3.4pM

调节时间： sTs3.0

校正网络的传递函数为： 121CSRCRGc

校正后的方块图如图4—2所示

图4—2校正后的方块图

2、系统校正前后的模拟电路图

图4—3系统校正前的模拟电路图

图4—4系统校正后的模拟电路图

3、实验内容及步骤

a：测量未校正系统的性能指标。

准备：将模拟电路输入端R(t)与信号源单元（U1 SG）的输出端OUT端相连接；模拟电路的输出端C(t)接至示波器。

步骤：按图4—3接线；加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp和调节时间Ts，记录曲线及参数。

71.8%PM>4.3%，1.802sts >0.3s,不符合要求的性能指标

性能分析：开环传函()250(0.31)SDSS，特征方程为：2102500033SS，

503，11032exp()83.39%1PM,1.8sts

与测量值基本一致，系统不满足指标，需加以校正。

b：测量校正系统的性能指标

准备：设计校正装置参数

根据给定性能指标，设期望开环传递函数为

)1(19)(TSSsG

因为：闭环特征方程为：

0192STS 或 0T19T12SS

707.0

故 T1921

026.0T 由于微分反馈通道的Bode图是期望特性Bode图的倒数，所以微分反馈通道的放大倍数为期望特性的放大倍数的倒数，即1/19。而微分反馈通道传递函数的时间常数取期望特性时间常数T的二倍，为80。因此，反馈通道的传递函数为： 10125.00526.0180/119/1120SSSSCSRCSR

根据上式中各时间常数值，图4—4中按以下参数设定，微分反馈对系统的性能有很大的改善。

R1= 100K R2=24K C=0.526F

步骤：按图4—4接线，加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp和调节时间Ts，看是否达到期望值，若未达到，请仔细检查接线、参数值并适当调节参数及W1值。记录达标的校正装置的实测曲线及参数。

3.8%PM,203.1stms满足系统要求。

性能分析：开环传函()19(0.261)SDSS，特征方程为211900.0260.026SS

27,0.7074.3%,0.21PsMts

结果分析

由已知可得如下bode图： 28.873.3325038.461944.7620dB/dec20dB/dec40dB/dec20dB/dec固有期望校正

对于欠阻尼二阶振荡系统有Mp==exp（21）100%，所以Mp完全由决定，越大Mp越小，所以适当增加到一定时刻（但必须在欠阻尼要求范围内），就可能满足对超调亮的要求的。超调时间Ts=3nw(当0<<0.8时)，与自然震荡角频率nw和阻尼系数都有关，因此只要调整好时间常数和阻尼系数就可能满足要求。

六、思考题

1、当电位器W1中间点移动到反馈信号最大端，系统的输出波形C（t）、Mp 增加了不是减少了？为什么？

答：电位器W1调整的是反馈强度，当移动至反馈信号最大端时，微分负反馈强度最大，反馈环节中的微分环节能够“预见”较大的超调而有效的加以抑制，从而使系统输出的超调量减小，但是系统的动态响应速度变慢。

2、是否能用4个运算放大器环节组成与图4—4功能相同的模拟电路 ?

答：能。图中前向通道有一个反相器，反馈通道也有一个反相器，可以把前向通道的反相器放在最后，同样能保证输出信号为正。然后反馈信号由前向通道反相器的反相端引出，可把反馈通道中的反相器略去。

六、实验总结

通过本次实验，我们练习了并熟悉了期望开环传递函数为典型Ｉ型的参数计算及微分反馈校正调节器的实现。通过实验对比校正前后可以看出采用具有微分负反馈校正可以减小超调量Mp和调节时间Ts，改善系统性能。通过理论计算与实际系统响应的对比，使我对校正方法和自控理论有了更加深刻的认识，这对我们理解学习自动控制理论有很大帮助。

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实验二北京科技大学自控实验(3)

实验二北京科技大学自控实验(3)

【自我实践4-1】某单位负反馈系统的开环传递函数()(1)(2)kGssss，求(1) 当k=4时，计算系统的增益裕度，相位裕度，在Bode图上标注低频段斜率，高频段斜率及低频段、高频段的渐近相位角。(2) 如果希望增益裕度为16dB，求出响应的k值，并验证。

(1)当K=4时>> num=[4];

den=[1,3,2,0];

G=tf(num,den)

[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G)

bode(num,den)

grid

title(′Bode Diagram of G(s)=4/[s(s+1)(s+2)] ′)

G =

4

-----------------

s^3 + 3 s^2 + 2 s

Continuous-time transfer function.

Gm =1.5000,Pm =11.4304,Wcg =1.4142,Wcp =1.1431

title(′Bode Diagram of G(s)=4/[s(s+1)(s+2)] ′)

低频段斜率为-20dB/dec，高频段斜率为-60dB/dec，低频段渐近相位角为-90度，高频段的渐近相位角为-270度。增益裕度GM=1.5000dB/dec，相位裕度Pm=11.4304度

（2）当增益裕度为16dB时，算得K=0.951,对应的伯德图为：>> num=[0.951];

den=[1,3,2,0];

G=tf(num,den) [Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G)

bode(num,den)

grid

title(′Bode Diagram of G(s)=4/[s(s+1)(s+2)] ′)

G =

0.951

-----------------

s^3 + 3 s^2 + 2 s

Continuous-time transfer function.

Gm =6.3091,Pm =54.7839,Wcg =1.4142,Wcp =0.4276

自控原理小结

自控原理小结

自控原理小结

第一篇：自控原理小结

1、自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置或控制器，使被控对象的某个被控量

自控地按照预定的规律运行的过程。

自动控制科学是研究自动控制共同规律的技术科学。

2、1948年维纳提出了《控制论》，至此形成了完整的控制理论体系。

经典控制理论以传递函数为基础，主要研究单输入单输出、线性定常系统的分析和设计问题。现代控制理论主要研究具有高性能、高精度和多耦合回路的多变量系统的分析和设计问题。

3、反馈控制原理：

指用被控量的反馈信息，不断修正被控量和输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务。4、5、6、7、对系统被控量变化全过程提出的基本要求都是一样的，归结为稳定性、快速性和准确性，即快、准、稳的要求 控制系统中常用的典型输入信号有： 单位阶跃函数、单位斜坡（速度）函数、单位加速度（抛物线）函数、单位脉冲函数和正弦函数。如果一个闭环极点离虚轴最近，周围无闭环零点，其它闭环极点又远离虚轴。这个极点在系统的时间响应过程中起主导作用，称为闭环主导极点。（1）具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称为PID控制器，是工业控制中常用的有源校正装

置。Proportion比例，Integral 积分，Differential微分

（2）PID控制器不仅能提高系统的稳态性能，同样也能够用于提高系统的动态性能。

通常，使I部分发生在系统频率特性的低频段，以提高系统的稳态性能；使D部分发生在系统频率特性的中频段，以改善系统的动态性能。

（3）P控制器，实质上是一个具有可调增益的放大器。不影响相位，提高系统开环增益，可减小系统稳态误差，提高系统控制精度，但会降低系统稳定性，甚至使闭环系统不稳定。很少单独使用。

PD控制器中的微分控制规律，能反应输入信号变换趋势，产生有效的早期修正信号，增加系统阻尼程度，改善系统稳定性。串联校正时，增加一个—1/ 的开环零点，使系统相角裕度提高，有助于系统动态性能的改善。

单位负反馈系统校正——自动控制原理课程设计

单位负反馈系统校正——自动控制原理课程设计

标准

文案 目录

1．设计题目 ............................................................ 错误!未定义书签。

2.摘要 ..................................................................................................... 2

3、未校正系统的分析 ............................................................................ 3

3.1.系统分析 ........................................................................................................ 3

3.2.单位阶跃信号下系统输出响应 .................................................................... 4

4、系统校正设计 ................................................................................... 7

4.1.校正方法 ........................................................................................................ 7

4.2.设计总体思路 ................................................................................................ 7

自控实验说明及参考答案

自控实验说明及参考答案

实验说明及参考答案

实验一 典型环节及其阶跃响应

一、实验说明

典型环节的概念对系统建模、分析和研究很有用，但应强调典型环节的数学模型都是对各种物理系统元、部件的机理和特性高度理想化以后的结果，重要的是，在一定的条件下，典型模型的确能在一定程度上忠实地描述那些元、部件物理过程的本质特征。

模拟典型环节是有条件的，即是将运算放大器视为满足以下条件的理想放大器：

1． 输入阻抗为∞，进入运算放大器的电流为零，同时输出阻抗为零；

2． 电压增益为∞；

3． 通频带为∞；

4． 输入和输出之间呈线性；

在实际模拟环节注意：

1． 实际运算放大器输出幅值受其电源限制是非线性的，实际运算放大器是有惯性的；

2． 对比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节和振荡环节，只要控制了输入量的大小或是输入量施加的时间的长短（对积分或比例积分环节），不使其输出在工作期间内达到饱和，则非线性因素对上述环节特性的影响可以避免。但对模拟比例微分环节和微分环节的影响则无法避免，其模拟输出只能达到有限的最高饱和值。

3． 实际运放有惯性，它对所有模拟惯性环节的暂态响应都有影响，但情况又有较大的不同。

二、实验参考曲线

1． 比例环节 2. 惯性环节

3．积分环节 4. 比例微分环节

实验二 二阶系统阶跃响应

实验数据表：

1． 取n＝10rad/s，即令R＝100KΩ，C=1uf；分别取ζ＝0、0.25、0.5、1，及取R1=100KΩ,R2分别等于0、50KΩ、100KΩ、200KΩ。

ζ R2(KΩ) Mp(理论值) Ts（理论值） Mp（观测值） Ts（观测值）

0 0

0.25 50 44.5％ 1.2

0.5 100 16.3％ 0.6

1 200

2． 取n＝100rad/s，即令R＝100KΩ，C=0.1uf；分别取ζ＝0、0.25、0.5、1，及取R1=100KΩ,R2分别等于0、50KΩ、100KΩ、200KΩ。