第三次自控实验报告 赵薇 14275042课案
电气工程学院
《自动控制理论》实验报告
姓名：赵薇
学号：
同组人：
指导教师：张彩萍
实验日期： 2016年12月7日
实验成绩评定表
姓名学号
实验名称：
实验验收或提问记录：
成绩评定依据：
实验预习报告及方案设计情况（30％）：
实验考勤情况（15％）：
实验操作情况（30％）：
实验总结报告与答辩情况（25％）：
最终评定成绩：
指导教师签字：
年月日
实验三控制系统串联校正实验报告姓名：赵薇学号：指导教师：张彩萍实验台号：15
一、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。
二、实验预习
1、理论计算
1．一阶系统：系统传递函数为：
模拟运算电路如图1- 1所示：
图3-1
其中为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式来实现。
2.系统模拟电路图如图：
3.未加校正时，
4、加串联超前校正时a>1
给定a=2.44，T=0.26，则
5、加串联滞后校正时，0 给定给定b=0.12，T=83.33，则 2、计算机仿真分析 （1）不加串联校正时，仿真结果如下： 幅频特性与相频特性的伯德图： （2）不加串联校正时，仿真结果如下： 幅频特性与相频特性的伯德图： （2）不加串联校正时， 幅频特性与相频特性的伯德图： 截止频率：0.449rad/sec 相角裕度：54.8度 三、实验仪器与设备 1．XMN-2型电子模拟机一台。 2．PC机一台。 3．数字式万用表一块。 四、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。 五、实验步骤 1．熟悉XMN-2电子模拟机的使用方法。 2．将各运算放大器接成比例器，通电调零。 3．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。 4．将信号源1(D/A)与系统输入端Ui连接，将采集输入1(A/D)与系统输出端Uo连接(此处连接必须谨慎，不可接错)。 5．线路接好后，经教师检查后再通电。 6．在Windows98 桌面用鼠标双击“AUTOLAB”图标后进入本实验软件系统。 7．在系统菜单中打开“实验项目”项，选择“校正”。 8．然后填写注册信息，即参加实验者姓名及学号，填好后点击“下一步”进入“超前-滞后校正参数设置”。 9．在“超前-滞后校正参数设置”对话框内，“输入信号幅值”选择“2V”。 10．在“校正参数设置”一栏填写校正参数，如不加校正，则“加校正”复选框不选即可，若加校正环节，则此框必需选。“参数”栏内，不用的参数必需填写为“0”。（如：做超前校正时，滞后校正参数必需填写为“0”） 11．先按一下模拟机的“复位”按键，然后点击“完成”。 12．在系统菜单中“实验项目”选择“计算机辅助分析”中的“波特图分析法”。 13．分别确定系统不加校正，以及分别加超前和滞后校正的开环传递函数，并且按照参数设置要求填写相关参数。 六、实验数据图像及与理论计算和仿真分析比较结果 1、未加校正 2、加串联超前校正 3、加串联滞后校正 加滞后校正系统阶跃响应曲线 4、 计算截止频率和稳定裕度 1）未加校正环节时，系统开环传递函数为G(S)= )1(4 +S S 则|G(j ω)|=1 42+ωω 令|G(j ω)|=1，得=1.8791rad/s,代入 φ(j ω)=-90°—arctan ω 得φ(j)=151.9798 则相角裕度γ=180151.9798=28.0202 令φ(j ω)= 180，得=∞，得幅值裕度为∞。 2) 加串联超前校正后，系统开环传递函数为G(S)Gc(S)= ) 126.0)(1(163.04+++S S S S ） （,则 |G(j ω)Gc(j ω)|= 1 126.01 63.042 2222+++ωωωω |G(j ω)|=1，得= 2.3763rad/s,代入φ(j ω)=-90°—arctan ω—arctan0.26ω+arctan0.63ω 得φ(j)=132.6286 则相角裕度γ=180132.6286=47.3714 令φ(j ω)= 180，得=∞，得幅值裕度为∞。 3) 加串联滞后校正后，系统开环传递函数为G(S)Gc(S)= ) 133.83)(1() 110(4+++S S S ,则 |G(j ω)Gc(j ω)|= 1 33.8311 1042 2222+++ωωωω 令|G(j ω)|=1，得= 0.449rad/s,代入φ(j ω)=?90°?arctan ω?arctan83.33ω+arctan10ω 得φ(j)=125.1945 则相角裕度γ=180125.1945= 54.8055 令φ(j ω)= 180，得=∞，得幅值裕度为∞。 5、分析实验数据，并从时域和频域两个角度，总结分析校正环节对于系统稳定性和过渡过程的影响 无校正 超前校正 滞后校正 超调量 52.50% 24% 5.50% 调节时间（s ） 11 3.19 9.51 截止频率rad/sec 2.38 2.38 0.449 相角裕度度 47.4 47.4 54.8 从时域来看：调整时间和超调量较校正前都有所减少，可见校正环节能使过度过程加快，减少响应时间。从频域来看：相位裕量在校正后大大增加，可见校正环节能增大系统的 相位裕量，增加系统的稳定性。 七、思考题 误差分析： 试验箱中电阻实际值与标称值之间存在偏差，其中500k用了510k的电阻。 八、结论、体会和建议 1.结论 由图像得到的w和γ值均很好的吻合了理论值。证明所设计的超前和滞后环节能够很好的改善系统特性。从时域响应看，加入超前校正后，系统超调量显著减小，调节时间也显著减小；加入滞后校正后，系统超调量显著减小，但系统调节时间增大。从频率角度看，加入超前校正后，系统相角裕度增大，带宽增大；加入滞后校正后，系统相角裕度增大，带宽减小。 所以，采用串联超前校正，增加了系统的稳定裕度，提高了动态响应的快速性和平稳性；采用串联滞后校正，增加系统的稳定裕度，但系统动态响应变差，调节时间变长。 2.体会及建议 掌握了串联校正的分析和设计方法，并且知道了超前矫正与滞后矫正的区别，以及它们对系统稳定性及过渡过程的影响。也会用MA TLAB画系统伯德图。 建议:实验室应做好管理工作，使得实验室正常运行的同时，减少器材的损坏和不必要的浪费。