北航5系—自动控制原理第3次实验报告.docx

实验三控制系统串联校正班级_1305xx_ 姓名_xxx_ 学号_1305xxxx_实验时间2015.12.17实验编号31同组同学无一、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。二、实验内容单位负反馈系统的开环传递函数，进行半实物实时仿真，研究其时域性能，同时从频域分析系统稳定性。针对以上系统，设计串联超前校正装置,使系统的相稳定裕度，并进行半实物实时仿真验证，研究其时域性能，同时从频域分析系统稳定性。针对以上系统，设计串联滞后校正装置,使系统的相稳定裕度，并进行半实物实时仿真验证，研究其时域性能，同时从频域分析系统稳定性。三、实验设备1.数字计算机2.电子模拟机3.万用表4.测试导线四、实验原理系统结构图如图1所示。图1系统结构图其中为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式由模拟机实现。系统模拟电路如图2所示图2系统模拟电路图实验使用：,,,,未加校正时，4.加串联超前校正环节，给定，，则。5.加串联滞后校正环节，给定，，则。五、实验步骤1.熟悉HHMN-1型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，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路。2.谨慎连接输入、输出端口，不可接错。线路接好后，经教师检查后再通电。3.在Windows XP桌面用鼠标双击“MATLAB”图标后进入，在命令行处键入“autolab”进入实验软件系统。4.在系统菜单中选择实验项目，选择“实验三”，在窗口左侧选择“实验模型”，其他步骤查看概述部分内容。5.分别完成不加校正、加入超前校正、加入滞后校正的实验。在系统模型上的“Manual Switch”处可设置系统是否加入校正环节，在“”处可设置校正环节的传递函数。6.绘制以上三种情况时的波特图。7.采用示波器“Scope”观察阶跃响应曲线。观测试验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，完成实验报告。六、实验结果1.不加校正图3不加校正的阶跃响应曲线表1实验结果1超调量/%调节时间ts/s上升时间tr/s45.70025.56650.1443图4不加校正的波特图2.加入超前校正a=2.44,T=0.26，则图5加入超前校正的阶跃响应曲线表2实验结果2超调量/%调节时间ts/s上升时间tr/s22.98291.95550.0244图6加入超前校正的波特图3.加入滞后校正b=0.12,T=83.33，则图7加入滞后校正的阶跃响应曲线表3实验结果3超调量/%调节时间ts/s上升时间tr/s19.370514.03352.2440图8加入超前校正的波特图图8波特图4.设计题目解答: 给定传递函数，要求设计校正环节，使得系统在r(t)=t作用下稳态误差小于0.01，相稳定裕度大于45度，截止频率大于40解答：由题得①，则②利用二阶典型最优模型，则③验证（伯德图）：图9不加校正的波特图图10加校正的波特图由校正前后的波特图比较得，相稳定裕度由增大为，截止频率由30.8 rad/s增大为91rad/s＞40rad/s,校正结果满足要求七、结果分析1.数据分析①未校正与串联超前校正数据比较，串联超前校正后，系统的调节时间由减小, 系统的快速性加强了；系统超调量减小，相位裕度增大，截止频率增大，系统稳定度增加,但抑制高频干扰的能力降低了。②对比未校正与串联滞后校正数据，串联滞后校正后，系统的调整时间增大;但是系统超调量减小，相位裕度由增大，截止频率减小，系统稳定度,抑制高频干扰的能力增强了。③对比串联超前校正与串联滞后校正数据，串联滞后校正后，系统的调整时间上升,系统的快速性明显减弱了;但是系统超调量减小, 相位裕度增大，截止频率减小，系统稳定度,抑制高频干扰的能力都增强了。综上，系统进行串联超前或滞后校正均可改善系统某些性能，同时也会带来一些不良影响。2.误差分析①温度对电阻电容的影响。②实验中放电不充分导致结果误差。八、收获、体会通过本实验，直观认识到了各种校正方法对系统的影响。