实验五 控制系统校正.docx

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实验五控制系统校正

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

一.实验目的

1.了解和观测串联校正装置对系统稳定性与瞬态性能的影响；

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。

二.实验装置

1.微型计算机；

2.自动控制实验教学软件包。

三.实验原理

1.串联校正装置对系统稳定性与瞬态性能的影响，设单位反应系统的结构如如下图所示：

①超前校正方案：

②滞后校正方案：

③超前——滞后校正方案：

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

①未校正系统的原理方块图如如下图所示：

②加上校正装置后系统的原理方块图如如下图所示：

四.实验内容与数据处理

〔一〕串联校正对系统性能的影响

测得数据如下表：

1.，未校正前的系统性能指标

①δ%=25时，K=1.2，=7.013

图一

②增大K，出现临界振荡，此时=11

图二

2.接入超前校正环节，即，测试系统性能指标

①保持=11不变，此时δ%=50.4，=1.838

图三

②调节K，使δ%=25，此时K=5，=1.503

图四

3.去除超前校正，接入滞后校正，即设置，测试系统性能指标

①保持=11不变，此时δ%=62.7，=15.37

图五

②调节K，使δ%=25，此时K=0.06，=114.6

图六

4.去除滞后校正环节，接入超前—滞后校正环节，即，，测试系统性能指标

①保持=11不变，此时δ%=21.9，=3.564

图七

②调节K，使δ%=25，此时K=13.5，=2.705

图八

〔二〕串联校正装置的设计

测得数据如下表：

1.，未校正前的系统性能指标，δ%=60.4，=2.677

图九

2.接入校正环节，即，测试系统性能指标，δ%=16.5，=0.2654

图十

五.思考讨论

〔1〕实验一中采用的几种校正装置，各有特点？

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—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—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σ%=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，是采用校正方式？

有何特点？

答：

超前校正装置。

参加超前校正装置后调节时间变短，超调量减小。

Ⅱ.串联校正装置对系统特性〔频域〕的影响

一.实验目的

深刻体会相位超前校正装置、相位滞后校正装置、相位滞后—超前校正装置对开环频率特性的影响与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—微分校正对开环频率特性的影响，取，校正装置〔=0.5〕

2.相位滞后校正—积分校正对开环频率特性的影响，取，校正装置T=0.02〔=10〕

3.相位滞后—超前校正—微分—积分校正对开环频率特性的影响，取，校正装置T1=1.43T2=6.67〔=10〕

四.数据处理

〔2〕.对未校正前的系统进展频域性能分析〔要求列出性能指标〕

〔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：

由上述实验数据以与曲线分析可知：

超前校正装置的参加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；

滞后校正装置的参加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—超前装置参加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—积分环节的校正，使频率较高局部幅值如何变化？

可提高那一类系统的稳定性？

答：

滞后—积分环节的校正，使频率较高局部的幅值减小，可提高相位较大系统的校正。

〔2〕超前—微分环节的校正，使频率较高局部幅值如何变化？

可提高哪一类系统的稳定性？

答：

超前—微分环节的校正，使频率较高局部的幅值增大，可提高相位较小系统的校正。

〔3〕相位滞后—超前—微分—积分校正对系统的性能会产生哪些影响？

答：

相位滞后—超前—微分—积分校正，主要是利用其超前局部提高相位较小系统的校正，增大其相角裕度；利用滞后局部提高相位较大系统的校正，增大系统的增大幅值裕度。

Ⅲ.实验总结

通过此次试验，了解了是相位超前校正、滞后校正、滞后超前校正，以与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、参加校正装置后的系统进展时域以与频域仿真，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与其适用X围会有更深的理解。