自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)報(bào)告4

1、站暫咸X求sfc尊Harbin Instit ute of Technology姓名： 學(xué)號(hào)：課程名稱：實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)序號(hào)： 實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)室名稱：同組人：實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 總成績(jī)： 教師評(píng)語(yǔ):教師簽字：年 月采用PI的串聯(lián)校正、具有微分負(fù)反饋的反饋校正實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 了解和觀測(cè)校正裝置對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及瞬態(tài)特性的影響；2 驗(yàn)證頻率法校正是否滿足性能要求；3 按給定性能指標(biāo)，對(duì)固有模擬對(duì)象運(yùn)用并聯(lián)校正對(duì)數(shù)頻率特性的近似作圖法，進(jìn)行反饋校正；4 用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果；5 熟悉期望開環(huán)傳遞函數(shù)為典型I型的參數(shù)計(jì)算及微分反饋校正調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)。二、實(shí)驗(yàn)要求：1.觀測(cè)未校正系統(tǒng)的穩(wěn)定性及瞬態(tài)響應(yīng)；2 .

2、觀測(cè)校正后系統(tǒng)的穩(wěn)定性極瞬態(tài)響應(yīng)。三、實(shí)驗(yàn)原理、內(nèi)容及步驟（一）采用PI的串聯(lián)校正實(shí)驗(yàn)1 原系統(tǒng)的原理方塊圖校正前系統(tǒng)的方框圖如圖 1所示R CS)50c(SLAS (0. 05 牡 1 J1十圖1校正前系統(tǒng)的方框圖要求設(shè)計(jì)pi串聯(lián)校正裝置，校正時(shí)使期望特性開環(huán)傳遞函數(shù)為典型II型并使系統(tǒng)滿足下列指標(biāo)：M p25 %ts0 .84 S校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為：Gc(s)RCS 1RCS校正后系統(tǒng)的方框圖如圖2 所示圖2校正后的方框圖2 系統(tǒng)校正前后的模擬電路圖3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟(1) 測(cè)量未校正系統(tǒng)的性能指標(biāo)。準(zhǔn)備：將模擬電路輸入端 R(t)與信號(hào)源單元(U1 SG)的輸出端OUT端相連接； 模擬電

3、路的輸出端 C(t)接至示波器。步驟：按圖3接線；加入階躍電壓，觀察階躍響應(yīng)曲線，并測(cè)出超調(diào)量Mp和調(diào)整時(shí)間Ts,記錄曲線及參數(shù)。(2) 測(cè)量校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)。準(zhǔn)備：設(shè)計(jì)校正裝置參數(shù)；1.225,由 Mp 0.16 0.4(M r 1), M p 25%0.25，可得 MK 21.5(M r 1)2.5(M r 1)22.464kts2.464* 3.140.849.2嘆1.225 11.225 19.89102*9.210 11.671h 1.67*10 16.7K 1 c 1.67* 9.215.36G期望K (T1s 1)15.36(0.6s 1)22S2 仃 2S 1) s2(0.

4、06s 1)G原有50s(0.06s 1)G期望0.31(0.6s 1)Kw(RGs 1)R。G校正G原有ss1取1.545，其中 R0 100K，則 C1 6.47uR0C1R10.6C192.7KR3Kw0.310.2R21.545取r2=250K，則有 1R3= 50K因此各參數(shù)的取值分別為：R= 92.7KC=6.47uR2= 250KR3=50K步驟：按圖4接線，加入階躍電壓，觀察階躍響應(yīng)曲線，并測(cè)出超調(diào)量Mp和調(diào)整時(shí)間Ts,看是否達(dá)到期望值，若未達(dá)到，請(qǐng)仔細(xì)檢查接線、參數(shù)值并適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)值。記錄 達(dá)標(biāo)的校正裝置的實(shí)測(cè)曲線及參數(shù)。（二）具有微分負(fù)反饋的反饋校正 1原系統(tǒng)的原理方塊圖已

5、知未校正系統(tǒng)的方框圖如圖 5所示15圖5未校正系統(tǒng)的方框圖要求設(shè)計(jì)具有微分校正裝置，校正時(shí)使期望特性開環(huán)傳遞函數(shù)為典型I型，并使系統(tǒng)滿足下列指標(biāo)：放大倍數(shù):Kv 19閉環(huán)后阻尼系數(shù):0.7074.3%超調(diào)量:調(diào)整時(shí)間:校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為:R1CR2CS校正后的方塊圖如圖 6 所示圖6校正后的方框圖2 系統(tǒng)校正前后的模擬電路圖100K圖7系統(tǒng)校正前的模擬電路圖圖8系統(tǒng)校正后的模擬電路圖3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟(1)測(cè)量未校正系統(tǒng)的性能指標(biāo)。準(zhǔn)備：將模擬電路輸入端 R(t)與信號(hào)源單元(U1 SG )的輸出端OUT端相連接；模 擬電路的輸出端C(t)接至示波器。步驟：按圖7接線；加入階躍電壓，觀察階躍

6、響應(yīng)曲線，并測(cè)出超調(diào)量Mp和調(diào)節(jié)時(shí)間Ts，記錄曲線及參數(shù)。(2)測(cè)量校正系統(tǒng)的性能指標(biāo)。準(zhǔn)備：設(shè)計(jì)校正裝置參數(shù)根據(jù)給定性能指標(biāo)，設(shè)期望開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)19S(TS 1)因閉環(huán)特征方程為:TS2 S 19021 c 19 c或S2 S0T T0.7072、19TT 0.026因?yàn)槲⒎址答佂ǖ赖?Bode圖是期望特性 Bode圖的倒數(shù)，所以微分反饋通道的放大 倍數(shù)為期望特性的放大倍數(shù)的倒數(shù)，即1/19。而微分反饋通道傳遞函數(shù)的時(shí)間常數(shù)取期望特性時(shí)間常數(shù)T的二倍，為80。因此反饋通道的傳遞函數(shù)為：R0CS1/19S0.0526SR2CS 11/80S 1 0.0125S 1根據(jù)上式中各時(shí)間常數(shù)

7、值, 改善。圖8中按以下參數(shù)設(shè)定， 微分反饋對(duì)系統(tǒng)的性能有很大的取R1R=100K,則 C0.0526R0R20.01250.012524KC0.526u故微分負(fù)反饋校正裝置各參數(shù)分別為:0.0526100K0.526UR1=100KR2=24KC=0.526u步驟：按圖8接線，加入階躍電壓，觀察階躍響應(yīng)曲線，并測(cè)出超調(diào)量Mp和調(diào)節(jié)時(shí)間Ts,看是否達(dá)到期望值，若未達(dá)到，請(qǐng)仔細(xì)檢查接線、參數(shù)值并適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)及 W1值。 記錄達(dá)標(biāo)的校正裝置的實(shí)測(cè)曲線及參數(shù)。四. 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析（一）米用PI的串聯(lián)校正實(shí)驗(yàn)a.校正前系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線如圖9所示OOn- S/1Scm； SOOrnvZ CH2: SOO

8、mv/t圖9校正前系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線校正前系統(tǒng)是穩(wěn)定的，加入階躍電壓，系統(tǒng)的超調(diào)量為Mp 384 6 38.46%，調(diào)1000整時(shí)間為ts 312.5ms，超調(diào)量過(guò)大，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能差，調(diào)節(jié)時(shí)間短，能夠快速達(dá)到穩(wěn)態(tài)， 穩(wěn)態(tài)誤差為0。b.校正后系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線如圖10所示圖10校正后系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線加入PI校正裝置后，輸入階躍電壓，系統(tǒng)的超調(diào)量為Mp 1923 19.23%，調(diào)整1000時(shí)間為ts 531.3ms，和校正前相比，超調(diào)量明顯減小，雖然調(diào)節(jié)時(shí)間有所上升，但仍能 滿足期望要求，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能提高，穩(wěn)態(tài)誤差依然為0。（二）具有微分負(fù)反饋的反饋校正a未校正前，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖11IT 1

9、-T2| - 1 104 &= 040.2 in *圖11未校正系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線校正前系統(tǒng)是穩(wěn)定的，加入階躍電壓，系統(tǒng)超調(diào)量為Mp 846.2 84.62%，調(diào)整1000時(shí)間為ts 1.164S，超調(diào)量過(guò)大，調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能差，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才能夠達(dá)到穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)誤差為0。b.校正后，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖12圖12反饋校正后系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線加入微分負(fù)反饋裝置后，輸入階躍電壓，系統(tǒng)超調(diào)量為38.5Mp 10003.85%，調(diào)整時(shí)間為ts 70.3ms，和校正前相比，超調(diào)量和調(diào)整時(shí)間都明顯減小，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能提高,系統(tǒng)能夠快速到達(dá)穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)誤差依然為0。五. 思考題1 試推導(dǎo)典型II型開環(huán)放大倍數(shù)K與中頻寬2的關(guān)系。答：K2 I（h 1）h 22h2 在本實(shí)驗(yàn)的典型II型系統(tǒng)校正外，還有沒(méi)有其它校正方式？答：有，還可使用超前相位校正裝置。C (t)、Mp 增加了3 當(dāng)電位器 W1中間點(diǎn)移動(dòng)到反饋信號(hào)最大端，系統(tǒng)的輸出波形 不是減少了？為什么？答：當(dāng)電位器 W1中間點(diǎn)移動(dòng)到反饋信號(hào)最大端時(shí)，超調(diào)量 Mp減小，系統(tǒng)輸出波形C (t )穩(wěn)態(tài)