試驗六線性定常系統(tǒng)的串聯(lián)校正綜合性試驗-0

1、 最新資料推薦實驗六線性定常系統(tǒng)的串聯(lián)校正(綜合性實驗)實驗六線性定常系統(tǒng)的串聯(lián)校正(綜合性實驗) 一、實驗 目的1.通過實驗，理解所加校正裝置的結(jié)構(gòu)、特性和對系統(tǒng)性能的影響；2.掌握串聯(lián)校正幾種常用的設(shè)計方法和對系統(tǒng)的實時調(diào) 試技術(shù)。二、實驗設(shè)備同實驗一。三、實驗內(nèi)容1.觀測未加校正裝置時系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能；2.按動態(tài)性能的要求，分別用時域法或頻域法(期望特性)設(shè)計串聯(lián)校正裝置；3. 觀測引入校正裝置后系統(tǒng)的動、 靜態(tài)性能，并予以實時調(diào)試，使之動、靜態(tài)性能均滿足設(shè)計要求；4.利用上位機軟件， 分別對校正前和校正后的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并與上述模擬系統(tǒng)實驗的結(jié)果相比較。四、實驗原理 圖6-1為一加串

2、聯(lián)校正后系統(tǒng)的方框圖。圖中校正裝置Gc(S)是與被控對象Go(S)串聯(lián)連接。圖6-1加串聯(lián)校正后系統(tǒng)的方框圖串聯(lián)校正有以下三種形式：超前校正，這種校正是利用超前校正裝置的相位超前特性來改善系統(tǒng) 的動態(tài)性能。滯后校正， 這種校正是利用滯后校正裝置的高頻幅值衰減 特性，使系統(tǒng)在滿足穩(wěn)態(tài)性能的前提下又能滿足其動態(tài)性能的要求。滯后超前校正，由于這種校正既有超前校正的特點，又有滯后校正的優(yōu)點。因而它適用系統(tǒng)需要同時改善穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能的場合。校正裝置有無源和有源二種。基于后者與被控對象相連接時，不存在著負(fù)載效應(yīng)，故得到廣泛地應(yīng)用。下面介紹兩種常用的校正方法：零極點對消法(時域法；采用超前校正)和期望特性校

3、正法(采 用滯后校正)。. 零極點對消法(時域法)所謂零極點對消法就是使校正變量 Gc(S)中的零點抵消被控對象Go(S)中不希望的極點，以使系統(tǒng)的動、 靜態(tài)性能均能滿足設(shè)計要求。設(shè)校正前系統(tǒng)的方框圖如圖6-2所示。圖6-2二階閉環(huán)系統(tǒng)的方框圖1.1性能要求 靜態(tài)速度誤差系數(shù)：KV=25 1/S ,超調(diào)量：. 0 P ；上升時間：StSl 。1.2校正前系統(tǒng)的性能分析 校正前系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：)1 5.()(S25)1 5 . 0(S2 .(0 SSSG 系統(tǒng)的速度誤差系數(shù)為：23) (lim SOO SSGKV ,剛好滿足穩(wěn)態(tài)的要求。最新資料推薦根 據(jù) 系 統(tǒng) 的 閉 環(huán) 傳 遞 函 數(shù)

4、 2n22口201950250) S()(nSSSSGSG S求得50 n , 22 n, 14. 05011 n代入二階系統(tǒng)超調(diào)量P 的計算公式，即可確定該系統(tǒng)的超調(diào)量 P ,即63.021eP, )O5. o (33 Snst這表明當(dāng)系統(tǒng)滿足穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)KV的要求后，其動態(tài)性能距設(shè)計要求甚遠(yuǎn)。為此，必須在系統(tǒng)中加一合適的校正裝置，以使校正后系統(tǒng)的性能同時滿足穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能指標(biāo)的要求。1.3校正裝置的設(shè)計根據(jù)對校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求，確定系統(tǒng)的和 n 。即由 212 . 0eP , 求得 5 . ()05.o (Si3tns,解得65 . 03 n 根據(jù)零極點對消法則，令校正裝置的傳遞函數(shù)

5、113. 0)( TSSSGC則校正后系 統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：)1 (25)1 510(S25115.0)0 ()(0TSSSTSSSGSGcSG 相應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)222222/25/252525 1)() ()(nnnSSTTSSTSTSSGSGS于是有：Tn252, Tnl2 為使校正后系統(tǒng)的超調(diào)量 $20 P ，這 里取 %)3 .16(5.0 P ，則 TT1255 .。2 , ST04. 0 。這樣所求校正裝置的傳遞函數(shù)為:101. 015.0) ( SSSGo設(shè)校正裝置GC(S)的模擬電路如圖6-3或圖6-4(實驗時可選其中一種)所示。圖 6-3 校正裝置的電路圖 1圖 6-4

6、校正裝置的電路圖 2其中圖 6-3 中4.7uF=C10K,=R400K,=R200K,=R=R3142寸S04. 0107.410W=CRT6335.0107.44002019400002019642434232CRRRRRRRR則有104.015.011)(34243-1232142SSCSRCSRRRRRRRRRRRSGo 而圖 6-4 中 kr501, uFCll , KR3902 , uFCL 02 時有 104.()15 . 01039. 0151. Oil) (2211SSSSSCRSCRStrO 圖6-5 (a) 、(b)分別為二階系統(tǒng)校正前、后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) 的示意曲線。

7、 (P 約為 63%)(h) CP 約為16.3%)圖6-5加校正裝置前后二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線2.期望特性校正法 根據(jù)圖6-1和給定的性能指標(biāo)，確定期望的開環(huán)對數(shù)幅頻特性 L(),并令它等于校正裝置的對數(shù)幅頻 特性Lc()和未校正系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性Lo()之和， 即L( )= Lc( )+ Lc()當(dāng)知道期望開環(huán)對數(shù)幅頻特性L()和未校正系統(tǒng)的開環(huán)幅頻特性L()(),就可以從Bode圖上求出校正裝置的對數(shù)幅頻特性)最新資料推薦據(jù)此，可確定校正裝置的傳遞函數(shù)，具體說明如下：設(shè)校正前系統(tǒng)為圖6-6所示，這是一個0型二階系統(tǒng)。圖6-6二階系統(tǒng)的方框圖其開環(huán)傳遞函數(shù)為：)12 . 0)(1(2)1

8、)(1()(21210SSSTSTKKSG , 其中 11 T , 2 . 0T2 , 1K1 , 2K2 , k=kik2=2則相應(yīng)的模擬電路如圖6-7所示。圖6-7 二階系統(tǒng)的模擬電路圖由于圖6-7是一個0型二階系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)輸入端輸入一個單位階躍信號時，系統(tǒng)會有一定的穩(wěn)態(tài)誤差，其誤差的計算方法請參考實驗四線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。設(shè)校正后系統(tǒng)的性能指標(biāo)如下：系統(tǒng)的超調(diào)量：$10 P ,速度誤差系數(shù)2述。后者表示校正后的系統(tǒng)為I型二階系統(tǒng)，使它跟蹤階躍輸入 無穩(wěn)態(tài)誤差。設(shè)計步驟2.2.1繪制未校正系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線，由圖6-6可得：220)5(11質(zhì)0) 1 (11屋021 g2(L其

9、對數(shù)幅頻特性曲線如圖6-8的曲線0 L (虛線)所示。2.2.2 根據(jù)對校正后系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求， 取10%3 .4 P , 25 . 2 vK,相應(yīng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：）2 . （）1 （S5 . 2）（SSG ,其頻率特性為：向 G . 2） （ j j JG據(jù)此作出）（L曲線（5, 5 .21CVK）,如圖6-8的曲線L所示。2.2.3求）（SGc 因為）。0 （SGSGSGoc 。所以 SSSSSSSGSGSGoc）1 （25. 12）2.01）（1 （）2.01 （5 .210 0 （由上式表示校正裝置）（SGc是PI調(diào)節(jié)器，它的模擬電路圖如圖6-9所示。圖6-8二階系統(tǒng)校正前、校正后

10、的幅頻特性曲線圖 6-9 PI 校正裝置的電路圖 由于SSKCSRCSRRRSLSLSGioc 111） 。 0 （1212其 中取 R1=80K （實 際電路中取 82K） ,R2=100KC=10uF,則12 CR s, 25. 112 Rrk校正后系統(tǒng)的方框圖如圖6-10所 示。圖6-10二階系統(tǒng)校正后的方框圖圖6-11 （a） 、（b）分別為二階系統(tǒng)校正前、后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的示意曲線。（a）（穩(wěn)態(tài)誤差為 0.33）3） （P 約為4.3%）圖6-11加校正裝置前后二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 五、實驗步驟1.零極點對消法（時域法）進(jìn)行串聯(lián)校正 注:做本實驗時，也可選擇圖6-4中對應(yīng)的校正裝置，此時校正裝置使用U10、U16單元， 但510K和390K電阻需用電位器來設(shè)2.期望特性校正法六、實驗報告要求1.根據(jù)對系統(tǒng)性能的最新資料推薦要求，設(shè)計系統(tǒng)的串聯(lián)校正裝置，并畫出它的電路圖