清华大学“自动控制原理”连续系统串联校正实验报告完整打印.docxVIP

【实验名称】连续系统串联校正【实验目的】观察串联超前、滞后、滞后超前校正对改善系统性能的作用，学习串联校正的基本设计方法。观测超前、滞后、滞后超前三种校正方式的作用。【实验仪器】TAP-2 型模拟实验装置、控制理论模拟实验箱软件。【实验原理】利用运算放大器，将P、I、D原件适当连接，构成满足理论公式要求的控制电路。各种系统模拟电路图如下图所示。图1 不加校正时的模拟电路图2 加超前校正的电路图图3 加滞后校正的电路图图4 加滞后超前校正的电路图【实验内容】（1）已知系统环传递函数：模拟线路图如图1，不加校正，观测系统的运动状态，记录影响曲线。（2）要求速度误差系数，截止角频率，超调量，设计一个超前校正装置。这里给出一个参考的超前校正：模拟线路图如图2。观测超前校正加入后的阶跃响应，记录超调量和过渡过程时间。（3）要求速度误差系数，截止角频率，超调量，设计一个滞后校正装置。这里给出一个参考的滞后校正：模拟线路图如图3。观测滞后校正加入后的阶跃响应，记录超调量和过渡过程时间。（4）要求速度误差系数，截止角频率，超调量，设计一个滞后超前校正装置。这里给出一个参考的滞后超前校正：模拟电路图如图4。观测滞后超前校正加入后的阶跃响应，记录超调量和过渡过程时间。【实验步骤】（1）将实验箱与主机连接的并口线、电源线接好，打开电脑。（2）点击桌面“控制理论模拟实验”打开软件，“实验选择”菜单中选择“连续系统串联校正”。（3）按照电路图接线，其中输入（）接实验箱上的“阶跃信号”，输出（）接（默认）。（4）打开实验箱电源开关，点击软件中的“开始”同时拨动实验箱“阶跃信号”开关开始采样。（5）采样结束后观测图形，使用鼠标可读取数据，计算超调量、过渡过程时间。【注意事项】1. 接线时一定要关闭实验箱电源，没用的空线不能放在实验箱面板上。2. 实验箱上“阶跃信号”有两个开关，右侧是产生阶跃信号的开关，左侧开关选择阶跃信号正、负。3. 可以通过改变采样点数来改变采样总时间。4. 选中软件中“绘制读取数据辅助线”，图形显示稳态值5%误差线。5. 如果要保存实验图形，点击“保存曲线”。【实验预习】不加校正，用matlab模拟阶跃响应，记录超调量和过渡过程时间。原始系统的bode图见“图5”，根据“图5”得，。图5.原始系统bode图根据“图6”得，振幅，，。图6.原始闭环系统阶跃响应图加超前校正，用matlab模拟阶跃响应，记录超调量和过渡过程时间。超前部分的bode图见“图7”。图7.超前部分bode图根据“图8”得，。图8.超前校正系统bode图根据“图9”得，振幅，，。图9.超前校正闭环系统阶跃响应图加滞后校正，用matlab模拟阶跃响应，记录超调量和过渡过程时间。滞后部分的bode图见“图10”。图10.滞后部分bode图根据“图11”得，。图11.滞后校正系统bode图根据“图12”得，振幅，，。图12.滞后校正闭环系统阶跃响应图加超前滞后校正，用matlab模拟阶跃响应，记录超调量和过渡过程时间。滞后部分的bode图见“图13”。图13.超前滞后部分bode图根据“图14”得，。图14.超前滞后校正系统bode图根据“图15”得，振幅，，。图15.超前校正闭环系统阶跃响应图【实验数据及其处理】无校正时的闭环系统阶跃响应曲线见“图16”。图16.无校正闭环系统阶跃响应实验曲线相关数据如下：无校正闭环系统阶跃响应实验曲线（万用表测量的输入阶跃信号的电压为）稳态值（中间红线）1.87最大值3.48最小值-0.03超调起始时间0.25过渡时刻3.51过渡时间3.26加超前校正时的闭环系统阶跃响应曲线见“图17”。图17.加超前校正闭环系统阶跃响应实验曲线相关数据如下：加超前校正闭环系统阶跃响应实验曲线（万用表测量的输入阶跃信号的电压为）稳态值（中间红线）2.02最大值2.57最小值0.00超调起始时间0.02过渡时刻0.17过渡时间0.15加滞后校正时的闭环系统阶跃响应曲线见“图18”。图18.加滞后校正闭环系统阶跃响应实验曲线相关数据如下：加超前校正闭环系统阶跃响应实验曲线（万用表测量的输入阶跃信号的电压为）稳态值（中间红线）1.87最大值2.60最小值-0.07超调起始时间0.87过渡时刻2.05过渡时间1.18加滞后超前校正时的闭环系统阶跃响应曲线见“图19”。图19.加滞后超前校正闭环系统阶跃响应实验曲线相关数据如下：加超前校正闭环系统阶跃响应实验曲线（万用表测量的输入阶跃信号的电压为）稳态值（中间红线）1.92最大值2.00最小值-0.02超调起始时间0.14过渡时刻0.38过渡时间0.24将用matlab数值模拟和实验得到的两组数放在一起加以对比得：项目数值模拟值实验值相对误差校正前30.3292%84.74%8.57%7.593.26132.