全文打印清华大学“自动控制原理”连续系统串联校正实验报告.docVIP

【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