5.5连续系统的串联校正.docVIP

5.5 连续系统串联校正 5.5.1 实验目的 1. 通过实验掌握用频率特性法分析自动控制系统的动态特性，研究串联校正装置对系统的校正作用，并学习调试校正参数的方法。 2. 熟悉和掌握系统过渡过程的测量方法。 3.进一步学习用Multisim、MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。 5.5.2实验原理 当系统的开环增益满足其稳态性能的要求后，它的动态性能一般都不理想，甚至会发生不稳定。为此需在系统中串接校正装置，既使系统的开环增益不变，又使系统的动态性能满足要求。 按希望对数幅频特性对系统进行串联校正,是一种既简单又有一定准确性的工程设计方法。希望对数幅频特性是按规定的性能指标绘制的，它就是校正后系统的特性。这种方法可以综合任何一种形式的校正装置(有源，无源)，因此，在设计自动控制系统中，使用范围很广，但是它只适用于最小相位系统，因为最小相位系统的对数幅频特性和相频特性之间有确定性关系，按幅频特性的形状就能确定系统瞬态响应的特性。综合的步骤举例说明如下： (1) 根据规定的性能指标绘制希望对数幅频特性，并绘制原系统的对数幅频特性，如 图5.5.1所示，实线为原系统特性，虚线为希望特性. 图5.5.1 系统希望频率特性图 （2） 将它们进行比较，求出校正装置的对数幅频特性； （3） 确定校正装置的型式和参数。 设希望的开环传递函数为，原系统的传递函数为，串联校正装置的传递函数为，于是有： 即 其对数幅频特性是： 式中－原系统对数幅频特性 －校正后的希望对数幅频特性 －校正装置的对数幅频特性 上式说明，给出希望对数幅频特性和原系统的对数幅频特性后，故可得到校正装置的对数幅频特性。 5.5.3 实验内容 1. 串联超前校正 系统超前模拟电路如图5.5.2所示，串联超前校正电路结构框图如图5.2.3所示。图中开关K断开对应未校正情况，接通为对应超前校正。观测校正前后系统的阶跃响应。 图5.5.2 串联超前校正电路 图5.2.3串联超前校正电路结构框图 图中的传递函数是： 校正前 校正后 2. 串联滞后校正 串联滞后校正模拟电路如图5.5.4所示，滞后校正电路结构框图如图5.5.5所示。图中开关K断开对应未校正情况，接通为对应滞后校正。观测校正前后系统的阶跃响应。 图5.5.4 滞后校正电路 图5.5.5滞后校正电路结构框图 图中的传递函数是： 校正前 校正后 3. 串联超前－滞后校正 串联超前－滞后校正模拟电路如图5.5.6所示，串联超前－滞后校正模拟电路框图如图5.5.7所示。图中开关K1和K2同时断开对应未校正情况，同时接通为对应串联超前－滞后校正。观测校正前后系统的阶跃响应。 图5.5.6 串联超前－滞后校正模拟电路 图5.5.7 串联超前－滞后校正模拟电路结构框图 图中的传递函数是： 校正前 校正后 5.5.4 实验步骤 1. 测试系统与计算机的连接 （1） 启动计算机，在桌面双击图标[自动控制实验系统]运行软件。 （2） 测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如通信不正常查找原 因使通信正常后才可以继续进行实验。 2. 串联超前校正系统实验步骤 （1） 连接被测量典型环节的模拟电路（图5.5.2串联超前校正电路），电路的输入R(S)接A／D、D／A卡的D/A1输出，电路的输出C(S)接A／D、D／A卡的A/D1输入。检查无误后接通电源。 (2) 选中[实验课题一连续系统串联校正一超前校正]菜单项，鼠标点击将弹出参数设置窗口。系统加入阶跃信号。参数设置完成后鼠标点击确认，测量系统阶跃响应，并记录超调量σ%和调节时间ts。 (3) 开关K接通，重复（2）的步骤，将两次所测的波形进行比较。 3. 串联滞后校正系统实验步骤 （1）连接被测量典型环节的模拟电路（图5.5.4串联滞后校正电路），电路的输入R(S)接A／D、D／A卡的D/A1输出，电路的输出C(S)接A／D、D／A卡的A/D1输入。检查无误后接通电源。 (2) 选中[实验课题一连续系统串联校正一滞后校正]菜单项，鼠标点击将弹出参数设置窗口。系统加入阶跃信号。参数设置完成后鼠标点击确认，测量系统阶跃响应，并记录超调量σ%和调节时间ts。 (3) 开关K接通，重复（2）的步骤，将两次所测的波形进行比较。 4. 串联滞后校正系统实验步骤 （1）连接被测量典型环节