实验四具有微分负反馈的校正.docxVIP

《自动控制理论》实验报告专业： 电气工程及其自动化 班号： 1406111学号： 1140610319姓名：赵元胜电气工程及其自动化实验中心二〇一六年十二月实验四 具有微分负反馈的校正实验目的：1、按给定性能指标，对固有模拟对象运用并联校正对数频率特性的近似作图法，进行反馈校正。2、用实验验证理论计算结果 。 3、 熟悉期望开环传递函数为典型Ｉ型的参数计算及微分反馈校正调节器的实现.。二、实验要求：1、观测未校正系统的稳定性及瞬态响应。 2、观测校正后系统的稳定性极瞬态响应。三、实验仪器设备1、TDN-AC/ACS 教学实验系统 一套2、万用表 一块四、实验内容、步骤及原理1、原系统的原理方块图已知未校正系统的方框图如图4—1所示图4—1未校正系统的方框图要求设计具有微分校正装置，校正时使期望特性开环传递函数为典型I型，并使系统满足下列指标： 放大倍数： 闭环后阻尼系数： 超调量： 调节时间： 校正网络的传递函数为： 校正后的方块图如图4—2所示图4—2校正后的方块图2、系统校正前后的模拟电路图图4—3系统校正前的模拟电路图图4—4系统校正后的模拟电路图3、实验内容及步骤1）、测量未校正系统的性能指标。准备：将模拟电路输入端R(t)与信号源单元（U1 SG）的输出端OUT端相连接；模拟电路的输出端C(t)接至示波器。步骤：按图4—3接线；加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp和调节时间Ts，记录曲线及参数。2）测量校正系统的性能指标校正前系统阶跃响应曲线如下：未校正系统性能分析：超调量Mp=76.92%4.3%，调整时间ts=906.3ms0.3s。不符合要求。准备：设计校正装置参数 根据给定性能指标，设期望开环传递函数为 因为：闭环特征方程为： 或 故 由于微分反馈通道的Bode图是期望特性Bode图的倒数，所以微分反馈通道的放大倍数为期望特性的放大倍数的倒数，即1/19。而微分反馈通道传递函数的时间常数取期望特性时间常数T的二倍，为80。因此，反馈通道的传递函数为： 根据上式中各时间常数值，图4—4中按以下参数设定，微分反馈对系统的性能有很大的改善。取 R0 = 100k ， R1= 100k 则 R2=24kΩ , C=0.5uF步骤：按图4—4接线，加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp和调节时间Ts，看是否达到期望值，若未达到，请仔细检查接线、参数值并适当调节参数及W1值。记录达标的校正装置的实测曲线及参数。校正后系统阶跃相应曲线如下：校正后系统分析：超调量Mp=3.21%4.3%，调整时间ts=142.3ms0.3s。符合要求。实验结果分析：负反馈能抑制被包围部分的内部参量变化（包括非线性因素）和外部作用于传函上的干扰（包括高频噪声）影响。校正后可以增大相角裕度，减小中频的衰减度，减小剪切频率，改善系统的暂态性能。实验结果可以看出，反馈校正后，系统阶跃响应的超调和调整时间大大减小，完全满足性能指标的要求，可见本校正装置参数设计合理。五、实验报告要求 1、未校正系统性能分析； 2、设计校正装置参数、正后系统分析； 3、实验观测记录； 4、实验结果分析。六、思考题 1、当电位器W1中间点移动到反馈信号最大端，系统的输出波形C（t）、Mp 增加了不是减少了？为什么？ 答：系统的输出波形的超调量Mp减少了，因为电位器W1的滑动端的位置决定了微分负反馈环节取出输出信号的比例，即负反馈信号的大小，当电位器W1中间点移动到反馈信号最大端时，微分负反馈作用增强，微分负反馈环节完全工作，使系统动态性能提高，超调量Mp减小。2、是否能用4个运算放大器环节组成与图4—4功能相同的模拟电路 ?答：可以，如图所示。原图中两个标号为20U的运算放大器均构成反向器，可通过串联环节位置的调换省去一个反向器，即在不同的位置引回负反馈。