实验五三阶系统串联校正.docx
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实验五三阶系统串联校正
阶系统串联校正
.实验目的
1.知道系统开环放大倍数对系统稳定性的影响；
2.根据要求，设计串联矫正环节.并适当地调整控制系统参数；
3.通过对控制系统参数的调整，熟悉控制系统中校正装置的作用。
二.实验设备及仪器
1.模拟实验箱；
2.虚拟仪器（低频示波器）
3.计算机；
4.MATLAB仿真软件。
三.实验内容
设一单位反馈系统的结构图如下图所示:
其中，k是开环放大倍数，Gc（s为串联校正环节。
当该系统出现近似等幅震荡现象时（既系统出现不稳定现象），试采用下列三种校正方案时,分别以串联的形式加入系统，再测试系统的时域性能指标，是否稳定并加以比较（要求
Dd%<25%）。
超前校正方案（摸拟电路图），要求用摸拟实验箱完成。
C、Tis+1
Gc（s）=：
^^,Ti>T2
T2S+1
滞后校正方案（摸拟电路图）用matLab仿真软件完成。
T2S+1
GcGA^^,T2>T1
C1
R2IR3II~
H1-<
r（t）
*
R1
A1
RO
c（t）
a
3--■+
滞后一超前校正方案
（摸拟电路图），用MATLAB仿真软件完成。
G2（T1S+1iT2s+1）
Gc（s）=,T1>T2,T3>T4
（T3s+1fT4s+1）
■
R1
iig
—1
1
R0
d—
J.
1
R2
「（t）
A1
R4
IR6R5rJ
c（t）
—•
观测并记录该系统K=5时的阶跃响应是否稳定，记录波形和有关数据;
四.实验方法及步骤
1.Gc（s）=1
1.5
0.5
4
G
8
10
Timeoffset:
0
2.
Km值;
逐渐增大K值，直到系统出现近似等幅震荡为止，记录
K=8
1.5
0.5
10
Timeoffset:
0
K=10
0.5-
10
Timeoffset:
0
K=11
1.5
05
10
rrime0flset:
0
K=12
1.5k
05k
10
Timeoffset;0
由图示可知：
K=11时，出现等幅震荡。
3.
，记录波形和有关数
将设计的超前校正环节加入，观测并记录该系统阶跃响应是否稳定据；
Gc=（T1S+1）/（T2S+1）
IntfraffltOf
TransffefFcfi
Transf&rFqt1
TransferFen』
4.若系统测试指标不满足要求，则可通过控制参数修改适当调整（基于频率法）实验分析：
通过改变幅穿频率的值，修正滞后校正器的时间常数
首先，只改变添加的超前环节来给系统提供更大的超前角度，从而改善系统的稳定性。
不断的提高了矫正后系统的相角裕量，得到的结果列于下表中
相角裕量的给定值
Y度）
超前矫正器
的T1（S）
超前矫正器
的T2（S）
输出波形
矫正后系统实际的相角裕量（度）
输出波形的
的峰值
（V）
ym
超调量
8（%）
40
0.5
0.08
1.45
30.85
45.0
45
0.55
0.07
1.40
33.80
40.0
55
0.6
0.05
1.35
39.00
35.0
65
0.8
0.025
1.29
42.50
29.0
70
0.95
0.015
1.24
43.20
24.0
72
1.0
0.013
1.23
43.10
23.0
10
rrimeoffset0
0.5
Tiineoffset:
0
1.5
0.5
2
6
8
10
4
12
08
06
04
10
Timeoffset:
0
1.4
■-■r,■'
1
1
I
1・.•・'
rTTT
■1
■I
p
-■■TPI
.••.-.-
1:
■k■4fl*k\
1
'1
1Ii
12
0,6
2
6
10
4
g
08
0.4
02
rimeoffset:
0
1,2k--
OG
O.E
0.4
10
Timeoffset:
0
T1设计为1.0,T2设计为0.013。
即Gc（s）=（1.0S+1）/（0.013S+1）.
相角裕量的给定值丫再往上增加时，已经无法再减小超调量了。
因此我们选择表格中最后一栏的数据将超前矫正器的
5.
加入滞后环节：
Gc=（2.5S+1）/（30S+1）
Subsystem
矫正后幅穿频率的期望值
（rad/s）
滞后矫正器的T1（单
位：
s）
滞后矫正器的T2（单
位：
s）
输出波形的峰值ym
矫正后系统实际的相角裕量（度）
输出波形的超调量S
1.0
10
80
1.40
34.5
40.0
0.8
12
135
1.30
41.5
30.0
0.7
14
180
1.26
45.5
26.0
0.6
16
260
1.21
50.0
21.0
0.5
20
390
1.18
55.0
18.0
runeoffset;0
1,4
1:
*
；；
1
■
■
:
/：
7二】
—f—
；7:
■
■
:
…厂•:
■
■
■
•
■
■
二「二二
■
■
■
■
■
J
i丄
1,2
0.6
0.4
0.2
2
6
8
4
0.8
10
hmeo-ffset:
&
0.8
06
0.4
02
Timeoffset:
0
1.4
0.8^
0.6-
0.40.2■■
10
Timeoffset0
实验分析：
由图表可知，滞后环节能够较容易的改变超调量以实现系统的要求。
但滞后环节也增长了系统的调节时间。
6.超前滞后环节
Gc=（2.1S+1）（S+1）/（12S+1）（0.1S+1）
Q0虑AISH0fl垢
Timeoffset:
0
达到标准
6.在开环增益k等于原系统的临界km的情况下，采取哪种矫正方案使得系统的动态性能最好?
实线部分为超前调节器输出曲线,分的输出曲线。
（Km=11）。
从输出曲线上我们可以看出从暂态响应的快速性来说，超前矫正是最好的。
其进入稳态的时间最短。
如果从暂态响应的平稳性来说，采用滞后矫正或者滞后一超前矫正要好一些。
并且超前矫正容易引入高频噪声干扰。
而单纯的滞后矫正调节时间又相当长，因此，如果综合考虑
的话，滞后一超前矫正更加合适。
7.在8=25%的情况下，采取哪种方案可使系统在斜坡信号作用时，稳态误差最小?
分别将这三种矫正方式下，系统对斜坡信号的响应曲线画了出来。
8.
⑴加入超前矫正器后系统对于斜坡信号的响应:
ICO
40
20■
0咼乓
Timeoffset:
0
⑵加入滞后矫正器后系统对于斜坡信号的响应:
eo
40
20
回®
Timeoffset:
0
⑶加入滞后一超前矫正器后系统对于斜坡信号的响应:
□回冈
100
80
eo
:
C
Timeoffset:
0
从这几张图中我们很容易发现在加入超前矫正器系统跟踪斜坡信号的稳态误差在时间足够大时，基本一致，都是趋近于零。
7.实验体会：
-滞后
这次实验主要是进行matlab仿真完成的，通过对图形的分析，对超前，滞后，超前
调节系统的特点有了更深入的体会。
超前校正主要是通过对系统中频段的频率特性进行调整，进而对系统的暂态性能进行校正。
即利用校正装置提供的超前相角来补偿系统在幅穿频率附近的相角延迟，以获得所要求的相角裕量，提高系统的快速性。
但其对系统的稳态性能的改善是有限的。
滞后校正是利用校正装置的中高频幅值衰减特性，使校正后中高频增益降低，从而获得更
大的稳定裕量，提高系统的抗干扰能力。
但其使系统响应速度有所下降。
通过这次实验，对系统校正有了更深的理解，并更加熟练了matlab的仿真与设计。
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