成绩       

北 京 航 空 航 天 大 学

自动控制原理实验报告

学    院航空科学与工程学院

专业方向     气动设计    

班    级      120516      

学    号     12051255    

学生姓名      易晨炘     

指导教师      张军香      

自动控制与测试教学实验中心

实验三    控制系统串联校正

实验时间2014.12.16        实验编号  18          同组同学  无   

一、实验目的

1、了解和掌握串联校正的分析和设计方法。

2、研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。

二、实验内容

1、设计串联超前校正，并验证。

2、设计串联滞后校正，并验证。

三、实验原理

1、系统结构如下图所示：

图3-1 系统结构图

其中为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式由模拟机实现。

2、系统模拟电路如下图所示：

图3-2 系统模拟电路图

3、未加校正时。

4、加串联超前校正时 (a>1)。给定a=2.44，T=0.26，则。

5、加串联滞后校正时 (0<b<1)。给定b=0.12，T=83.33，则。

四、实验结果预期

根据所学理论知识，可以对实验结果作出如下预期：

1、串联超前校正后的系统相对未校正系统而言，稳定性和快速性将会得到增强，但是抑制高频干扰的能力将会降低。

2、串联滞后校正后的系统相对未校正系统而言，稳定性和抑制高频干扰的能力将会得到增强，但是快速性将会降低。

五、实验设备

1、HHMN-1型电子模拟机一台。

2、PC机一台。

3、数字式万用表一块。

六、实验步骤

1、熟悉HHMN-1电子模拟机的使用方法。将各运算放大器接成比例器，通电调零。断开电源，按照系统结构图和传递函数计算电阻和电容的取值，并按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器；

2、将D/A1与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端Uo连接(此处连接必须谨慎，不可接错)。线路接好后，经教师检查后再通电；

3、在桌面用鼠标双击“MATLAB”图标后进 入在命令行处键入“autolab”进入实验软件系统；

4、在系统菜单中选择实验项目，选择“实验三”，在窗口在侧选择“实验模型”；

5、分别完成不加校正，加入超前校正，加入滞后校正的实验。在系统模型上的“Manual Switch”处可设置系统是否加入校正环节，在“”处可设置校正环节的传递函数；

6、绘制以上三种情况时系统的波特图；

7、采用示波器（Scope）观察阶跃响应曲线。观测实验结果记录实验数据，绘制实验结果图形，完成实验报告。

七、实验结果

1、未校正：

a、开环传递函数：

b、阶跃响应曲线：

图3-3 未校正系统阶跃响应曲线

c、波特图：

图3-4 未校正系统波特图

d、相关数据计算：

阶跃响应曲线：超调量，上升时间，调节时间。

波特图：截止频率，相位稳定裕度。

2、串联超前校正：

a、开环传递函数：

b、阶跃响应曲线：

图3-5 串联超前校正系统阶跃响应曲线

c、波特图：

图3-6 串联超前校正系统波特图

d、相关数据计算：

阶跃响应曲线：超调量，上升时间，调节时间。

波特图：截止频率，相位稳定裕度。

3、串联滞后校正：

a、开环传递函数：

b、阶跃响应曲线：

图3-7 串联滞后校正系统阶跃响应曲线

c、波特图：

图3-8 串联滞后校正系统波特图

d、相关数据计算：

阶跃响应曲线：超调量，上升时间，调节时间。

波特图：截止频率，相位稳定裕度。

八、实验结果分析

1、串联超前校正后的系统有如下变化：

a、稳定性得到增强：由44.65%降低至22.45%，由28上升至47.4。

b、快速性得到增强：由0.646s减小到0.528s, 由5.535s减小到1.954s。

c、抑制高频干扰的能力减弱：由1.88rad/s增大到2.38rad/s。

与实验预期相符合。

2、串联滞后校正后的系统有如下变化：

a、稳定性得到增强：由44.65%降低至20.10%，由28上升至54.8。

b、抑制高频干扰的能力得到增强：由1.88rad/s减小到0.449rad/s。

c、快速性减弱：由0.646s增大到2.711s, 由5.535s增大到15.15s。

与实验预期相符合。

3、结论：

对系统进行串联超前校正或串联滞后校正都能显著地改善系统的某些性能，但也都会带来一些负面的影响。因此，实际工作中的系统校正方案一定要视具体情况而定。这两种校正都能提高系统稳定度，当更加需要提高快速性时，优先选择串联超前校正；当更加需要提高抑制高频干扰能力时，则优先选择串联滞后校正。

4、误差分析：

a、电阻和电容的真实值和标示值存在一定偏差，并且其随温度的变化也会产生一定变化，这都将引入误差；

b、本实验中的波特图绘制方式为MATLAB函数模拟，与真实搭建的系统波特图势必存在一定差异。

九、收获、体会及建议

这次实验让我了解了刚学习不久的串联校正环节的作用以及串联超前校正和串联滞后校正的不同，巩固了理论知识的同时也进一步加强了模拟和实际相联系的实验方法。同时，这次实验还让我知道了如何使用MATLAB工具进行已知传递函数时的波特图的绘制。可以说是一举多得，受益匪浅。

 

第二篇：嵌入式实验报告_电机转动控制实验

贵州大学实验报告

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