北航自控实验报告3

成绩

北京航空航天大学

自动控制原理实验报告

班级

学号

学生姓名

自动控制与测试教学实验中心

实验三控制系统串联校正

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. 系统结构如图3-1所示：

图3-1 系统结构图

其中错误！未找到引用源。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来实现。

2. 系统模拟电路图如图3-2所示：

图3-2 系统模拟电路图

3. 未加校正时错误！未找到引用源。

4、加串联超前校正时错误！未找到引用源。，a>1。给定错误！未找到引用源。，则错误！未找到引用源。

5、加串联滞后校正时错误！未找到引用源。，b<1。给定错误！未找到引用源。，则错误！未找到引用源。

四、实验设备

1.HHMN-1电子模拟机一台。

2.PC机一台。

3.数字式万用表一块。

五、实验步骤

1.熟悉HHMN-1型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，按照系统结构图和系统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Windows XP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”，在窗口左侧选择“实验模型”，其它步骤察看概述3.2节内容。

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“错误！未找到引用源。”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。观测试验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，完成实验报告。

六、实验结果

1.系统模拟运算电路图及元件参数

1M

1μ1μ

1M 250k

图3-2 系统模拟电路图及元件参数

2.系统不加校正、加超前校正、加滞后校正的阶跃响应曲线

图3-3a 系统不加校正阶跃响应曲线：

调节时间s t s 91.5=错误！未找到引用源。 超调量%6.44%=σ

图3-3b 系统加超前校正阶跃响应曲线：

调节时间s t s 4.2=错误！未找到引用源。 超调量错误！未找到引用源。

图3-3c 系统加滞后校正阶跃响应曲线：

调节时间s t s 8.14=错误！未找到引用源。 超调量错误！未找到引用源。

3.系统不加校正、加超前校正、加滞后校正的波特图

图3-4a 系统不加校正波特图：

截止频率：1.88rad/s 幅值裕度：85.1dB 相位裕度：28°

图3-4b 系统加超前校正波特图：

截止频率：2.38rad/s 幅值裕度：117dB 相位裕度：47.4°

图3-4c 系统加滞后校正波特图：

截止频率：0.46rad/s 幅值裕度：104dB 相位裕度：53.8°

七、结果分析

1.三个系统都是稳定系统。

2.加串联超前校正时的系统比未加校正时调节时间短，即系统快速性变好了，而且超调量也减小了。从频率角度来看，截止频率减小，相位稳定裕度增大，系统的稳定性变好了。

3.加串联滞后校正时的系统比未加校正时调节时间长，即系统快速性变差了，但是超调量减小了很多，甚至比加串联超前校正时的超调还小。从频率角度来看，截止频率变小了，但相位稳定裕度增大了很多，甚至超过了加串联超前校正时的相位稳定裕度。

4.加串联超前校正和串联滞后校正都能改变系统的稳定性能参数。但是改变状况又不一样。加串联超前校正既使系统变快，又降低了超调量，使相位稳定裕度增大，使系统在调节时间和超调量上达到了比较好的平衡，使系统变得比较好。而加入串联滞后校正时的系统是以加长调节时间来达到降低超调量的目的的，使相位稳定裕度达到比较好的状态，但是这个系统比未加校正时变慢了不少，在对快速性要求较高时不适用。

八、收获、体会及建议

通过这次实验我了解了串联矫校正环节的运作原理，理解了串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。知道了加串联超前校正能同时改善系统稳定性和缩短过渡过程，而加串联滞后校正虽然也能改善系统稳定性，却会使过渡过程延长，系统快速性受到影响。

这次实验中我还进一步掌握了matlab的使用方法，学会了怎样用matlab根据系统

开环传递函数来画出波特图。

这次用到的画波特图的语句：

%不加校正

w=logspace(-2,2,400)%频率取值范围及点数

Num=[4]%开环传递函数分子系数

Den=[1 1 0]%分母系数，特别注意没有常数项时也要写上0

G=tf(Num,Den)

[x,y,w]=bode(G,w)

Margin(x,y,w)

%加超前校正

w=logspace(-2,3,500)

Num=[2.52 4]

Den=[0.26 1.26 1 0]

G=tf(Num,Den)

[x,y,w]=bode(G,w)

Margin(x,y,w)

%加滞后校正

w=logspace(-3,2,500)

Num=[40 4]

Den=[83.33 81.33 1 0]

G=tf(Num,Den)

[x,y,w]=bode(G,w)

Margin(x,y,w)

除此之外还有一点很重要，就是每次改了参数重新测量前一定要按复位键给电容放电，否则画出来的时域图开始时就是波动的，不是零状态，这一次的影响比前几次实验都要显著，我这次虽然按过了复位键，但可以看出测得的图仍然不能保证完全从零开始。