自动控制系统校正综合性实验

1 自动控制系统校正综合性实验 一、实验目的 (1)掌握控制系统的数学建模。 (2)掌握控制系统性能的根轨迹分析或频率特性分析。 (3)掌握频率法校正或根轨迹法校正。 (4)能够根据性能指标，设计控制系统，并完成相应实验验证系统的设计和实验操作。 二、实验任务要求 本实验是以模拟电路的形式提供一个被控对象和该控制系统的性能指标，首先要求建立被控对象的数学模型，然后应用根轨迹分析或频率特性分析，接着设计相应的滞后校正、超前校正或滞后－超前校正环节，最后设计实验验证系统并完成实验操作。 三、实验仪器设备和材料清单 微型计算机（安装有 EWB软件） 1台 四、实验内容 (一)被控对象建模 被控对象如图 1所示，要求建立被控对象的数学模型，设计单位反馈的闭环控制系统，要求校正后系统的时域性能指标为:最大超调量%2 0% ，调节时间sts5.1。 2 图1 被控对象 如图1所示，本实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即通过设置运算放大器不同的输入网络和反馈网络来模拟各种典型环节。被控对象由一个积分环节和一个惯性环节组成。 1.积分环节 实验电路见图2。 其传递函数为 RCSsUsUsGrc1)()()( （1-1） 本实验中积分环节的传递函数为 ssRCSsUsUsGrc110110111)()()(66 2.惯性环节 实验电路见图3。 A R C U r U C 图 2 3 其传递函数为 1)()()(0CSRRRsUsUsGffrc （1-2） 本实验中惯性环节的传递函数为 15.0211011050010250105001)(63330ssCSRRRsGff 因此，本实验中被控对象的开环传递函数为 )15.0(215.021)(21ssssGGsG 系统闭环传递函数为 2)15.0(2)()(1)()(sssHsGsGs （二）系统分析和校正环节设计 1.待校正系统性能指标分析 R(s) Cs) 图 4 未校正系统的方块图 C A R0 Rf U r U C 图 3 )2(4SS 4 )(sGc )(sG 开环传递函数 )15.0(2)(sssG 因为22,11nnjjs，由给定指标要求知 2.0%21/e 解得45.0 又因为cos , 63arctan 96.163tan2,1jjsn  由该系统的闭环特征方程 0422ss 可得 04)96.1(2)96.1(2jj 解得，89.0,59.121 （舍） 所以，sstns5.177.24.44.4 综上，系统的动态性能达不到指标要求。 ...