自控实验四_具有微分负反馈的反馈校正

实验四 具有微分负反馈的反馈校正

一、 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： 19v K =

闭环后阻尼系数： 0.707ζ= 超调量： %3.4≤p M 调节时间： s T s 3.0≤ 校正网络的传递函数为：

1

21+=

CS R C

R G c

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

a ：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。

71.8%P M =>4.3%， 1.802s t s = >0.3s,不符合要求的性能指标

性能分析：开环传函()250(0.31)

S D S S =

+，特征方程为：2

102500033S S ++=， ∴

ω=

，ξ=∴exp(83.39%P M ==, 1.8s t s =

与测量值基本一致，系统不满足指标，需加以校正。

b ：测量校正系统的性能指标

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

)

1(19

)(+=

TS S s G

因为：闭环特征方程为：

0192=++S TS 或 0T

19T 12=++

S S 707.0=ξ

故 T

1921=

ξ

026.0=T

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：

1

0125.00526.0180/119/1120++=

+S S

S S CS R CS R 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。

R1= 100K Ω R2=24K Ω C=0.526F μ

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。

3.8%P M =,203.1s t ms =满足系统要求。

性能分析：开环传函()19(0.261)

S D S S =

+，特征方程为2

11900.0260.026S S +

+= 27,0.707ωξ∴== 4.3%,0.21P s M t s

∴==

结果分析

由已知可得如下bode 图：

ζ越大Mp越小，所以适当增加

ζ到一定时刻（但必须在欠阻尼要求范围内），就可能满足对

超调亮的要求的。超调时间Ts=

3

n

w

ζ

(当0<

ζ<0.8时)，与自然震荡角频率

n

w

和阻尼系数ζ

都有关，因此只要调整好时间常数和阻尼系数就可能满足要求。

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：电位器W1调整的是反馈强度，当移动至反馈信号最大端时，微分负反馈强度最大，反馈环节中的微分环节能够“预见”较大的超调而有效的加以抑制，从而使系统输出的超调量减小，但是系统的动态响应速度变慢。

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：能。图中前向通道有一个反相器，反馈通道也有一个反相器，可以把前向通道的反相器放在最后，同样能保证输出信号为正。然后反馈信号由前向通道反相器的反相端引出，可把反馈通道中的反相器略去。

六、实验总结

通过本次实验，我们练习了并熟悉了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。通过实验对比校正前后可以看出采用具有微分负反馈校正可以减小超调量Mp和调节时间Ts，改善系统性能。通过理论计算与实际系统响应的对比，使我对校正方法和自控理论有了更加深刻的认识，这对我们理解学习自动控制理论有很大帮助。