广西大学电气工程学院
《自动控制理论》实验 告
广西大学电气工程学院
《自动控制理论》实验 告
成绩 教师签字
学生姓名 赵帆 学 17021***** 专业班级 电自171班
2019 年 月 日
实验六 基于频域的串联校正控制器设置
实验原理：
1、被模拟对象模型描述
永磁他励电枢控制式直流电机对象如图1(a)所示。根据Kirchhoff定律和机电转换原理，可得如下方程
(2)
(4)
考虑到电枢电感L较小，在工程应用中常忽略不计，于是上式转化为
图 2 串联校正闭环控制框图
串联校正装置有无源和有源之分，均可设计成串联超前或串联滞或滞后-超前校正方法式。校正的基本形式是
图3串联超前、串联滞后、滞后-超前校正的无源模拟电路
图5PD、PI、PID校正的有源模拟电路
实验设备与软件：
1、leaSaC实验台与虚拟示波器
2、MATLAB软件
3、Multisim软件
实验内容：
用无源放大模拟电路模拟永磁他励电枢控制式直流电机对象(采用式(5)的形式)，注意leaSaC上的有源放大器和电阻电容的资源(请从实验箱的有关资料中获取)。
考虑式(5)形式的模型，采用基于Bode图的频率设计方法针对以下要求设计串联校正控制器，可以按需选择图4和图5所示的九种模拟电路结构作为控制器。标称参数取J=0.001kgm2，b=0.01Nm，kt=ke=0.1Nm/A，R=1Ω。在单位斜坡输入下，相角裕度。分别用超前校正和滞后校正设计，并进行比较。
若标称参数取J=0.001kgm2，b=0.01/6Nm，kt=0.1/6 Nm/A，ke=0.1/6Nm/A，R=1/6Ω。在单位斜坡输入下，相角裕度。采用滞后-超前策略进行设计。
接(2)问，若要求校正后的开环系统交越频率大于50rad/s，相角裕量；闭环系统在给定为跃阶信 时无稳态误差；负载扰动为阶跃信 时无稳态差。根据要求，选择某一种方法设计校正控制器。
要求根据leaSaC上的资源合理选择控制器的参数，以防选择的参数在实验箱上无法实现，同时注意实验箱的器件参数不可能与理论设计参数严格一致，需要对设计的参数作适当近似才能在找到合适的资源。参数选定后，先通过MATLAB进行分析与设计，需要给出相应的时域和频域的结果；在设计正确后，通过Multisim设计源放大模拟电路模拟这些控制系统，与MATLAB数值计算结果时域响应进行比对；确认正确后，在leaSaC实验箱进行时域验证，也可以进行频域验证。但频域验证要注意：设计的整个闭环系统的静态增益小于5，系统的阻尼系数应该大于0.102。频域验证可以不做。
实验步骤与仿真
1.内容1
①超前校正
1)由题目的标称参数可求：Kd=5，Tem=0.05，则开环传递函数为：
2)因ess*=1/K=50,取满足要求最低值即可，即K*5=50,K=10。可绘制校正系统的KG(s)的bode图。
Matalab运行代码：
>> sys=tf(50*1,[0.05 1 0])
>> margin(sys)
>> grid
由此图：相角裕度为180-124=56>50，满足设计要求。
Multism仿真图如下：
上位机实验结果如图：
②滞后校正
1)根据公式可求出，，则系统的开环传递函数为
2)串联滞后校正的标准形式
，b>1
控制器的静态增益取值与串联超前校正时相同：Kc=10
从bode图可以看出校正后的相角裕度为55.9°>50°，满足设计要求。
8)Multism仿真图如下
上位机波形如下：
由Bode图可以读出ωc=9.73rad/s
3)由公式算PD校正部分：
4)校正装置的传递函数为：
6)对系统校正后的指标进行验证
MATLAB运行代码：
numGs=50;
denGs=[0.3 1 0];
Gs=tf(numGs,denGs);
numC=5.75*conv([0.18 1],[1.067 1]);
denC=[0.064 1 0];
C=tf(numC,denC);
L=Gs*C;
margin(L)
得到的波形如下：
3.内容3
1)设校正后系统的穿越频率为51rad/s
①PD校正
所以控制器的传递函数为
3)用matlab画出校正后系统的bode图
仿真波形如下：
实验总结
本次实验花费了大量时间在预习 告上，但由于实验室设备条件影响，导致实验进程缓慢，经常出现错误，经排查都是设备原因。最终得出结果换了几台不同的设备。探寻出以下结论：
当系统有满意的稳态特性而动态响应不符合要求时可以采用串联超前校正；当系统满足静态要求，但不满足幅值裕度和相角裕度，而且相频特性在幅值交越频率附近相位变化明显时，采用串联滞后校正。
相关资源：凯利公司 KDZ 系列有刷串励、永磁、他励电机控制器设置软件.rar
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