【正文】 標(biāo)：（ 1）靜態(tài)速度誤差系數(shù) Kv＝ 20s1；（ 2）相位裕量γ≥ 50176。 給出校正裝置的傳遞函數(shù)。計算校正后系統(tǒng)的穿越頻率ω c、相位裕量γ。 （ 1）確定 K值 Kv=limsWk=2k=20 所以 K=10（ 2）校正前系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性如圖實線所示。 得 wc≈ ； γ (wc)=180?+?(wc)=90??=? 可見相位裕量并不滿足要求，為不影響低頻段特性和改善暫態(tài)響應(yīng)性能，采用引前矯正。最大相位移為 ?max=arcsin[(rd1)/(rd+1)]根據(jù)系統(tǒng)相位裕量γ (wc)≥ 50?的要求，微分矯正環(huán)節(jié)最大相位移為 ?max≥ 50??=? 考慮 Wc’≥ Wc,原系統(tǒng)相角位移將更負(fù)些，故 ?max 將更大些，取?max=40?，即有 Sin40?=(γ d1)/(γ d+1)= d=頻率 Wc’為矯正裝置兩交接頻率 w1 與 w2 的幾何中點。break。fori=51:1:1if(y1(i)||y1(i))m=i。endend tr1=(m1)*。 2．通過響應(yīng)曲線觀測特征參量ζ和ω n 對二階系統(tǒng)性能的影響。 二、實驗要求： 1．根據(jù)實驗步驟，寫出調(diào)試好的 MATLAB 語言程序，及對應(yīng)的MATLAB運算結(jié)果。3．總結(jié)判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的方 法，說明增益 K 對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。 2 n2．對典型二階系統(tǒng) G(s) 22s 2 ns n1）分別繪制出ω n=2(rad/s),ζ分別取 0, 和 時的單位階躍響應(yīng)曲線，分析參數(shù)ζ對系統(tǒng)的影響。 3．單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)模型為 G(s) K，試判 2(s 2)(s4)(s 6s 25)斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并求出使得閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的 K值范圍 四、實驗結(jié)果與結(jié)論 時域分析法直接在時間域中對系統(tǒng)進行分析，可以提供系統(tǒng)時間響應(yīng)的全部信息，具有直觀、準(zhǔn)確的特點。本次實驗從分析系統(tǒng)的性能指標(biāo)出發(fā)，給出了在 MATLAB 環(huán)境下獲取系統(tǒng)時域響應(yīng)和分析系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能的方法。由于控制系統(tǒng)分子的階次 m一般小于其分母的階次 n，所以 num中的數(shù)組元素與分子多項式系數(shù)之間自右向左逐次對齊，不足部分用零補齊，缺項系數(shù)也用零補上。②求階躍響應(yīng)的另一種方法 應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)初始條件為零時， G(s)的單位階躍響應(yīng)與 G(s)的單 s 位階躍響應(yīng)相同。 s 向 MATLAB 輸入下列 num1 和 den1，給出階躍響應(yīng)命令，可以得到系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖 11 所示，輸入下列 num2和 den2，給出脈沖響應(yīng)命令，可以得到如圖 11 所示一樣的 單 位 脈 沖 響 應(yīng) 曲 線 。num1=[1,3,7]。y=step(num,den,t)。grid。num=[1,3,7]。 圖 11 單位階躍響應(yīng)曲線y=impulse(num,den,t)。grid。 1 n 2(rad/s)，考慮 5利用 MATLAB =0, 和 ，曲線，分 為便于觀測和比較，在一幅圖上繪出 5 條響應(yīng)曲線（采用“ hold”命令實現(xiàn)）。den1=[104]。den3=[124]。den5=[184]。step(num,den1,t)。hold。Zeta=039。step(num,den2,t)。39。step(num,den3,t)。39。step(num,den4,t)。39。step(num,den5,t)。39。由此得到的響應(yīng)曲線如圖 12所示： 2 n對二階系統(tǒng)性能的影響 n分別取 1,2,4,6 時，利用MATLAB n 對系統(tǒng)的影響。num2=[004]。num4=[0036]。den2=[114]。den4=[1336]。step(num1,den1,t)。hold。wn=139。step(num2,den2,t)。wn=239。step(num3,den3,t)。wn=439。step(num4,den4,t)。wn=639。 圖 13 n不同時系統(tǒng)的響應(yīng)曲線 由此得到的響應(yīng)曲線如圖 13所示： 3．系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷 利用代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)可確定系統(tǒng)個別參數(shù)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，以及為使系統(tǒng)穩(wěn)定，這些參數(shù)應(yīng)取值的范圍。200+K＞ 0。 一、實驗裝置說明 1)調(diào)速原理： 由于電動機電樞線圈有內(nèi)阻存在，當(dāng)電動機負(fù)載變化時使電樞兩端實際電壓也產(chǎn)生變化，這樣就使轉(zhuǎn)速變化。 2)轉(zhuǎn)速 n 隨轉(zhuǎn)矩 Tem 的增大而降低，電動機電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。通過調(diào)節(jié)電位器滑動端位置改變加到電動機電樞兩端的電壓值，從而達到控制電動機轉(zhuǎn)速的目的。實驗時，改變電位器滑動端的位置，可以控制電動機正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速。 電動 機負(fù)載變動對電動機轉(zhuǎn)速影響：實驗時，通過給慣性盤加摩擦力改變電動機負(fù)載，如調(diào)速性不好電動機轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化有明顯變化。 2)實驗裝置 圖一機械裝置示意圖 為了實驗方便，實驗裝置由兩部分組成： 一個是機械裝置，用于固定直流電動機、 測速發(fā)電機以及慣性盤部件，其直觀圖如圖一 所示。其 原理圖如圖二所示。模塊中的電阻 R2 為 電流取樣電阻，在按電流補償開環(huán)控制實驗時 用到。圖二電機功率驅(qū)動電路原理 電流取樣 二、 開環(huán)實驗 TDA2030A是功率放大器，其輸出能夠直接驅(qū)動直流電動機。 1)2)3)4) 三、直流電動機轉(zhuǎn)速開環(huán)按擾動補償控制實驗（選做） 原理：通過電動機負(fù)載電流取樣電阻獲得電動機電樞電流信號。 設(shè)功率放大器輸出電阻為零，電動機電樞電阻值 Ra，取樣電阻阻值為 。 2)計算所設(shè)計電路的參數(shù)。 4)調(diào)節(jié)電流取樣放大電路的放大倍數(shù)，觀察電機抭負(fù)載 電流能力變化。 推薦電路如下： 四、 0 型電動機轉(zhuǎn)速控制 用測速發(fā)電機作速度反饋，形成轉(zhuǎn)速閉環(huán)結(jié)構(gòu)。 實驗要求： 1)設(shè)計 0 型電動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)電路，要求能調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)開環(huán)增益，計算電路參數(shù)，并說明計算 方法。得到系統(tǒng)最大穩(wěn)定工作時的開環(huán)增益值。由于所選電動機額定力矩較 小，因此所施加在慣性盤上的力不能太大。 4)當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時，觀察 A、 B點電壓，看是否相等，為什么？調(diào)節(jié)輸入電壓大小，觀察 A、 B間電壓 差異變化。 圖四按電流補償控制系統(tǒng)參考電路 直流電動機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制實驗 50k 圖五 0 型控制系統(tǒng)參考電路 I 型電動機轉(zhuǎn)速控制 在控制系統(tǒng)前向通道中增加一積分環(huán)節(jié)構(gòu)成 I 型控制系統(tǒng)，用測速發(fā)電機作速度反饋，形成轉(zhuǎn)速閉環(huán)結(jié)構(gòu)。 2)讓系統(tǒng)形成負(fù)反饋，調(diào)節(jié)開環(huán)增益，觀察電動機響應(yīng)。 3)當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時，改變電動機負(fù)載，觀察負(fù)載變化對電動機轉(zhuǎn)速影響。為了便于觀察轉(zhuǎn)速的變化，可以用電壓表測量測速發(fā)電機輸出電壓。 5)根據(jù)以上要求寫出實驗步驟。 1)試設(shè)計控制電路，說明電路原理。 （由電被控對象的傳遞函數(shù)未知，可根據(jù) I 型控制系統(tǒng)結(jié)果估算，進行大致校正即可，可有 PI 校正，或在 I 型控制基礎(chǔ)上采用第 6章知識設(shè)計校正環(huán)節(jié)） 圖七校正實驗電路示意圖 總要求： 1)做開環(huán)控制 (二 )和閉環(huán)控制 (四 )兩個實驗，其他選做。實驗地點：六層測控技術(shù)與傳感器實驗室（ 603），請班長聯(lián)系實驗室老師預(yù)訂時間并通知任課教師。 2021年 12 月