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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、实验仪器设备 1、TDN-AC/ACS 教学实验系统 一套 2、万用表 一块 三、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。 四、实验步骤、原理及内容： 1、未校正系统的性能指标 1）原系统的原理方块图 未校正系统的方框图如图1所示： 图1未校正系统的方框图 2）系统校正前的模拟电路图，如图2所示 图2系统校正前的模拟电路图 3）实验步骤 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2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。 4）实验结果 阶跃响应曲线如图3所示 图3 未校正系统的阶跃响应曲线 实验测得超调量Mp==64.1%，调整时间Ts=1.242s>0.3s 5）未校正系统性能分析和实验结果分析 从未校正的系统传递函数可以看出，系统由比例环节，积分环节和一个惯性环节组成，系统的剪切频率较大，相角裕度较小，系统的开环增益较大，中频段的衰减过大，大于20dB/dec.这导致系统的振荡较强烈，超调，和调整时间大。从未校正系统的阶跃响应曲线可以看出，系统的超调两很大，远不能满足性能指标，调整时间也很大。 2、校正系统的性能指标 1）校正的要求和指标 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 = 1 \* ROMAN I型，并使系统满足下列指标： 放大倍数： 闭环后阻尼系数： 超调量： 调节时间： 校正网络的传递函数为： 2）校正后的方块图 校正后的方块图如图4所示： 图4校正后的方块图 3）系统校正后的模拟电路图 系统校正前后的模拟电路图如图5所示： 图5 系统校正后的模拟电路图 4）实验步骤 = 1 \* GB3 ①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 因为，闭环特征方程为： 或 令 故 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： 根据上式中各时间常数值，图5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 R2=25K C=0.5 = 2 \* GB3 ②步骤：按图5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。记录达标的校正装置的实测曲线及参数。 5）实验的结果 校正后系统的达标的实测曲线图如图6所示： 图6 校正后系统的达标的实测曲线 实测：超调量Mp==3.85%，调整时间Ts=0.0859s<0.3s R1=100K R2=10.07K C=0.5 5）校正后系统的性能分析和实验结果分析 负反馈能抑制被包围部分的内部参量变化（包括非线性因素）和外部作用于传函上的干扰（包括高频噪声）影响。校正后可以增大相角裕度，减小中频的衰减度，减小剪切频率，改善系统的暂态性能。实验结果可以看出，反馈校正后，系统阶跃响应的超调和调整时间大大减小，完全满足性能指标的要求，可见本校正装置参数设计合理。 五、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）的Mp 增加了还是减少了？为什么？ 答：系统的输出波形的超调量Mp减少了，因为电位器W1的滑动端的位置决定了微分负反馈环节取出输出信号的比例，即负反馈信号的大小，当电位器W1中间点移动到反馈信号最大端时，微分负反馈作用增强，微分负反馈环节完全工作，使系统动态性能提高，超调量Mp减小。 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：可以，如图所示