具有微分負反饋的反饋校正

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1、實驗四具有微分負反饋的反饋校正一、實驗目的：1、按給定性能指標，對固有模擬對象運用并聯(lián)校正對數頻率特性的近似作圖法，進行反饋校正。2、用實驗驗證理論計算結果。3、熟悉期望開環(huán)傳遞函數為典型Ｉ型的參數計算及微分反饋校正調節(jié)器的實現。二、實驗儀器設備1、TDN-AC/ACS教學實驗系統(tǒng)一套2、萬用表一塊三、實驗要求：1、觀測未校正系統(tǒng)的穩(wěn)定性及瞬態(tài)響應。2、觀測校正后系統(tǒng)的穩(wěn)定性極瞬態(tài)響應。四、實驗步驟、原理及內容：1、未校正系統(tǒng)的性能指標1）原系統(tǒng)的原理方塊圖未校正系統(tǒng)的方框圖如圖1所示：圖1未校

2、正系統(tǒng)的方框圖2）系統(tǒng)校正前的模擬電路圖，如圖2所示圖2系統(tǒng)校正前的模擬電路圖3）實驗步驟準備：將模擬電路輸入端R(t)與信號源單元（U1SG）的輸出端OUT端相連接；模擬電路的輸出端C(t)接至示波器。步驟：按圖2接線；加入階躍電壓，觀察階躍響應曲線，并測出超調量Mp和調節(jié)時間Ts，記錄曲線及參數。4）實驗結果階躍響應曲線如圖3所示圖3未校正系統(tǒng)的階躍響應曲線實驗測得超調量Mp==64.1%，調整時間Ts=1.242s>0.3s5）未校正系統(tǒng)性能分析和實驗結果分析從未校正的系統(tǒng)傳遞函數可以看出

3、，系統(tǒng)由比例環(huán)節(jié)，積分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)組成，系統(tǒng)的剪切頻率較大，相角裕度較小，系統(tǒng)的開環(huán)增益較大，中頻段的衰減過大，大于20dB/dec.這導致系統(tǒng)的振蕩較強烈，超調，和調整時間大。從未校正系統(tǒng)的階躍響應曲線可以看出，系統(tǒng)的超調兩很大，遠不能滿足性能指標，調整時間也很大。2、校正系統(tǒng)的性能指標1）校正的要求和指標要求設計具有微分校正裝置，校正時使期望特性開環(huán)傳遞函數為典型I型，并使系統(tǒng)滿足下列指標：放大倍數：閉環(huán)后阻尼系數：超調量：調節(jié)時間：校正網絡的傳遞函數為：2）校正后的方塊圖校正后的方塊

4、圖如圖4所示：圖4校正后的方塊圖3）系統(tǒng)校正后的模擬電路圖系統(tǒng)校正前后的模擬電路圖如圖5所示：圖5系統(tǒng)校正后的模擬電路圖4）實驗步驟①準備：設計校正裝置參數根據給定性能指標，設期望開環(huán)傳遞函數為因為，閉環(huán)特征方程為：或令故由于微分反饋通道的Bode圖是期望特性Bode圖的倒數，所以微分反饋通道的放大倍數為期望特性的放大倍數的倒數，即1/19。而微分反饋通道傳遞函數的時間常數取期望特性時間常數T的二倍，為80。因此，反饋通道的傳遞函數為：根據上式中各時間常數值，圖5中按以下參數設定，微分反饋對系統(tǒng)

5、的性能有很大的改善。R1=100KR2=25KC=0.5②步驟：按圖5接線，加入階躍電壓，觀察階躍響應曲線，并測出超調量Mp和調節(jié)時間Ts，看是否達到期望值。記錄達標的校正裝置的實測曲線及參數。5）實驗的結果校正后系統(tǒng)的達標的實測曲線圖如圖6所示：圖6校正后系統(tǒng)的達標的實測曲線實測：超調量Mp==3.85%，調整時間Ts=0.0859s<0.3sR1=100KR2=10.07KC=0.55）校正后系統(tǒng)的性能分析和實驗結果分析負反饋能抑制被包圍部分的內部參量變化（包括非線性因素）和外部作用于傳函上

6、的干擾（包括高頻噪聲）影響。校正后可以增大相角裕度，減小中頻的衰減度，減小剪切頻率，改善系統(tǒng)的暫態(tài)性能。實驗結果可以看出，反饋校正后，系統(tǒng)階躍響應的超調和調整時間大大減小，完全滿足性能指標的要求，可見本校正裝置參數設計合理。五、思考題1、當電位器W1中間點移動到反饋信號最大端，系統(tǒng)的輸出波形C（t）的Mp增加了還是減少了？為什么？答：系統(tǒng)的輸出波形的超調量Mp減少了，因為電位器W1的滑動端的位置決定了微分負反饋環(huán)節(jié)取出輸出信號的比例，即負反饋信號的大小，當電位器W1中間點移動到反饋信號最大端時，

7、微分負反饋作用增強，微分負反饋環(huán)節(jié)完全工作，使系統(tǒng)動態(tài)性能提高，超調量Mp減小。2、是否能用4個運算放大器環(huán)節(jié)組成與圖4—4功能相同的模擬電路？答：可以，如圖所示。原圖中兩個標號為的運算放大器均構成反向器，可通過串聯(lián)環(huán)節(jié)位置的調換省去一個反向器，即在不同的位置引回負反饋。