自动控制原理大作业讲述.docx

恒温箱自动控制系统的分析与实现（北京通大学 机械与电子控制工程学院，北京 100044）摘要：本文的主要内容是对恒温箱自动控制系统结构图进行分析，画出结构框图，算出传递函数。在对恒温箱自动控制系统仿真的基础上，在控制器选择，执行机构选型，对象的建模与时域和频域分析等方面进行全面、综合的分析，并对其进行频域校正，针对系统存在的问题找到合适的解决办法，构建校正网络电路，从而使得系统能够满足要求的性能指标。关键词：增益 系统传递函数 频域分析 频域校正Constant temperature box automatic control system analysis and ImplementationZhang Xinjie,JiaChengcheng,XianZhuo,ZhouJing,Shi Zhen(School of Mechanical, Electronic and Control engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044，China)Abstract：The system is mainly to solve the problem of constant temperature box automatic control system structure diagram analysis, draw the structure diagram, calculate the transfer function. In the constant temperature box automatic control system based on the simulation, in the controller, actuator selection, object modeling and analysis of time domain and frequency domain and other aspects of a comprehensive, integrated analysis, and carries on the frequency domain correction system, aiming at the existing problems to find a suitable solution, constructing a calibration network circuit, thereby enabling the system to to meet the requirements of performance index.Key words: gain transfer function of the system frequency domain analysis frequency domain correction1 工作原理及性能要求恒温箱自动控制系统的工作原理图如图1所示。图1 恒温箱自动控制系统的工作原理图恒温箱实际温度由热电偶转换为对应的温度值。恒温箱期望温度由电压给定，并与实际温度比较得到温度差，即为温度偏差信号。温度偏差信号经电压、功率放大后，用以驱动执行电动机，并通过传动机构拖动调压器动触头。当温度偏高时,动触头向减小电流的方向运动,反之加大电流,直到温度达到给定值为止。此时，偏差，电机停止转动。这样便可实现自动控制温度恒定的性能要求。控制系统中各环节及参数如下：（1）直流电机：励磁线圈电阻Ω，电感，扭矩常数，（2）电压放大电路：电压放大电路图如图2所示。（3）功率放大电路：功率放大电路如图3所示图3 功率放大电路（4）调压器电路：调压器电路如图4所示图4 调压器电路要求系统相位裕量为，过渡过程的调节时间不超过2秒，超调量不超过3%。2系统数学模型的建立与传递函数的求解2.1系统方框图图5恒温箱自动控制系统的组成框图2.2传递函数的求解2.2.1电压放大电路传递函数经简化后的电压放大电路如图6所示，由电压放大电路图可列出等式如公式（1）：(1)由此求的传递函数为如公式（2）：(2)则得到电压放大电路的传递函数如公式（3）：（3）图6 电压放大简化电路图2.2.2功率放大电路传递函数功率放大器简化电路图如图7所示，根据功率放大电路图得：（4）2.2.3调压器传递函数调压器为自耦变压器，其简化电路图如图8所示，则其匝比就是其传递函数如公式（5）：(5)为便于计算令如公式（6）：(6)图8 调压器简化等效电路图2.2.4电动机传递函数执行电机的电路图如图9所示。电枢回路电压平衡方程如公式（7）（7）式中是电枢旋转时产生的电势,其大小与激磁磁通成正比，方向一样电枢电压相反,即，是反电势系数。电