自动控制原理实验控制基础实验三闭环电压控制系统研究.doc

《自动控制原理实验》 实验报告 实验三　闭环电压控制系统研究 姓 名： 学 号： 专 业： 自动化 实 验 室： 常州楼419 实验时间： 2012年10月19日 同组人员： 评定成绩： 审阅教师：  一、实验目的： （1）通过实例展示，认识自动控制系统的组成、功能及自动控制原理课程所要解决的问题。 （2）会正确实现闭环负反馈。 （3）通过开、闭环实验数据说明闭环控制效果。 二、预习与回答 （1）在实际控制系统调试时，如何正确实现负反馈闭环？ 答：负反馈闭环，就是要求输入和反馈的误差相抵的情况，并非单纯的加减问题。因此，实现负反馈，我们需要逐步考察系统在输入端和反馈端的变化情况，根据变化量决定是相加还是相减。 （2）你认为表格中加1KΩ载后，开环的电压值与闭环的电压值，哪个更接近2V？ 答：闭环电压值应当更接近2V。在本实验中的系统，开环下，当出现扰动时，系统前部分是不会产生变化，即扰动的影响很大部分是加载在后面部分，因此，系统不具有调节能力，对扰动的反应很大，因此，会偏离空载时的2V很多。闭环下，当系统出现扰动，由于反馈，扰动产生的影响也被反馈到了输入端，因此，系统从输入部分就产生调整，在调整下系统的偏离程度会减小，因此，闭环的电压值更接近2V。 （3）学自动控制原理课程，在控制系统设计中主要设计哪一部份？ 答：控制系统中，我认为主要设计调节环节，以及系统的整体规划。对于一个系统，功能部分是“被控对象”部分，这部分可由对应专业设计，反馈部分大多是传感器，因此可由传感器的专业设计，而自控原理关注的是系统整体的稳定性，因此，控制系统设计中心就要集中在整个系统的协调和误差调节环节。 三、实验线路图 四、实验步骤 （1）如图接线，将线路接成开环形式，即比较器端接反馈的100KΩ电阻接地。将可变电阻470KΩ（必须接可变电阻上面两个插孔）左旋到底归零，再右旋1圈。经仔细检查后上电。打开15伏的直流电源开关，弹起“不锁零”红色按键。 （2）按下“阶跃按键”键，调“负输出”端电位器RP2，使“交/直流数字电压表”的电压为2.00V。如果调不到，则对开环系统进行逐级检查，找出原因。 （3）先按表格调好可变电阻47KΩ的圈数，再调给定电位器RP2，在确保空载输出为2.00V的前提下，再加上1KΩ的扰动负载，2圈、4圈、8圈依次检测，填表 （4）正确判断并实现反馈！（课堂提问）再闭环，即反馈端电阻100KΩ接系统输出。 （5）先按表格调好可变电阻47KΩ的圈数，再调给定电位器RP2，在确保空载输出为2.00V的前提下，再加上1KΩ的扰动负载，2圈、4圈、8圈依次检测，填表 要注意在可变电阻为8圈时数字表的现象。并用理论证明。 （6）将比例环节换成积分调节器：即第二运放的10KΩ改为100KΩ；47KΩ可变电阻改为10μF电容，调电位器RP2，确保空载输出为2.00V时再加载，测输出电压值。 五、实验数据 开环 空载 加1KΩ负载 可调电阻 开环增益 — 1圈 （Kp=2.4） 2圈 （Kp=4.8） 4圈 （Kp=9.6） 8圈 （Kp=19.2） 输出电压 2.00V 1.00V 1.00V 1.00V 1.00V 闭环 — 加1KΩ负载 可调电阻 开环增益 — 1圈 （Kp=2.4） 2圈 （Kp=4.8） 4圈 （Kp=9.6） 8圈 （Kp=19.2） 输出电压 2.00V 1.54V 1.71V 1.82V 振荡 稳态误差 — 1.15V 0.67V 0.37V 振荡 比例环节换成积分调节器：即第二运放的10KΩ改为100KΩ；47KΩ可变电阻改为10μF电容，调电位器RP2，确保空载输出为2.00V时再加载，测输出电压值 U = 1.99V。 六、实验分析 （1）用文字叙说正确实现闭环负反馈的方法。 答： 实现闭环负反馈，就是让输入和扰动下输出的变化量相互抵消，达到稳定输出的目的。 实现反馈有如下四种方案： 1. 加减 2. 正电压 3. 增电压（变化量） 4. 先闭环考察误差e，然后再作调整 对于反馈系统，都是按照偏差控制的系统，偏差就是指输入信号与反馈信号之差，因此，正确的方案是增电压方法，就是考虑变化量的关系的方法。增电压的方法，是将电压的变化量作为参考量。通过输入和输出的变化量的关系，来判断反馈的方法，这个方法可以确保实现负反馈，即实现了通过反馈和输入偏差的抵消达到稳定输出的目的。 （2）说明实验步骤（1）至（6）的意义。 答： 第一步：接线，首先是按照设计好的系统