自动控制基础闭环电压控制系统研究.doc

东南大学 实 验 报 告 课程名称： 自动控制基础 实验名称： 闭环电压控制系统研究 院 （系）： 专 业： 姓 名： 学 号： 实 验 室： 实验组别： 同组人员： 无 实验时间：2010 年 10 月 13 日 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、实验原理 利用各种实际物理装置（如电子装置、机械装置、化工装置等）数学上的“相似性”，将各种实际物理装置经过简化、并抽象成数学形式。我们在设计控制系统时，不必研究每一种实际装置，而用几种“等价”的数学形式来表达、研究和设计。又由于人本身的自然属性，人对纯数学而言，不能直接感受它的自然物理属性，这给我们分析和设计带来了困难。所以，我们又用替代、模拟、仿真的形式把纯数学形式再变成“模拟实物”来研究。这样，就可以“秀才不出门，遍知天下事”。实际上，在后面的课程里，不同专业的学生将面对不同的实际物理装置，而“模拟实物”的实验方式可以举一反三，我们就是用下列“模拟实物”——电路，也有实际物理装置——电机，替代各种实际物理装置。 自动控制的根本是闭环，尽管有的系统不能直接感受到它的闭环形式，如步进电机控制，专家系统等，从大局看，还是闭环。闭环控制可以带来想象不到的好处，两个演示实例说明这一点。本实验就是用开环和闭环在负载扰动下的实验数据，说明闭环控制效果。自动控制系统性能的优劣，其原因之一就是取决调节器的结构和算法的设计（本课程主要用串联校正、极点配置），本实验为了简洁，采用单闭环、比例算法K。通过实验证明：不同的统K，对系性能产生不同的影响。说明正确设计调节器算法的重要性。 为了使实验有代表性，本实验采用三阶（高阶）系统。这样，当调节器K值过大时，控制系统会产生典型的现象——振荡。本实验可以认为是真实的电压控制系统。 三、实验设备 THBDC-1实验平台 四、实验线路图 五、实验步骤 （1）如图接线，将线路接成开环形式，即比较器端100KΩ电阻接地。将调节器47KΩ电位器（接上面两个孔）左旋到底归零，再右旋1圈。经仔细检查后上电。 （2）调电位器输入RP2，用实验仪上的数字电压表检测，确保输出电压为2V。 注意：极性开关向下，阶跃按键取按下状态。 （3）按开环表格改变47KΩ圈数，并每次要调输入电位器RP2，在确保空载2V的条件下，再加上1KΩ的电阻扰动负载，测此不同Kp时带负载电压表读数，填表。 （4）正确判断并实现反馈！再闭环，即加法跳线接输出点，要调给定输入电位器RP2，使空载输出电压为2V。 （5）按闭环表格改变47KΩ圈数，并每次要调电位器RP2，在确保空载2V的条件下，加上1KΩ的电阻扰动负载，测此各次电压表读数，填表。 要注意8圈时数字表的现象。并用理论证明。 （6）将第二个比例环节换成积分：取R=100K；C=10μF，在2V时加载，测输出电压值。 六、实验结果与讨论 （1）用文字述说正确实现闭环负反馈的方法。 答：闭环控制系统的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈，若极性相同，则称为正反馈，再开环，测得开环稳态误差。若，则应为闭环负反馈，，则为闭环正反馈。 （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：加1K负载后，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：主要设计控制器的算法。 （4）说明实验步骤（1）至（6）的意义。 答：步骤（1）：做好准备工作。 步骤（2）、（3）：先开环，在空载情况下调整电位器使输出为2V，再在加1K负载的情 况下测电压输出值，如此修改KP的值重复操作得到一组开环数据。埋下伏笔，为以后 的闭环数据做比较。 步骤（4）、（5）：再闭环，确定是负反馈系统后，照图连线，操作后得到闭环的数据，比较开环数据说明闭环负反馈的作用。 步骤（6）：利用积分环节代替