2025年现代自动控制技术与系统设计深度解析与实践.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：本文的重要内容是对恒温箱自动控制系统构造图进行分析，画出构造框图，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处理措施，构建校正网络电路，从而使得系统可以满足规定的性能指标。

关键词：增益系统传递函数频域分析频域校正

ConstanttemperatureboxautomaticcontrolsystemanalysisandImplementation

ZhangXinjie,JiaChengcheng,XianZhuo,ZhouJing,ShiZhen

(SchoolofMechanical,ElectronicandControlengineering,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)

Abstract:Thesystemismainltsolvetheproblemofconstanttemperatureboxautomaticcontrolystemstructurediagramanalysis,drawthestructurediagram,calculatethetransferfunction.Intheconstanttemperatureboxautomaticconrolsystembasedonthesimulation,inthecontrolle,acuatorselection,objectmodelingandanalysisofimedomainandfrequencydomainandotheraspetsofacomprehensive,integratedanalysis,andcariesonthefrecquencydomaincorectionsystem,aimingattheexisingproblemstofindasuitablesolution,constructingacalibrationnetworkcircuit,therebyenabingthesysemtotomettherequirementsofperformanceindex.

Keywords:gaintransferfunctionofthesystemfrequencydomainanalysisfrequencydomaincorrection

1工作原理及性能规定

1工作原理及性能规定

恒温箱自动控制系统的工作原理图如图1所示。

给定信号

给定信号

比较

执行电动机

减速器

功率放大器

调压器

加热电阻丝

_

~220V

电压放大器

热电偶

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u?给定，并与实际温度u?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，直到温度到达给定值为止。此时，偏差△u=0,电机停止转动。这样便可实现自动控制温度恒定的性能规定。

控制系统中各环节及参数如下：

(1)直流电机：励磁线圈电阻rp=200,电感Lf=2H,扭矩常数Cr=5(N·m/A),

P?=0.85kW,Un=110V,In=9.8A,nn=1500r/min

(2)电压放大电路：电压放大电路图如图2所示。

图2电压放大电路

(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

ii

ii

I?

N1

o

Ea}N?

ZL

U?

E?

图4调压器电路

规定系统相位裕量为40°±3°,过渡过程的调整时间不超过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

电压放大器

电压放大器功率放大器执行电动机戒速器