控制基础第一次实验闭环电压控制系统研究.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑控制基础第一次实验闭环电压控制系统研究 东南大学自动化学院 姓 名：专 业：组 别：设计时间：评定劳绩： 《自动操纵原理测验》 测验报告 测验三 闭环电压操纵系统研究 学 号： 自动化 实 验 室： 同组人员： 2022年10 月 31日 审阅教师： 一、测验目的 （1）通过实例表示，熟悉自动操纵系统的组成、功能及自动操纵原理课程所要解决的问题 （2）会正切实现闭环负反应 （3）通过开、闭环测验数据说明闭环操纵效果 二、预习与回复 （1）在实际操纵系统调试时，如何正切实现负反应闭环？ 答：负反应闭环，就是要求输入和反应的误差相抵的处境，并非单纯的加减问题。

因此，实现负反应，我们需要逐步考察系统在输入端和反应端的变化处境，根据变化量抉择是相加还是相减 （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在本测验中的系统，开环下，当展现扰动时，系统前片面是不会产生变化，即扰动的影响很大片面是加载在后面片面，因此，系统不具有调理才能，对扰动的回响很大，因此，会偏离空载时的2V好多闭环下，当系统展现扰动，由于反应，扰动产生的影响也被反应到了输入端，因此，系统从输入片面就产生调整，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）学自动操纵原理课程，在操纵系统设计中主要设计哪一部份？ 答：操纵系统中，我认为主要设计调理环节，以及系统的整体规划对于一个系统，功能片面是“被控对象”片面，这片面可由对应专业设计，反应片面大多是传感器，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，操纵系统设计中心就要集中在整个系统的协调和误差调理环节 （4）预习劳斯判据和稳态误差 答：劳斯判据：倘使劳斯阵列表中第一列系数均为正数，那么该系统是稳定的，即特征方程全体的根均位于根平面的左半平面。

倘使第一列系数有负数，那么第一列系数符号的变更次数等于在右半平面上根的个数 稳态误差： 稳态误差按照产生的理由分为原理性误差和实际性误差两类： ①原理性误差为了跟踪输出量的期望值和由于外扰动作用的存在，操纵系统在原理上必然存在的一类稳态误差当原理性稳态误差为零时，操纵系统称为无静差系统，否那么称为有静差系统原理性稳态误差能否消释，取决于系统的组成中是否包含积分环节（见操纵系统的典型环节） ②实际性误差系统的组成部件中的不完善因素（如摩擦、间隙、不灵敏区等）所造成的稳态误差这种误差是不成能完全消释的，只能通过选用高精度的部件，提高系统的增益值等途径减小 三、测验原理 （1） 利用各种实际物理装置（如电子装置、机械装置、化工装置等）在数学上的“好像 性”，将各种实际物理装置从感兴趣的角度经过简化、并抽象成一致的数学形式我们在设计操纵系统时，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对象，而“模拟实物”的测验方式可以做到举一反三，我们就是用以下“模拟实物”——电路系统，替代各种实际物理对象 （2） 自动操纵的根本是闭环，尽管有的系统不能直接感受到它的闭环形式，如步进电机 操纵，专家系统等，从大局看，还是闭环闭环操纵可以带来想象不到的好处，本测验就是用开环和闭环在负载扰动下的测验数据，说明闭环操纵效果自动操纵系统性能的优劣，其理由之一就是取决调理器的布局和算法的设计（本课程主要用串联调理、状态反应），本测验为了干脆，采用单闭环、比例调理器K通过测验证明：不同的K，对系性能产生不同的影响，以说明正确设计调理器算法的重要性 （3） 为了使测验有代表性，本测验采用三阶（高阶）系统这样，当调理器K值过大时， 操纵系统会产生典型的现象——振荡本测验也可以认为是一个真实的电压操纵系统 四、测验设备 THBDC-1测验平台 五、测验线路图 六、测验步骤 （1） 如图接线，建议使用运算放大器U8、U10、U9、U11、U13。

先开环，即对比器接 输出一端的反应电阻100KΩ接地将可变电阻47KΩ（务必接可变电阻47K上面两个插孔）左旋毕竟时，即系统增益Kp=0再右旋1圈，阻值为4.7KΩ，Kp=2.4经留心检查后接通220伏电源，再开启+15、-15伏电源开关，弹起红色按键“不锁零” （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假设调不到，那么对开环系统举行逐级检查，找出故障理由，并记录 （3） 先按表格先调好可变电阻47KΩ的规定圈数，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的扰动负载分别右旋调2圈、4圈、8圈后依次测试，测得各数据填表 留神：为了数据可比性，加1 KΩ负载前务必保证电压是2.00V稳态误差e是对比器的输出 （4） 正确判断并实现反应！（课堂提问）理解后闭环，即反应端电阻100KΩ接系统输出 （5） 按表作风可变电阻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，分别右旋调2圈、4圈、8圈依次测试，填表 要留神在可变电阻为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理器：将其次运放的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后再加载，测输出电压值并记录 七、测验数据 开环 开环增益 调4.7K电阻 输出电压 闭环 开环增益 调4.7K电阻 输出电压 VA 空载 2.00V 2.00V 1圈 （Kp=2.4） 1.54V -2.84V 1.32V 1.29V 1圈 （Kp=2.4） 1.01V 加1KΩ负载 2圈 （Kp=4.8） 1.00V 加1KΩ负载 2圈 （Kp=4.8） 1.71V -2.42V 0.72V 0.71V 4圈 （Kp=9.6） 1.82V -2.20V 0.38V 0.38V 8圈 （Kp=19.2） 振荡 振荡 振荡 振荡 4圈 （Kp=9.6） 1.00V 8圈 （Kp=19.2） 1.01V 稳态误差e （测量值） 稳态误差公式（计算值） 由上表格可知，稳态误差测量值与理论公式计算值分外接近，在误差允许范围内相等 换成积分电路后，测得输出电压为2.00V 八、测验分析 （1） 用文字叙说正切实现闭环负反应的方法。

答：实现闭环负反应，就是让输入和扰动下输出的变化量相互抵消，达成稳定输出的目的实现反应有如下四种方案： 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 对于反应系统，都是按照偏差操纵的系统，偏差就是指输入信号与反应信号之差，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，来判断反应的方法，这个方法可以确保实现负反应，即实现了通过反应和输入偏差的抵消达成稳定输出的目的 （2） 说明测验步骤（1）至（6）的意义 答：第一步：将对比器端100KΩ电阻接地，是为了实现开环操纵，构成开环系统；电位器左旋毕竟，再右旋一圈，是为了调理比例放大器的放大倍数 其次步：调“负输出”端电位器RP2，使“交/直流数字电压表”的电压为2.00V，这是作为系统的空载输出当无法调理到2.00V时，应留心检查系统连接主要可能出错的理由大致如下：运放前后的电阻阻值接入错误，使得前级输出电压放大倍数过高，直接导致后面环节运放饱和接入的电容展现错误，或者是电容损坏，导致电路没有放大才能。

除此，还有可能是元器件本身就已经被损坏) 第三步：按表作风好可变电阻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，这一步主要是测量开环状态下，添加负载扰动前后的输出变化，查看系统对扰动的调整处境 第四步：将系统改接成为闭环反应系统，在闭环反应的处境下，举行后面的测验，查看闭环反应调理起到的作用 第五步：按表作风好可变电阻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，通过以上调整和测量，验证了在闭环反应的作用下，系统的抗扰动才能变强 第六步：将比例环节换成积分调理器，用于对比两种调理方式对于负载引入的微扰的影响，说明将比例环节换成积分环节，使输出更稳定 （3） 画出本测验自动操纵系统的各个组成片面，并指出对应元件 答： 系统如下： 输入： 对比器： — 9 —。