自控實驗報告3閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)的研究

熱工過程自動控制原理實驗報告能源與環(huán)境學(xué)院5/5東南大學(xué)熱工過程自動控制原理實驗報告實驗名稱：閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)的研究學(xué)院專業(yè)：能源與環(huán)境學(xué)院熱能與動力工程專業(yè)姓名學(xué)號：指導(dǎo)老師：馬天河實驗時間：2012年11月21日實驗地點：東南大學(xué)九龍湖校區(qū)機電中心417同組人員:成績得分：實驗三閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)研究一、實驗?zāi)康模海?）通過實例展示，認(rèn)識自動控制系統(tǒng)的組成、功能及自動控制原理課程所要解決的問題（2）會正確實現(xiàn)閉環(huán)負(fù)反饋（3）通過開、閉環(huán)實驗數(shù)據(jù)說明閉環(huán)控制效果二、實驗原理：利用各種實際物理裝置（如電子裝置、機械裝置、化工裝置等）數(shù)學(xué)上的“相似性”，將各種實際物理裝置經(jīng)過簡化、并抽象成數(shù)學(xué)形式。我們在設(shè)計控制系統(tǒng)時，不必研究每一種實際裝置，而用幾種“等價”的數(shù)學(xué)形式來表達(dá)、研究和設(shè)計。又由于人本身的自然屬性，人對純數(shù)學(xué)而言，不能直接感受它的自然物理屬性，這給我們分析和設(shè)計帶來了困難。所以，我們又用替代、模擬、仿真的形式把純數(shù)學(xué)形式再變成“模擬實物”來研究。這樣，就可以“秀才不出門，遍知天下事”。實際上，在后面的課程里，不同專業(yè)的學(xué)生將面對不同的實際物理裝置，而“模擬實物”的實驗方式可以舉一反三，我們就是用下列“模擬實物”——電路，也有實際物理裝置——電機，替代各種實際物理裝置。自動控制的根本是閉環(huán)，盡管有的系統(tǒng)不能直接感受到它的閉環(huán)形式，如步進(jìn)電機控制，專家系統(tǒng)等，從大局看，還是閉環(huán)。閉環(huán)控制可以帶來想象不到的好處，兩個演示實例說明這一點。本實驗就是用開環(huán)和閉環(huán)在負(fù)載擾動下的實驗數(shù)據(jù)，說明閉環(huán)控制效果。自動控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，其原因之一就是取決調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和算法的設(shè)計（本課程主要用串聯(lián)校正、極點配置），本實驗為了簡潔，采用單閉環(huán)、比例算法K。通過實驗證明：不同的統(tǒng)K，對系性能產(chǎn)生不同的影響。說明正確設(shè)計調(diào)節(jié)器算法的重要性。為了使實驗有代表性，本實驗采用三階（高階）系統(tǒng)。這樣，當(dāng)調(diào)節(jié)器K值過大時，控制系統(tǒng)會產(chǎn)生典型的現(xiàn)象——振蕩。本實驗可以認(rèn)為是真實的電壓控制系統(tǒng)。三、實驗設(shè)備：THBDC-1實驗平臺四、實驗線路圖（模擬實物圖）五、實驗步驟：如圖接線，將線路接成開環(huán)形式，即比較器端100KΩ電阻接地。將調(diào)節(jié)器47KΩ電位器（接上面兩個孔）左旋到底歸零，再右旋1圈。經(jīng)仔細(xì)檢查后上電。調(diào)電位器輸入RP2，用實驗儀上的數(shù)字電壓表檢測，確保輸出電壓為2V。注意：極性開關(guān)向下，階躍按鍵取按下狀態(tài)。按開環(huán)表格改變47KΩ圈數(shù)，并每次要調(diào)輸入電位器RP2，在確保空載2V的條件下，再加上1KΩ的電阻擾動負(fù)載，測此不同Kp時帶負(fù)載電壓表讀數(shù)，填表。正確判斷并實現(xiàn)反饋?。ㄕn堂選擇性提問）再閉環(huán)，即加法跳線接輸出點，要調(diào)給定輸入電位器RP2，使空載輸出電壓為2V。按閉環(huán)表格改變47KΩ圈數(shù)，并每次要調(diào)電位器RP2，在確?？蛰d2V的條件下，加上1KΩ的電阻擾動負(fù)載，測此各次電壓表讀數(shù)，填表。要注意8圈時數(shù)字表的現(xiàn)象。并用理論證明。將第二個比例環(huán)節(jié)換成積分：取R=100K；C=10μF，在2V時加載，測輸出電壓值。（2.00V）六、報告要求：用文字?jǐn)⒄f正確實現(xiàn)閉環(huán)負(fù)反饋的方法。說明實驗步驟（1）至（6）的意義。畫出本實驗自動控制系統(tǒng)的各個組成部分，并指出對應(yīng)元件。本實驗最重要的器件是哪個？意義是什么？用穩(wěn)定判據(jù)說明實驗步驟（6）電壓表讀數(shù)的原因。比較表格中的實驗數(shù)據(jù)，說明開環(huán)與閉環(huán)控制效果。用表格數(shù)據(jù)說明開環(huán)增益與穩(wěn)態(tài)誤差的關(guān)系。七、數(shù)據(jù)處理根據(jù)實驗步驟和要求，填寫下表格：開環(huán)空載加1KΩ負(fù)載調(diào)節(jié)系數(shù)1圈Kp=2.42圈Kp=4.84圈Kp=9.68圈Kp=19.2輸出電壓閉環(huán)空載加1KΩ負(fù)載調(diào)節(jié)系數(shù)1圈Kp=2.42圈Kp=4.84圈Kp=9.68圈Kp=19.2輸出電壓計算或說明：七、實驗思考題1.在實際控制系統(tǒng)調(diào)試時，如何正確實現(xiàn)負(fù)反饋閉環(huán)？2.你認(rèn)為表格中加1KΩ載后，開環(huán)的電壓值與閉環(huán)的電壓值，哪個更接近2V？3.學(xué)自動控制原理課程，在控制系統(tǒng)設(shè)計中主要設(shè)計哪一部份？七、實驗心得