東南大學(xué)自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)三

東南大學(xué)自動(dòng)掌握試驗(yàn)室試驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng)：門(mén)動(dòng)掌握原理試驗(yàn)試驗(yàn)名稱(chēng)： 閉環(huán)電壓掌握系統(tǒng)爭(zhēng)論院〔系〕：自動(dòng)化學(xué)院專(zhuān)業(yè)：自動(dòng)化姓名：

學(xué)號(hào)：試驗(yàn)室：

試驗(yàn)組別：同組人員： 試驗(yàn)時(shí)間：2023/11/17評(píng)定成績(jī)： 批閱教師：一.試驗(yàn)?zāi)康暮鸵?...............................................................33二.試驗(yàn)原理......................................................................33三.試驗(yàn)方案與試驗(yàn)步驟............................................................44四.試驗(yàn)設(shè)備與器材配置............................................................55五.試驗(yàn)記錄......................................................................55六.試驗(yàn)總結(jié)......................................................................66七.預(yù)習(xí)與答復(fù)....................................................................99一.試驗(yàn)?zāi)康暮鸵笤囼?yàn)?zāi)康?問(wèn)題。會(huì)正確實(shí)現(xiàn)閉環(huán)負(fù)反響。通過(guò)開(kāi)、閉環(huán)試驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明閉環(huán)掌握效果。報(bào)告要求：用文字?jǐn)⒄f(shuō)，工程上，正確實(shí)現(xiàn)閉環(huán)負(fù)反響的方法。說(shuō)明試驗(yàn)步驟〔1〕至〔6〕的意義。畫(huà)出本試驗(yàn)自動(dòng)掌握系統(tǒng)的各個(gè)組成局部，并指出對(duì)應(yīng)元件。你認(rèn)為本試驗(yàn)最重要的器件是哪個(gè)？作用是什么？4.7K可變電阻為8圈〔Kp=19.2〕時(shí)，數(shù)字表的現(xiàn)象和緣由。比較表格中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，說(shuō)明開(kāi)環(huán)與閉環(huán)掌握效果。用教材上穩(wěn)態(tài)誤差理論公式E=R/1+Kp〔0型〕計(jì)算驗(yàn)證穩(wěn)態(tài)誤差測(cè)量值eo注意：R是轉(zhuǎn)變的輸入電壓，用數(shù)字表測(cè)得。開(kāi)環(huán)增益Kp在帶了負(fù)載以后，實(shí)際下降了一半。利用各種實(shí)際物理裝置〔如電子裝置、機(jī)械裝置、化工裝苣等〕在數(shù)學(xué)上的“相像性”，將們?cè)谠O(shè)計(jì)掌握系統(tǒng)時(shí)，不必爭(zhēng)論每一種實(shí)際裝置，而用幾種“等價(jià)”的數(shù)學(xué)形式來(lái)表達(dá)、爭(zhēng)論和設(shè)計(jì)。又由于人本身的自然屬性，人對(duì)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(jì)帶來(lái)了困難。所以，我們又用替代、模擬、仿真的形式把數(shù)學(xué)形式再變成“模擬實(shí)物”來(lái)爭(zhēng)論。這樣，就可以“秀才不出門(mén)，遍知天下事”。實(shí)際上，在后而的課程里，不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生將面對(duì)不同的實(shí)際物理對(duì)象，而系統(tǒng)，替代各種實(shí)際物理對(duì)象。自動(dòng)掌握的根本是閉環(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(jī)掌握，專(zhuān)家系統(tǒng)等，從大局看，還是閉環(huán)。閉環(huán)掌握可以帶來(lái)想象不到的好處，本試驗(yàn)就是用開(kāi)環(huán)和閉環(huán)在負(fù)載擾動(dòng)下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，說(shuō)明閉環(huán)掌握效果。自動(dòng)掌握系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，其緣由之一就是取決調(diào)整器的構(gòu)造和算法的設(shè)訃〔本課程主要用串聯(lián)調(diào)整、狀態(tài)反響〕，本試驗(yàn)為了簡(jiǎn)潔，承受單閉環(huán)、比例調(diào)整器K.通過(guò)試驗(yàn)證明：不同的K,對(duì)系性能產(chǎn)生不同的影響，以說(shuō)明正確設(shè)計(jì)調(diào)整器算法的重要性。為了使試驗(yàn)有代表性，本試驗(yàn)承受三階〔高階〕系統(tǒng)。這樣，當(dāng)調(diào)整器K值過(guò)大時(shí)，掌握系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生典型的現(xiàn)象一一振蕩。本試驗(yàn)也可以認(rèn)為是一個(gè)真實(shí)的電壓掌握系統(tǒng)。三.試驗(yàn)方案與試驗(yàn)步驟如圖接線，建議使用運(yùn)算放大器U8、U10、U9、Ull、U13。先開(kāi)環(huán)，即比較器接輸出一端1OOKQ47KQ〔47K上面兩個(gè)插孑L〕左Kp=0o14.7KQ,2.4。經(jīng)認(rèn)真檢查后接通220伏電源，再翻開(kāi)+15、-15伏電源開(kāi)關(guān)，彈起紅色按鍵“不鎖零”。按下“階躍按鍵”鍵，調(diào)”‘負(fù)輸出”端電位器RP2,使”‘交/直流數(shù)字電壓表”的電壓為2.00Vc假設(shè)調(diào)不到，則對(duì)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)進(jìn)展逐級(jí)檢查，找出故障緣由，并記錄。先按表格先調(diào)好可變電阻47KQ的規(guī)左圈數(shù)，再調(diào)給左電位器RP2,在確?？蛰d輸岀為2.00V的前提下，再加上1KQ的擾動(dòng)負(fù)載。分別右旋調(diào)2圈、4圈、8圈后依次測(cè)試，測(cè)得各數(shù)據(jù)填表。留意：為了數(shù)據(jù)可比性，加1KQ負(fù)載前必需保證電壓是2.00Ve是比較器的輸岀，用數(shù)字表測(cè)得。正確推斷并實(shí)現(xiàn)反響！〔課堂提問(wèn)〕理解后閉環(huán)，即反響端電阻100KQ接系統(tǒng)輸出。按表風(fēng)格可變電阻47KQ的圈數(shù)，再調(diào)給左電位器RP2,2.00V的前提下，再加上1KQ的擾動(dòng)負(fù)載，分別右旋調(diào)2圈、4圈、8圈依次測(cè)試，填表要留意在可變電8圈時(shí)數(shù)字表的現(xiàn)象。并用理論證明。將比例環(huán)節(jié)換成積分調(diào)整器：將其次運(yùn)放的10KQ改為100KQ；47KQ可變電阻改為10uF電容，調(diào)電位器RP2,確保空載輸出為2.00V后再加載，測(cè)輸出電壓值并記錄。試驗(yàn)線路圖:丄開(kāi)環(huán)試驗(yàn)：閉環(huán)電壓掌握系統(tǒng)爭(zhēng)論接線圖*四試驗(yàn)設(shè)備與器材配置THBDC-1試驗(yàn)平臺(tái)五試驗(yàn)記錄1圈2圈4.7K電阻(Kp=2.4)(Kp=4.8)4圈(Kp=9.6)8圈(Kp=19.2)1.61.8振蕩1.30.70.4振蕩1.3.7.4振蕩開(kāi)環(huán)空載開(kāi)環(huán)空載1KQ負(fù)載4.7K電阻輸出電壓2.00V1圈(Kp=2.4)1.02(Kp=4.8)4圈(Kp=9.6)8(Kp=19.2)閉環(huán)1.01KQ負(fù)載1.01.0輸出電壓2.00V1.7穩(wěn)態(tài)誤差CE1圈 2圈 4圈 8圈R/V

2.8

2.4

2.2 振蕩輸出電壓值：2.0V六.試驗(yàn)總結(jié)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：穩(wěn)態(tài)誤差理論公式：E=R/1+Kp.R是轉(zhuǎn)變的輸入電壓，用數(shù)字表測(cè)得:1圈：E=2.8/(l+2.4/2)=1.32 圈：E=2.4/(1+4.8/2)=0.74圈：E=2.2/(1+9.6/2)=0.48圈：振蕩試驗(yàn)結(jié)果分析爭(zhēng)論：用文字?jǐn)⒄f(shuō)，工程上，正確實(shí)現(xiàn)閉環(huán)負(fù)反慣的方法。第三種，假設(shè)使用第四種方法會(huì)導(dǎo)致飛車(chē)。正確實(shí)現(xiàn)閉環(huán)負(fù)反響的方法為：實(shí)現(xiàn)。反之構(gòu)成加法電路實(shí)現(xiàn)。(1)至(6)的意義。意義:步驟一：先進(jìn)展根本的開(kāi)環(huán)操作，讓平臺(tái)正常工作。步驟二：調(diào)整電位器RP2,確保交直流數(shù)字電壓表的電壓能夠調(diào)到2.00V步驟三：是在開(kāi)環(huán)掌握的條件下，測(cè)量空載輸出為2V時(shí)，加負(fù)載時(shí)的電壓輸出值。與閉環(huán)掌握下，Kp變化對(duì)輸岀量沒(méi)有影響。步驟四：正確推斷并實(shí)現(xiàn)負(fù)反響，確保在閉環(huán)條件下的基準(zhǔn)電壓為2V步驟五：閉環(huán)下，使Kp從小變化到大，測(cè)量此時(shí)的輸出電壓，觀看8圈時(shí)數(shù)字表的現(xiàn)象。數(shù)8圈時(shí)，輸出電壓值岀現(xiàn)了振蕩不穩(wěn)定的狀況。測(cè)量驗(yàn)證畫(huà)出本試驗(yàn)自動(dòng)掌握系統(tǒng)的各個(gè)組成局部.并指岀對(duì)應(yīng)元件。擾動(dòng)你認(rèn)為本試驗(yàn)最重要的器件是哪個(gè)？作用是什么？本試驗(yàn)最重要的器件時(shí)調(diào)整器，作用是依據(jù)反響的結(jié)果對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)展凋廿。調(diào)整Kp的Kp的條件下，加負(fù)載時(shí)輸岀電壓值。寫(xiě)出系統(tǒng)傳遞函數(shù)，用勞斯判據(jù)說(shuō)明：閉環(huán)工作時(shí)，4.7K可變電阻為8圈(Kp=19.2)時(shí),數(shù)字表的現(xiàn)象和緣由。比例環(huán)節(jié)：G1(s)=-K慣性環(huán)節(jié):G2(s)=2/(0.2s+l)G3(s)=-l/(0.094s+l)G4(s)=-2.55/(0.05ls+1)單位反響：H(s)=l系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：G(s)=GI(s)G2(s)G3(s)G4(s)/[l+H(s)Gl(s)G2(s)G3(s)G4(s)JG⑸ —83+4S5勞斯表:53 0.0009588 0.345S2 0.0337941+5.1K51 0345-0.0283719*(1+5.1K)1+5.1K>0l+5.1K>0K的范用為：2.19>K>-0.196Kp=5.1Kl<Kp<5.1x2.19=ll.17故滿足以上條件時(shí)，系統(tǒng)才穩(wěn)泄。當(dāng)旋轉(zhuǎn)8圈時(shí)，Kp=19.2>11.17,故系統(tǒng)的傳遞函數(shù)在復(fù)平而右邊內(nèi)振蕩。比較表格中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，說(shuō)明開(kāi)環(huán)與閉環(huán)掌握效果。答：開(kāi)環(huán)下，加一樣的阻值的負(fù)載，在不同增益KP狀況下獲得一樣的輸出電壓，該電壓較空載輸出電壓有明顯偏差，而實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)掌握后，加一樣阻值的負(fù)載，隨著增益KP有限度的增大，輸出電壓越接近空載時(shí)輸出電壓.用教材上穩(wěn)態(tài)誤差理論公式E=R/1+Kp〔0型〕計(jì)算驗(yàn)證穩(wěn)態(tài)誤差測(cè)量值s留意：R是改變的輸Kp在帶了負(fù)載以后，實(shí)際下降了一半。答：由數(shù)據(jù)可得，開(kāi)環(huán)增益越大.穩(wěn)態(tài)誤差越小，但開(kāi)環(huán)增益過(guò)大，就會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)振蕩。對(duì)本系統(tǒng)而言，階躍信號(hào)下的系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和開(kāi)環(huán)增益的關(guān)系如下：Ap= 七.預(yù)習(xí)與答復(fù)在實(shí)際掌握系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，如何正確實(shí)現(xiàn)負(fù)反響閉環(huán)？答：要實(shí)現(xiàn)閉環(huán)負(fù)反響，則依據(jù)系統(tǒng)在輸入端和反響端的變化狀況，依據(jù)變化量決左是相加還是相減。假設(shè)輸入信號(hào)增加，測(cè)量反響信號(hào)，假設(shè)增加，就將輸入信號(hào)與反響信號(hào)構(gòu)