2016年东南大学自控实验报告-实验三闭环电压控制系统设计研究

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1、WORD格式.分享东南大学《自动控制原理》实验报告实验名称：实验三　闭环电压控制系统研究院（系）：专业：姓名：学号：实验室：416实验组别：同组人员：实验时间：2015年11月24日评定成绩：审阅教师：精品.资料WORD格式.分享实验三　闭环电压控制系统研究一、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：（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“相似性”，将各种实际物理装置从感兴趣的角度经过简化、并抽象成相同的数学形式。我们在设

2、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”的实验方式可以做到举一反三，我们就是用下列“模拟实物”——电路系统，替代各种实际物理对象。（2）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

3、不到的好处，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（本课程主要用串联调节、状态反馈），本实验为了简洁，采用单闭环、比例调节器K。通过实验证明：不同的K，对系性能产生不同的影响，以说明正确设计调节器算法的重要性。（3）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。本实验也可以认为是一个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：精品.资料WORD格式.分享五、实验步骤：（1）如图接线，建议使用运算放大器U8、U10

4、、U9、U11、U13。先开环，即比较器一端的反馈电阻100KΩ接地。将可变电阻47KΩ（必须接可变电阻47K上面两个插孔）左旋到底时，电阻值为零。再右旋1圈，阻值为4.7KΩ。经仔细检查后上电。打开15伏的直流电源开关，必须弹起“不锁零”红色按键。（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。如果调不到，则对开环系统进行逐级检查，找出故障原因，并记下。（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，填表。注意：加1KΩ负

5、载前必须保证此时的电压是2.00V。（4）正确判断并实现反馈！（课堂提问）再闭环，即反馈端电阻100KΩ接系统输出。（5）先按表格调好可变电阻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，分别右旋调2圈、4圈、8圈依次测试，填表要注意在可变电阻为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节器：即第二运放的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时再加载，测输出电压值。表格：开环空载加1KΩ负载可调电阻开环增益1圈（Kp=2.4）2圈（Kp=4.8）4圈（Kp=9.6

6、）8圈（Kp=19.2）输出电压2.00V1.05V1.04V1.04V1.04V闭环加1KΩ负载可调电阻开环增益1圈（Kp=2.4）2圈（Kp=4.8）4圈（Kp=9.6）8圈（Kp=19.2）输出电压2.00V1.54V1.69V1.83V振荡精品.资料WORD格式.分享稳态误差e1.30V0.71V0.37V振荡稳态误差计算值E1.30V0.71V0.38V振荡六、报告要求：（1）用文字叙说正确实现闭环负反馈的方法。答：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。实现的方法是：将信号的正向通道与反馈通路构成闭合回路，如果输入信号增加，测量反馈信号，若增加

7、，就将输入信号与反馈信号构成减法电路实现。反之构成加法电路实现。（2）说明实验步骤（1）至（6）的意义。步骤（1）：接线，首先是按照设计好的系统图将各个原件连接成模块，然后将各个模块连接起来。第一步连接之后，将线路接成开环形式，即第一个环节的比较器接反馈的100KΩ电阻接地，为下一步的开环实验作出准备。在第一步接线中，接入的是可变电阻470KΩ是用来调整开环增益的，为后面步骤中测量不同增益下稳态误差的变化。打