2015东南大学自控实验报告-实验三闭环电压控制系统研究.docx

PAGE \* MERGEFORMAT2 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：  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： 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。 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。 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： 五、实验步骤： 如图接线，建议使用运算放大器U8、U10、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。 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。 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1 KΩ负载前必须保证此时的电压是2.00V。 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。 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。 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） 8圈 （Kp=19.2） 输出电压 2.00V 1.05V 1.04V 1.04V 1.04V 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 2.00V 1.54V 1.69V 1.83V 振荡 稳态误差e 1.30V 0.71V 0.37V 振荡 稳态误差计算值E 1.30V 0.71V 0.38V 振荡 六、报告要求： 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