闭环电压控制系统研究

实验报告课程名称：自动控制原理实验名称：闭环电压控制系统研究院（系）：能源与环境学院专业：热能与动力工程姓名：周宇盛学号：03010130同组人员：董文实验时间：2012.11.22评定成绩：审阅教师：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、闭实验数据说明闭环控制效果二、实验仪器THBDC-1实验平台三、实现闭环负反馈的方法及原理控制系统一般由一下几部分构成：被控对象，被调量，给定值，扰动，调节量，调节器，反馈环节等组成。控制就是消除扰动的影响，使被调量恢复到给定值的过程。在该实验中就是通过改变调节器（即改变47KΩ的圈数）来消除RL所带来的扰动。而控制作用的方向与被调量（数字电压表的输电压）的变化相反，这就是负反馈。从扰动RL产生，使输出电压降低，通过改变调节器47KΩ的圈数，使被调量最终又回到给定值（2V）这个过程需要经历一段时间，这个过程称为调节过程。该试验的控制线路图、方框图如下：闭环电压控制系统示意图闭环，加1KΩ扰动电阻控制系统方框图对应元件：①五个运算放大器（分别对应实验平台8、10、9、11、13）②调节器47KΩ电位器③数字电压表④输入电位器RP2⑤1KΩ电阻⑥100KΩ的电阻四、实验步骤（1）如图接线，将线路接成开环形式，即比较器端100KΩ电阻接地。将调节器47KΩ电位器左旋到底归零，再右旋1圈。经仔细检查后上电。（2）调电位器输入RP2，用实验仪上的数字电压表检测，确保输出电压为2V。（意义：确保空载输出电压为2V，即给定值）（3）按开环表格改变47KΩ圈数，并每次要调输入电位器RP2，在确保空载2V的条件下，再加上1KΩ的电阻扰动负载，测此不同Kp时带负载电压表读数，填表。（意义：在给定值下，增加扰动，在没有反馈的情况下，观察被调量输出电压与给定值的偏差）（4）正确判断并实现反馈！再闭环，即加法跳线接输出点，要调给定输入电位器RP2，使空载输出电压为2V。（意义：在闭环的条件下，确定给定值输出电压=2V）（5）按闭环表格改变47KΩ圈数，并每次要调电位器RP2，在确保空载2V的条件下，加上1KΩ的电阻扰动负载，测此各次电压表读数，填表。（意义：不断用调节器使被调量尽量回复到给定值，缩小偏差）（6）将第二个比例环节换成积分：取R=100K；C=10μF，在2V时加载，测输出电压值。(意义：将三阶系统改成四节系统，在没有比例环节的情况下，观察只有积分调节的作用的特点)五、实验数据及分析开环空载加1KΩ负载调节系数1圈Kp=2.42圈Kp=4.84圈Kp=9.68圈Kp=19.2输出电压2V1.00V1.001.001.00闭环空载加1KΩ负载调节系数1圈Kp=2.42圈Kp=4.84圈Kp=9.68圈Kp=19.2输出电压1.54V1.701.771.82不稳定闭环负反馈分析：H(S)=-k)1051.0(55.2)1094.0(1)12.0(2sss加1KΩ负载后传递函数G(s)=)(211)(21SHSH系统的特征方程为：（0.2s+1）(0.094s+1)(0.051s+1)+2.55k=0化简得：0.0009588s3+0.033794S2+0.345S+1+2.55K=0各系数都是同号的。列出劳斯列阵为：S30.00095880.33794S20.0341+2.55kS1034.000244494.001053116.0K0S01+2.55K当K=19.2时，S1的系数小于0，所以不稳定。比例环节换成积分环节：H(S)=s1)1051.0(55.2)1094.0(1)12.0(2sss加负载后：G(s)=)(211)(21SHSH系统的特征方程为s（0.2s+1）(0.094s+1)(0.051s+1)+2.55=0化简得：0.0009588s4+0.033794S3+0.345S2+S+2.55=0各系数都是同号的。列出劳斯列阵为：S40.00095880.3452.55S30.0337941S20.3166282.55S10.7278360S02.55无符号改变，无正跟，此时闭环系统稳定六、实验总结将第二个比例环节换成积分后，测得电压U=2V。自动控制系统中采用只有积分作用的调节器时，只要对象的被调量不等于给定值，执行器就会不停的动作，而且如果偏差e的数值越大，执行器输出值的变化速度也越快。只有当偏差等于零（即被调量等于给定值）时，调节过程才停止，调节系统才能平衡。调节过程如能结束，必定是没有偏差。这是使用积分调节作用的特点。由表格数据，开环在加1KΩ的扰动后输出电压明显降低，且随着调节系数KP的改变对输出电压毫无影响。所以，随着开环增益KP的改变，对稳态误差没有影响。而闭环在加1KΩ的扰动后虽然电压有降低，但没有开环严重，且随着调节量的改变，输出电压会越来越趋向于给定值。由稳态误差e=A／1+KP,以及表格数据说明，此时随着KP的不断增大，e不断减小，但KP越大，系统便会不稳定，如在47KΩ达到8圈时，输出电压便不稳定，这是由于比例系数的过分增大，虽使被调量离给定值越近，但会造成调节过程的反复震荡，最终使被调量永远也达不到给定值。综上所述，闭环会比开环更好，且KP越大，e越小。但KP过大，系统会不稳定。