自控实验报告3闭环电压控制系统的研究

东南大学

热工过程自动控制原理

实验报告

实验名称： 闭环电压控制系统的研究 姓名学号：

学院专业： 能源与环境学院热能与动力工程专业

指导老师： 马天河

实验时间： 2012年11月21日 同组人员:

成绩得分：

实验地点： 东南大学九龙湖校区机电中心417

热工过程自动控制原理实验报告

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）数学上的“相似性”，

将各种实际物理装置经过简化、并抽象成数学形式。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，人对纯数学而言，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、仿真的形式把纯数学形式再变成“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装置，而“模拟实物”的实验方式可以举一反三，我们就是用下列“模拟实物”——电路，也有实际物理装置——电机，替代各种实际物理装置。

（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不到的好处，两

个演示实例说明这一点。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（本课程主要用串联校正、极点配置），本实验为了简洁，采用单闭环、比例算法K。通过实验证明：不同的统K，对系性能产生不同的影响。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。本实验可以认为是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（模拟实物图）

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五、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（接上面两个孔）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。

注意：极性开关向下，阶跃按键取按下状态。 （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。 （4） 正确判断并实现反馈！（课堂选择性提问）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。 （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。 要注意8圈时数字表的现象。并用理论证明。

（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。

（ 2.00V） 六、报告要求：

（1） 用文字叙说正确实现闭环负反馈的方法。

（2） 说明实验步骤（1）至（6）的意义。

（3） 画出本实验自动控制系统的各个组成部分，并指出对应元件。 （4） 本实验最重要的器件是哪个？意义是什么？

（5） 用稳定判据说明实验步骤（6）电压表读数的原因。 （6） 比较表格中的实验数据，说明开环与闭环控制效果。 （7） 用表格数据说明开环增益与稳态误差的关系。 七、数据处理

根据实验步骤和要求，填写下表格：

开环 调节系数 输出电压 闭环 调节系数 输出电压 空载 空载 1圈 Kp=2.4 1圈 Kp=2.4 加1KΩ负载 2圈 Kp=4.8 4圈 Kp=9.6 8圈 Kp=19.2 加1KΩ负载 2圈 Kp=4.8 4圈 Kp=9.6 8圈 Kp=19.2 计算或说明：

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七、实验思考题

（1） 1. 在实际控制系统调试时，如何正确实现负反馈闭环？

2. 你认为表格中加1KΩ载后，开环的电压值与闭环的电压值，哪个更接近2V？

（2） 3. 学自动控制原理课程，在控制系统设计中主要设计哪一部份？

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七、实验心得

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/h833.html