温度闭环控制系统

自动控制理论温度闭环控制

【实践目的及要求】 【实践目的】 1.在实验基础上，控制实际的模拟对象，加深对理论的理解； 2.掌握闭环控制系统的参数调节对系统动态性能的影响； ⒊设计一个直流电机转速的控制系统，使它达到相应的设计要求。 【设计要求】 设计要求： 1. 使温度对应的变送电压在0V到10V可调。 2. 稳态时无静态速度误差。 3. 具有一定的抗扰动能力。 在做这个实验时，先在ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术实验板上找到相应的单元。连电路时，先把给定电压调到最低，然后才开始连接电路。先是一个比例器，然后是一个比例积分器，在比例积分器后接加温室的输入，把加热室的输出接一个反相器，然后在接到给定电压的输入端，构成一个负反馈。实验的接线图如图2所示，除了实际的温度变送器、脉宽调制器和电压表外，其它的模拟电路是由ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术实验板上的运放单元、近似调节器和反相器组成。 具体参数如下： R0=R1=R2=100K，R3=100K，R4=1M，R5=100K，C1=1F，Rf/Ri=1。 1

电气与信息工程学院实践基地 实践报告

【实践原理】 温度控制系统框图如下图1所示，由给定、近似调节器、脉宽调制电路、加温室、温度变送器和输出电压反馈等部分组成。在参数给定的情况下，经过运算产生相应的控制量，使加温室里的温度稳定在给定值。 给定Ug由ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术的实验面板上的电源单元U1提供，电压变化范围为1.3V～15V。但是在做这个实验前，要先测出室温对加温室的影响。就是在给定电压为0的时候，看加热室反馈回来的电压是多少。然后在连接好的电路上，所加的电压一定要大于这个电压，不然，所做的试验就没有效果。所以，理论上电压是可以从0～15V开始调整，但是，最低电压也要大于室温给加温室的反馈电压。 调节器的输出作为脉宽调制的输入信号，经脉宽调制电路产生占空比可调0～100％的脉冲信号，作为对加温室里电热丝的加热信号。 温度测量采用Cu50热敏电阻，经温度变送器转换成电压反馈量，温度输入范围为0～200℃,温度变送器的输出电压范围为DC0～10V。这个电压作为反馈电压反馈给输入端，跟给定电压进行比较，然后系统对电压进行调整，使加温室稳定在一个稳定的值。这就是闭环反馈，能达到稳定时为静差。 根据实际的设计要求，调节反馈系数，从而调节输出电压。 2

电气与信息工程学院实践基地 实践报告

【实践环境】（使用的软件） 1．ACCC-I 型自动控制理论及计算机控制技术实验装置 2．数字式万用表 实践内容： 【实践方案设计】 设计要点： 1使电压工作在0～15V范围内可调。 2 做到稳态时无静差。 3 抵抗外界扰动干扰，有一定的抗干扰性。 设计方案： 1．ACCC-I 型自动控制理论及计算机控制技术实验装置连接电路图；由给定的D控制面板连接D控制电路。连接电路时，注意两部分要共地，而且锁零要接-15V。实验刚开始时，给定电压要为0，然后在调电压时，电压最小值要大于室温的反馈电压。 2．让近似调节器经过一个驱动单元电路，然后经过脉宽调制器、再由温度变送器将电压信号转变成电信号，最后将输出电压反馈回输入端。这个电压是作为反馈电压反馈给输入端的，使温度在系统稳定时无静差。 【实践过程】（实践步骤、记录、数据、分析） 实践步骤： 1．先将ACCT-III自动控制理论及计算机控制技术（二）和ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术面板上的电源船形开关均放在“OFF”状态。 2．利用ACCT-II实验板上的单元电路U9、U15和U8，设计并连接如图2所示的闭环系统。需注意的是运放的锁零信号G接－15V。 （1）将ACCT-II面板上U1单元的可调电压接到Ug； （2）给定输出接PI调节器的输入， R4的作用是提高调节器的动态特性。 （3）经过运算调节器输出（0～10V）接到ACCT-III面板上温度的检测和控制单元的脉宽调制的输入端Uin两端，脉宽调制后输出的电压作为加温室里电热丝加热的输入电压。 （4）温度变送器通过检测Cu50热敏电阻的温度，然后转换成电压信号，作为反馈信号。温度变送器的输出U0接到电压反馈输入端，同时接到电压表的输入端，通过电压表来观测相应的温度的变化。 （5）由于温度变送器的输出的电压为正值，所以反馈回路中接一个反馈系数可调节的反相器。调节反馈系数=Rf/Ri，从而调节输出的电压Uo。 3．连接好上述电路，全面检查线路后，先合上ACCT-III实验面板上的电源

3

电气与信息工程学院实践基地 实践报告

船形开关，再合上ACCT-II面板上的船形开关，调整参数，使系统稳定，同时观测输出电压变化情况。 4．在闭环系统稳定的情况下，外加干扰信号，系统达到无静差。如达不到，则根据参数对系统性能的影响重新调节参数。 5．改变给定信号，观察系统动态特性。 记录： 室温零输入时，室内温压为：1.95V 给定电压 2.96 4.05 6.80 8.95 10.10 反馈 -2.91 -3.90 -6.50 -8.50 -9.62 温度变送 2.93 3.96 6.58 8.63 9.79 输入 -0.08 -0.15 -0.31 -0.45 -0.53 输出 1.56 2.66 5.47 7.65 9.14 数据分析： 给定电压是整个电路给这个系统得控制电压，是在输入端输入电压.变送输入电压是加温室反馈回来的电压,在经过反相器后就是反馈电压了.输出电压是给定电压在经过比例器和比例积分器后的输出电压,也是一个比较重要的参数. 【结论】 开始测室温状态零输入下温度传感器的电压时，由于某种原因使得温压在很常一段时间才能得以稳定，记录此时的温压然后再给一定的输入电压并测量。如发现反馈电压与给定电压相差过大，可调节反相器的比例电阻和其他的比例器或比例积分器的输入输出电阻来改变，力求在稳定时，反馈电压跟给定电压的差值<0.1。然后在以后的实验中，就不要再改变电阻参数了。闭环系统在外界有干扰时，在反馈的作用下可以自动调节使系统稳定，电流改变时电压并不发生改变或变化不大，并且在D调节器的补偿作用下，系统的动态特性和稳态特性基本符合要求，温度变送器这个设计在运行时状态基本正常。温度电压不进行自动调节，可尝试调节反馈电路中线路是否有断路。整个系统有一定的抗干扰性，但是在反馈电压的调节下，很快就会调回来并稳定。 【小结】 在控制系统工程实践基地，我们学习了比例，比例微分，比例积分等各种典型环节的阶跃特性的测试，典型系统的动态性能、稳定性分析和频域特性的分析等，最后还进行了温度控制和直流电机转速控制实验。这些曾是课本上的知识，

4

电气与信息工程学院实践基地 实践报告

现在得到了实验与实践，让我们学习的知识得到了深入的理解并且加强了记忆。 在实验中会遇到很多的问题，比如常见的是电路图是否连接正确，导线是否连通，运放是否工作正常等。都需要耐心的去查找，即使是很微小的问题都会影响实验的结果，在实验中也会有很多的细节需要注意。所以自己动手去多做实验，才会积累一些经验，在以后的实验中才会避免。我也发现自己的理论知识有很多欠缺的地方，有很多不足和缺点，所以在以后的学习中会多加的注意和努力！ 指导教师评语及成绩： 评语： 成绩： 指导教师签名： 批阅日期：

5