温度闭环控制系统

1、【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；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

2、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=100KW，R3=100KW，R4=1MW，R5=100KW，C1=1mF，Rf/Ri=1。【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1.3V15V。但是在做这个实验前，要先测出室温对加温室的影响。就

3、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015V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0100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0200,温度变送器的输出电压范围为DC010V。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

4、差。根据实际的设计要求，调节反馈系数b，从而调节输出电压。【实践环境】（使用的软件）1ACCC-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015V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：1ACCC-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

5、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（010V）接到AC

6、CT-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b=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

7、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：给定电压反馈 温度变送输入输出数据分析：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

8、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，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