天津大学自动控制原理实验报告

天津大学本科生实验报告
课程名称：自动控制原理
实验电路图:
+12 1k Vi + LM347 A 1k 1k + LM34 100k 1u +12 10k Vi + A 1k + LM347 0.01u 控制器 TDA2030A + M TG 100k 0.1u k 图六 图五 I 型控制系统电路 B LM347 + 100k 0.1u 50k 50k
当系统稳定时，观察 A，B 点电压 U A U B ；调整输入电压后，观察 A，B 点 电压 U A U B 。 4. I 型控制系统校正实验 在 I 型控制系统实验中，当开环增益变大时系统出现振荡（不稳定） ，在保证 系统为 I 型系统的前题下，试引入校正技术，使得 I 型控制系统的开环增益增大。 实验电路图：
天津大学本科生实验报告
课程名称：自动控制原理
一、 实验目的
姓名：
学号：
学院：精仪学院
专业：测控技术与仪器
年级：
成绩：
其中 J1 为功率模块电源 输入端子，J2 为信号输入 输出端子，J4 为功率输出 到电动机的端子。模块中 的电阻 R2 为电流取样电 阻，在按电流补偿开环控 制实验时用到。功率驱动 模块固定在机械装置的底 座上。 三、 实验内容
+
+ C TDA2 R1 4.3 M
+
TG Us
-
图二
开环控制电路
天津大学本科生实验报告
课程名称：自动控制原理
实验数据： 加扰动前 加扰动后
姓名：
学号：
学院：精仪学院
专业：测控技术与仪器
年级：
成绩：
随放大倍数增大而增大。
U c 7.86 V
U s 4.99 V
3. 直流电动机转速闭环控制实验 1) ○型电动机转速控制 用测速发电机作速度反馈，形成转速闭环结构。此时系统无积分环节，为 ○型系统。 实验电路图:
调节电动机电枢电压改变电动机转速： 转速给定信号由一个两端接正
负 12V 的电位器构成。 通过调节电位器滑动端位置改变加到电动机电枢两 端的电压值，从而达到控制电动机转速的目的。 定义电动机顺时针转动为正转，逆时针转动为反转。实验时，改变电 位器滑动端的位置，可以控制电动机正反转及转速。电位器滑动端输出正 电压时使电动机正转，输出负电压时使电动机反转。
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课程名称：自动控制原理 姓名： 学号： 学院：精仪学院 专业：测控技术与仪器 年级： 成绩：
由实验数据可知，扰动前后 U A 与 U B 变化不大，即电机转速前后变化 小，说明 I 型系统可保持转速恒定，稳定后扰动前后 U A 与 U B 近似相等。 故相对于○型系统几乎无稳态误差。 4. I 型控制系统校正实验 在 I 型控制系统中，当开环增益增大时，系统出现震荡，在保证实验 为 I 型控制系统的前提下，引入校正使 I 型系统开环增益变大。
V ,U A 最大稳定工作时： U C 7.80
加扰动前 加扰动后
U 4.12 V ,k C 1.89 UA
U s 4.09 V U s 3.26 V
U B 4.09 V U B 3.29 V
U C 7.89 V
U C 10.60 V
1. 直流电动机转速开环按扰动补偿控制实验 由实验数据可知，加入按电流补偿后，测速电机输出电压变化减小，即 电机转速在扰动下变化减小，但仍会下降。这说明按电流补偿控制可改善开 环系统的抗干扰能力，但无法完全保持电机恒速。 2. ○型电动机转速闭环控制实验 扰动前后电压值变化不大，即说明电机转速影响不大，闭环前后电压值 变化不大，闭环系统可使电机在一定范围内恒速， U A 、U B 总存在差值。即说 明系统稳定后有稳态误差。 3. I 型电动机转速闭环控制实验
图一
学习掌握直流电动机速度控制的原理、方法，通过实验加深对控制理论的理 解；学习掌握控制系统设计、综合的常用方法。 二、 实验装置说明
1. 调速原理 由于电动机电枢线圈有内阻存在， 当电动机负载变化时使电枢两端实 际电压也产生变化， 这样就使转速变化。 经过推证可以得到下面两条结论： a) 当电动机负载恒定时，直流电动机转速与电枢两端电压成线性关系； b) 转速 n 随转矩Tem 的增大而降低，电动机电磁转矩与电枢电流成正比。
当系统稳定时，观察 A，B 点电压 U A U B ；调整输入电压后，观察 A，B 点电压
U s 4.56 V
U s 3.10 V
U B 3.72 V
U B 7.4V
U C 8.23 V
U C 11.1 V
UA UB。
2) I 型电动机转速控制 在控制系统前向通道中增加一积分环节构成 I 型控制系统， 用测速发电机 作速度反馈，形成转速闭环结构。
+12V Vi + -12V 50k LM347
U c 7.86 V
U s 4.46 V
由此可知，开环系统抗负载能力较差，不能对外界干扰做出调整。 2. 直流电动机转速开环按扰动补偿控制实验 原理： 通过电动机负载电流取样电阻获得电动机电枢电流信号。将该信号 经放大反馈至输入端，形成一个按电流补偿的电路。设功率放大器输出 电阻为零，电动机电枢电阻值 Ra ，取样电阻阻值为 4.3Ω。 电路图如图三：
1. 开环实验 TDA2030A 是功率放大器，其输出能够直接驱动直流电动机。开环增益通过运 算放大器 LM347 构成的反相放大器进行调节。
+12V Vi 10K -12V 50k 10K 功率驱动模块
电动机负载变动对电动机转速影响：实验时，通过给惯性盘加摩擦力
改变电动机负载，如调速性不好电动机转速随负载变化有明显变化。实验 时注意观察负载电流 （电流取样电阻上的电压） 及转速 （测速发电机输出） 变化。 2. 实验装置 为了实验方便，实验装置由两部分组成：一个是机械装置，用于固直 流电动机、测速发电机以及惯性盘部件。 另一个是功率模块，它与外部 电路的接口由电源输入端子和信号输入输出端子组成。 其原理图如图一所 示。
+12 Vi + -12V 10k
1k
A 1k 1k
100k
-k + C LM34 TDA2030A + M TG
B
+ LM347 0.1u 100k
由此可知，调节电流取样放大电路放大倍数，可得到抗负载电流能力，且其
50k
A
10k
10k
+ LM34 0.1u 10k 50k B + C
TDA2030A
姓名：
学号：
学院：精仪学院
专业：测控技术与仪器
年级：
成绩：
-12V
-
100 k
+ LM34
C
TDA2030A
+ M TG
-12V
LM347
C
B LM34 +
校正实验电路
实验数据：
该实验采用比例为分控制电路，可观察到党当开环增益调到很大时，若不加比例 微分控制后，开环增益很大时，电路不再震荡。 四、 实验分析
+
功率驱动模
M
LM347
-
图四
○型控制系统电路
10k
实验数据：
电 流 取
图三
LM34 7 按电流补偿控制系统电路
R1 4.3
加扰动前 加扰动后
U s 4.21 V
U B 4.19 V
U C 7.90 V
U s 3.92 V
U wk.baidu.com 3.94V
U C 9.51 V
实验数据： 加扰动前 加扰动后