【正文】 。39。)。step(num,den4,t)。text(,39。39。)。step(num,den5,t)。 圖 12ζ不同時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線 text(,39。39。)。由此得到的響應(yīng)曲線如圖 12所示： 2 n對(duì)二階系統(tǒng)性能的影響 n分別取 1,2,4,6 時(shí)，利用MATLAB n 對(duì)系統(tǒng)的影響。num1=[001]。num2=[004]。num3=[0016]。num4=[0036]。den1=[]。den2=[114]。den3=[1216]。den4=[1336]。t=[0::5]。step(num1,den1,t)。grid。hold。text(,39。wn=139。)。step(num2,den2,t)。 text(1,39。wn=239。)。step(num3,den3,t)。text(2,39。wn=439。)。step(num4,den4,t)。text(4,39。wn=639。)。 圖 13 n不同時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線 由此得到的響應(yīng)曲線如圖 13所示： 3．系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷 利用代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)可確定系統(tǒng)個(gè)別參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，以及為使系統(tǒng)穩(wěn)定，這些參數(shù)應(yīng)取值的范圍。 K根據(jù)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)模型 G(s) (s 2)(s 4)(s2 6s25)可以求的閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程式為： D(s) s4 12s3 69s2 198s 200 K 0 則其勞斯陣列為： 198 12 (200 K) K69198200K0200 K s1s0 根據(jù)穩(wěn)定條件 : 198 12 (200 K)＞ 0。200+K＞ 0。因此 0＜ K＜ 第五篇：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)說明書 2021 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)說明書 實(shí)驗(yàn)的目的：學(xué)習(xí)掌握直流電動(dòng)機(jī)速度控制的原理、方法，通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)控制理論的理解；學(xué)習(xí)掌握控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、綜合的常用方法。 一、實(shí)驗(yàn)裝置說明 1)調(diào)速原理： 由于電動(dòng)機(jī)電樞線圈有內(nèi)阻存在，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載變化時(shí)使電樞兩端實(shí)際電壓也產(chǎn)生變化，這樣就使轉(zhuǎn)速變化。經(jīng)過推證可以得到下面兩條結(jié)論： 1)當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載恒定時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電樞兩端電壓成線性關(guān)系。 2)轉(zhuǎn)速 n 隨轉(zhuǎn)矩 Tem 的增大而降低，電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)電樞電壓改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速給定信號(hào)由一個(gè)兩端接正負(fù) 12V 的電位器構(gòu)成。通過調(diào)節(jié)電位器滑動(dòng)端位置改變加到電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電壓值，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 定義電動(dòng)機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正轉(zhuǎn)，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為反轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，改變電位器滑動(dòng)端的位置，可以控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速。電位器滑動(dòng)端輸出正電壓時(shí)使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，輸出負(fù)電壓時(shí)使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。 電動(dòng) 機(jī)負(fù)載變動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速影響：實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過給慣性盤加摩擦力改變電動(dòng)機(jī)負(fù)載，如調(diào)速性不好電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化有明顯變化。實(shí)驗(yàn)時(shí)注意觀察負(fù)載電流（電流取樣電阻上的電壓）及轉(zhuǎn)速（測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出）變化。 2)實(shí)驗(yàn)裝置 圖一機(jī)械裝置示意圖 為了實(shí)驗(yàn)方便，實(shí)驗(yàn)裝置由兩部分組成： 一個(gè)是機(jī)械裝置，用于固定直流電動(dòng)機(jī)、 測(cè)速發(fā)電機(jī)以及慣性盤部件，其直觀圖如圖一 所示。 另一個(gè)是功率模塊，它與外部電路的接口 由電源輸入端子和信號(hào)輸入輸出端子組成。其 原理圖如圖二所示。其中 J1為功率模塊電源 輸入端子， J2為信號(hào)輸入輸出端子， J4為功 率輸出到電動(dòng)機(jī)的端子。模塊中的電阻 R2 為 電流取樣電阻，在按電流補(bǔ)償開環(huán)控制實(shí)驗(yàn)時(shí) 用到。功率驅(qū)動(dòng)模塊固定在機(jī)械裝置的底座上。圖二電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路原理 電流取樣 二、 開環(huán)實(shí)驗(yàn) TDA2030A是功率放大器，其輸出能夠直接驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)。開環(huán)增益通過運(yùn)算放大器 LM347構(gòu)成的反 相放大器進(jìn)行調(diào)節(jié)。 1)2)3)4) 三、直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開環(huán)按擾動(dòng)補(bǔ)償控制實(shí)驗(yàn)（選做） 原理：通過電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流取樣電阻獲得電動(dòng)機(jī)電樞電流信號(hào)。將該信號(hào)經(jīng)放大反饋至輸入端， 形成一個(gè)按電流補(bǔ)償?shù)碾娐贰? 設(shè)功率放大器輸出電阻為零，電動(dòng)機(jī)電樞電阻值 Ra，取樣電阻阻值為 。 實(shí)驗(yàn)要求： 1)分析按電流補(bǔ)償?shù)脑?，設(shè)計(jì)按電流補(bǔ)償?shù)目刂齐娐贰?2)計(jì)算所設(shè)計(jì)電路的參數(shù)。 3)觀察按電流補(bǔ)償控制系統(tǒng)抗負(fù)載干擾的能力，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 4)調(diào)節(jié)電流取樣放大電路的放大倍數(shù)，觀察電機(jī)抭負(fù)載 電流能力變化。 5)根據(jù)以上要求寫出實(shí)驗(yàn)步驟。 推薦電路如下： 四、 0 型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制 用測(cè)速發(fā)電機(jī)作速度反饋，形成轉(zhuǎn)速閉環(huán)結(jié)構(gòu)。此時(shí)系統(tǒng)無積分環(huán)節(jié)，為 0 型系統(tǒng)。 實(shí)驗(yàn)要求： 1)設(shè)計(jì) 0 型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)電路，要求能調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)開環(huán)增益，計(jì)算電路參數(shù)，并說明計(jì)算 方法。 2)讓系統(tǒng)形成負(fù)反饋，調(diào)節(jié)開環(huán)增益，觀察電動(dòng)機(jī)響應(yīng)。得到系統(tǒng)最大穩(wěn)定工作時(shí)的開環(huán)增益值。 3)當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，改變電動(dòng)機(jī)負(fù)載，觀察負(fù)載變化對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速影響。由于所選電動(dòng)機(jī)額定力矩較 小，因此所施加在慣性盤上的力不能太大。為了便于觀察轉(zhuǎn)速的變化，可以用電壓表測(cè)量測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓。 4)當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，觀察 A、 B點(diǎn)電壓，看是否相等，為什么？調(diào)節(jié)輸入電壓大小，觀察 A、 B間電壓 差異變化。 5)根據(jù)以上要求寫出實(shí)驗(yàn)步驟。 圖四按電流補(bǔ)償控制系統(tǒng)參考電路 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn) 50k 圖五 0 型控制系統(tǒng)參考電路 I 型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制 在控制系統(tǒng)前向通道中增加一積分環(huán)節(jié)構(gòu)成 I 型控制系統(tǒng)，用測(cè)速發(fā)電機(jī)作速度反饋，形成轉(zhuǎn)速閉環(huán)結(jié)構(gòu)。 實(shí)驗(yàn)要求： 1)設(shè)計(jì) I 型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)電路，要求能調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)開環(huán)增益，計(jì)算電路參數(shù)，并說明計(jì)算方法。 2)讓系統(tǒng)形成負(fù)反饋，調(diào)節(jié)開環(huán)增益，觀察電動(dòng)機(jī)響應(yīng)。得到系統(tǒng)最大穩(wěn)定工作時(shí)的開環(huán)增益值，并記錄此時(shí)的開環(huán)增益。 3)當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，改變電動(dòng)機(jī)負(fù)載，觀察負(fù)載變化對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速影響。由于所選電動(dòng)機(jī)額定力矩較小， 因此所施加在慣性盤上的力不能太大。為了便于觀察轉(zhuǎn)速的變化，可以用電壓表測(cè)量測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓。 4)當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，觀察 A、 B點(diǎn)電壓，看是否相等，為什么？調(diào)節(jié)輸入 電壓大小，觀察 A、 B 間電壓差異變化，與 0 型系統(tǒng)進(jìn)行比較。 5)根據(jù)以上要求寫出實(shí)驗(yàn)步驟。 圖六 I 型控制系統(tǒng)參考電路 五、 I 型控制系統(tǒng)校正實(shí)驗(yàn)（提高部分，選做） 在 I 型控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)開環(huán)增益變大時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩（不穩(wěn)定），在保證系統(tǒng)為 I 型系統(tǒng)的前提下，試引入校正技術(shù)，使得 I型控制系統(tǒng)的開環(huán)增益增大。 1)試設(shè)計(jì)控制電路，說明電路原理。 2)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，寫出實(shí)驗(yàn)步驟。 （由電被控對(duì)象的傳遞函數(shù)未知，可根據(jù) I 型控制系統(tǒng)結(jié)果估算，進(jìn)行大致校正即可，可有 PI 校正，或在 I 型控制基礎(chǔ)上采用第 6章知識(shí)設(shè)計(jì)校正環(huán)節(jié)） 圖七校正實(shí)驗(yàn)電路示意圖 總要求： 1)做開環(huán)控制 (二 )和閉環(huán)控制 (四 )兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，其他選做。 2)兩人一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，自由組合。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：六層測(cè)控技術(shù)與傳感器實(shí)驗(yàn)室（ 603），請(qǐng)班長聯(lián)系實(shí)驗(yàn)室老師預(yù)訂時(shí)間并通知任課教師。 3)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)電路報(bào)告交實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)老師和任課教師各一份。 2021年 12 月