自动控制原理课程设计报告恒温箱
毕业设计论文(恒温箱的控制)[管理资料]
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摘要温度与生物的生活环境密切相关，不同的生物或物体对温度的要求都不同。
随着智能控制技术不断的发展，在现代工业生产以及科学实验的许多场合，为了获取生物或物体所需求的温度，需要及时准确的获取温度信息，同时完成对温度的预期控制，这时候温度检测与控制系统就显得尤其的重要。
因此，温度检测系统的设计与研究一直备受广大科研者重视。
本次课题设计了一个低成本，高精度的恒温箱。
该设计主要从硬件和软件两个方面出发：1）在硬件上，选择AT89C52单片机为核心，，并以Pt100温度传感器作为温度检测仪器，通过ICL7135模数转换器采集数据，用LED数码管作为显示器，构成了一个恒温箱；2）在软件上，设计了温度检测算法，并在C语言编程环境下，编写了相应的程序来实现所设计的算法。
最后通过Proteus ISIS与Keil的联合仿真，保证了算法的可行性。
通过仿真实验可以发现所设计的系统可以较好的检测、控制并且保持温度。
但是由于温度调节的迟滞性以及设计上的不足，该系统具有一定的局限性。
关键词：温度检测；AT89C52单片机；恒温箱；C语言编程ABSTRACTTemperature is closely related to life and environment. Different creature or object have different requirements to temperature. With the development of the intelligent-control- technology, and in order to arrive to the creature's or object's temperature-demand, we should take the information of temperature timely and accuratly, and control the temperature to the expected degree, in the modern industrial production and scientific experiment many occasions . I n this situation, the testing and controlling system for temperature is especially important. Therefore, the designs for temperature detection system attract researchers' attentions.In this dissertation, we designed a box with constant temperature which has low cost as well as high accuracy. We designed the system mainly from two aspects: hardware and software1)Hardware's design: At first, we chosed AT89C52 SCM as the core of the system. And then we selected TL431 to compose the V constant and Pt100 temperature sensor for testing temperature. At last, we collecte data througn the ICL7135 ADC and display data them on the LED. All of this consists of a the constant-temperature-box;2)Software's design: In this papar, we designed a algorithm detecte temperature and implemented it based on the C programming language's environment. Finally we did a series of simulationexperiment through the Proteus ISIS and Keil to ensure that the algorithm is feasible.Simulation results show that the system designed had a very good effect on temperature's detection, controlling and keeping . Because of the adjustmentand of the temperature and the insufficiency of the design, this system has some limitations.Keywords：Temperature detection;AT89C52 SCM; Box of constant temperature ;C language programming目录第一章绪论 .................................................... 错误!未定义书签。
恒温箱PLC控制系统毕业设计
摘要随着现在电子技术的发展，温度测量的利用在许多地方都有比较大的发展空间，许多质量好而且便宜的温度传感器被设计开发，在温度检测控制和测量方面得到了较大的应用。
例如在日常生活、工业生产、和实验室当中恒温箱的的应用随处可以见到。
在生活中我们用恒温箱保存食物，在工业生产中一些原料的保存用到恒温箱，实验室里特别是生物的培养实验室恒温箱的应用更为广泛。
除此之外，在医用、水产、特种工业、工业探伤、照相等领域，都需要稳定而精确的温度。
与此同时随着社会的发展，温度、压力、液位和流量是四中最常见的过程变量，其中温度是一个非常重要的过程变量。
因此国内外对恒温箱的研究越来越深入，恒温箱的用途也越来越广泛，恒温箱plc控制系统不仅不仅促进了科技的发展和工业生产，也提高了人民的生活水平，因而这种低成本而又能打成需求者需要的恒温箱就有意义。
本次设计中，恒温箱控制系统的性能在很大程度上取决于对温度的控制性能，与此同时采用以PLC为主控制器通过拨码开关设定初始输入温度，设定温度与所测温度进行比较，然后plc对数据进行处理，根据偏差信号的大小来驱动控制发热丝或冷水泵，从而使恒温箱达到温度恒定控制的目的。
本次恒温箱plc控制系统将基于plc设计完成，设计过程当中将应用的温度传感器、数码显示管、加热装置、冷却水泵、冷却器、储水箱、温度显示、阀门及状态指示不见。
恒温箱plc控制系统要求控制恒温箱的水温在20~80摄氏度之间某设定数值，当水温小于设定值时，采用电热升温。
当水温大于设定值时，放出热水部分，并且启动冷却风扇使水流经冷却器向恒温箱提供水。
本恒温箱plc控制系统以plc控制器为核心，同时本系统也应用了温度传感器、流量传感器、和液位传感器，设计恒温箱plc控制系统的硬件电路和软件程序，完成控制任务。
恒温箱plc控制系统的设计还对plc特殊功能扩展模块和BCD译码器做了简单的介绍。
关键词：PLC，传感器，恒温箱，PIDAbstractWith the current development of electronic technology, the use of temperature measurement in many places has a relatively large space for development, a number of good quality and inexpensive temperature sensor is designed and developed, in terms of temperature measurement and control and measurement applications have been larger. For example, in daily life, industrial production, and laboratory applications among the incubator can be seen everywhere. In life we saved with the thermostat food, some preserved in the industrial production of raw materials used in the oven, in particular the application of biological laboratory culture laboratory incubator is more extensive. In addition, the medical, aquatic products, specialty industrial, industrial inspection, photography and other fields, we need a stable and precise temperature. With the development of society at the same time, temperature, pressure, level and flow are the four most common process variables, where the temperature is a very important process variables. So researches on more in-depth incubator, incubators use has become increasingly widespread, incubators plc control system not only has not only promoted the development of technology and industrial production, but also improve the living standards of the people, so this demand for low cost and they can be labeled as an incubator needs to be meaningful The design, performance thermostat control system largely depends on the temperature control performance, at the same time adopt a PLC-based controller to set the initial input temperature via DIP switch, set temperature and the measured temperature comparison, then plc for data processing, based on the size of the error signal to the drive control heating wire or cold water pump, so that the oven temperature constant control purposes. The incubator will be based plc control system design is completed, the design process will be applied temperature sensors, digital display tubes, heating devices, cooling water pumps, coolers, storage tanks, temperature display, valves and status indication disappear. Plc thermostat control thermostat control system requires a set value of temperature between 20 to 80 degrees Celsius, when the water temperature is less than the set value, the use of electric heating. When the water temperature is greater than the set value, the release of hot water portions, and start the cooling fan to provide cooling water to flow through the incubator. The thermostat control system plc controller as the core, but also the application of the system temperature sensors, flow sensors, and liquid level sensor, design incubator plc control system hardware and software programs, complete control tasks. Design incubator plc control system also plc expansion modules and special function BCD decoder to do a simple introduction.Abstract: PLC, sensors, thermostat，PID目录摘要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..1 Abstract (2)1 设计方案的确定 (6)1.1 各控制方案的比较 (6)1.2 PLC温控系统原理 (7)2 系统硬件设计 (9)2.1硬件分配 (9)2.3 恒温控制的PLC 控制装置示意图 (10)2.4工艺过程及控制要求说明 (10)2.5 I/O地址表 (12)2.6温度传感器 (12)2.7 PLC主机 (15)2.8 执行单元 (17)2.9 LED显示器显示方式 (17)2.10 各电器元件的选择 (17)3 系统的软件设计 (17)3.1恒温系统控制流程图 (18)3.2 恒温系统梯形图 (19)3.3 恒温控制系统程序 (29)参考文献 (32)致谢 (33)1设计方案的确定1.1 各控制方案的比较根据任务设计要求,恒温水箱的温度需要运用PID控制。
自动控制原理课程设计汇本报告恒温箱
指导教师评定成绩：审定成绩：自动控制原理课程设计报告设计题目：恒温箱自动控制系统单位〔二级学院〕：自动化学院学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：目录一、摘要2二、问题重述2三、控制对象的分析51、工作原理52、系统运行方框图53、建立数学模型求系统的传递函数6〔1〕电压放大电路7〔2〕功率放大电路7〔3〕调压电路8〔4〕执行电动机9〔5〕减速器114、传递函数的表示115、系统校正12〔1〕频域法校正12〔2〕根轨迹校正16四、心得体会：21一、摘要主要解决的问题是对恒温箱自动控制系统构造图进展分析，画出构造框图，算出传递函数，并对其进展频域校正和根轨迹校正，找到适宜的解决方法，构建校正网络电路，从而使得系统能够满足要求的性能指标。
关键词：增益系统传递函数频域分析根轨迹校正二、问题描述：恒温箱自动控制系统➢恒温箱实际温度由热电偶转换为对应➢恒温箱期望温度由电压u1给定，并与实际温度u2比拟得➢温度偏差信号经电压、功率放大后,用以驱动执行电动机，并通过传动机构拖动调压器动触头。
当温度偏高时,动触头向减小电流的方向运动,反之加大电流,直到温度到达给定值为止,此时,偏差 u=0,电机停顿转动。
控制系统中各组成环节及参数如下：①减速齿轮传动比：j=8②直流电机(他励)：励磁线圈电阻r f=20Ω，电感L f=2H，扭矩常数ＣＴ=5(N.M)/A ,P1=0.85kW,U N=110V,I N=9.8A,n N=1500r/min ③电压放大电路：图1电压放大电路④功率放大电路：图2功率放大电路⑤调压器电路：图3调压器电路要求：1、根据位置跟踪原理图建立系统数学模型2、画出位置跟踪系统的方框图3、当系统不稳定时，要求对系统进展校正，校正后满足给定的性能指标。
4、稳定性分析：Ａ频域法校正系统在最大指令速度为1800〔度/秒〕时，相应的位置滞后误差不超过10度；相角裕度为450+30度，幅值裕度不低6分贝；过渡过程的调节时间不超过2秒。
自动控制原理课程设计(温度控制系统的分析与校正)最终版本
学号：0120911360302课程设计题目温度控制系统的分析与校正学院自动化学院专业自动化班级姓名指导教师2012 年 1 月 2 日课程设计任务书学生姓名： 专业班级：指导教师： 工作单位： 自动化学院题 目: 温度控制系统的分析与校正初始条件：某温箱的开环传递函数为2()(51)sp e G s s s -=+要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、 试用Matlab 绘制其波特图和奈奎斯特图，计算相角裕度和幅值裕度；2、 试设计超前校正装置，使系统的相角裕度增加10度；3、 用Matlab 对校正后的系统进行仿真，画出阶跃响应曲线。
时间安排：指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录引言 (1)1 系统开环传递函数分析 (2)1.1比例环节--1 (2)1.2积分环节--1/S (2)1.3惯性环节--1/(5s+1) (3)1.4延迟环节--e-2s (3)1.5开环传递函数--G p(s) (3)2 利用Matlab分析传递函数 (4)2.1绘制波特图 (4)2.2绘制奈奎斯特图 (6)2.3计算相角裕度 (7)2.4计算幅值裕度 (7)3设计超前校正装置 (8)3.1无源超前校正装置 (8)3.2确定校正函数 (9)3.2.1估算校正函数 (9)3.2.2检验相角裕度 (9)3.2.3增大补偿角后确定校正函数 (10)3.3校正装置参数设置 (12)4校正后系统的仿真以及其阶跃响应曲线 (13)4.1仿真校正后的系统 (13)4.2阶跃响应曲线的绘制 (13)结束语 (15)参考文献 (16)引言本次课程设计要求运用所学的理论知识去分析并设计校正温度控制系统的开环传递函数,并通过软件Matlab辅助设计。
自动控制原理如今已经运用到我们的各个领域了，如温度控制、气压控制、水位控制、航天控制等等，通过自动控制原理的运用极大的改变着我们的生活，使我们的生活变得简单而又丰富多样。
自动控制原理课程设计汇本报告恒温箱
指导教师评定成绩：审定成绩：自动控制原理课程设计报告设计题目：恒温箱自动控制系统单位（二级学院）：自动化学院学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：目录一、摘要 (2)二、问题重述 (2)三、控制对象的分析 (5)1、工作原理 (5)2、系统运行方框图 (5)3、建立数学模型求系统的传递函数 (6)（1）电压放大电路 (7)（2）功率放大电路 (7)（3）调压电路 (8)（4）执行电动机 (9)（5）减速器 (11)4、传递函数的表示 (11)5、系统校正 (12)（1）频域法校正 (12)（2）根轨迹校正 (16)四、心得体会： (21)一、摘要主要解决的问题是对恒温箱自动控制系统结构图进行分析，画出结构框图，算出传递函数，并对其进行频域校正和根轨迹校正，找到合适的解决办法，构建校正网络电路，从而使得系统能够满足要求的性能指标。
关键词：增益系统传递函数频域分析根轨迹校正二、问题描述：恒温箱自动控制系统➢恒温箱实际温度由热电偶转换为对应➢恒温箱期望温度由电压u1给定，并与实际温度u2比较得➢温度偏差信号经电压、功率放大后,用以驱动执行电动机，并通过传动机构拖动调压器动触头。
当温度偏高时,动触头向减小电流的方向运动,反之加大电流,直到温度达到给定值为止,此时,偏差 u=0,电机停止转动。
控制系统中各组成环节及参数如下：①减速齿轮传动比：j=8②直流电机(他励)：励磁线圈电阻r f=20Ω，电感L f=2H，扭矩常数ＣＴ=5 (N.M)/A , P1=0.85kW,U N=110V,I N=9.8A,n N=1500r/min③电压放大电路：④功率放大电路：⑤调压器电路：要求：1、根据位置跟踪原理图建立系统数学模型2、画出位置跟踪系统的方框图3、当系统不稳定时，要求对系统进行校正，校正后满足给定的性能图1电压放大电路图2功率放大电路图3调压器电路指标。
4、稳定性分析：Ａ频域法校正系统在最大指令速度为1800（度/秒）时，相应的位置滞后误差不超过10度；相角裕度为450+30度，幅值裕度不低6分贝；过渡过程的调节时间不超过2秒。
基于单片机的恒温箱课程设计(参考模板)
成都理工大学工程技术学院《恒温箱控制系统》课程设计报告系别：自动化工程系专业：自动化姓名：杜亮学号： 2011203072022014年6月16日摘要温度的测量与控制在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用。
随着微电子技术的发展，各种高性能的半导体集成温度传感器，在温度测控领域得到了极为广泛的应用。
恒温箱的智能控制系统是用半导体温度传感器做测温器，用单片机控制温度平衡，最终达到恒温的目的。
本文对系统所能实现的功能做了简单介绍，并简单介绍了系统使用的51单片机的性能和发展情况；同时对DS18B20做了介绍。
本文重点介绍了系统硬件的分析与设计，对硬件各部分的电路一一进行了介绍。
绘制了电路原理图，并进行了电路的焊接，完成了系统的硬件调试。
根据硬件的设计和系统所要实现的功能，本设计对软件也进行了设计，并经过反复的模拟运行、调试，完成了系统的软件设计，最后形成了一套完整的智能温度控制系统。
关键词：温度平衡 DS18B20 51单片机目录摘要 ............................................................................................................................................. - 1 - 目录 ............................................................................................................................................. - 2 -前言 ............................................................................................................................................. - 3 -1 系统设计分析.......................................................................................................................... - 4 -1.1 设计题目要求............................................................................................................... - 4 -1.2 设计方案选择............................................................................................................... - 4 -2 硬件电路设计.......................................................................................................................... - 5 -2.1 硬件电路设计............................................................................................................... - 5 -2.1.1 传感器................................................................................................................ - 5 -2.1.2 温度传感器DS18B20 ....................................................................................... - 6 -2.1.3 LED数码管显示电路........................................................................................ - 6 -2.2 硬件总电路图............................................................................................................... - 7 -3 程序设计.................................................................................................................................. - 7 -3.1 程序设计介绍............................................................................................................... - 7 -3.2 程序编写....................................................................................................................... - 7 -4 总结 ....................................................................................................................................... - 14 -前言近年来为了保证产品的质量，各个行业行为规范就越来越高，众多机械类、医药类、化工类、建筑类等工业和企业都离不开恒温箱的使用；为了确保恒温箱许多主要技术的指标可以达到国家技术所要求的规定，必须对其进行检测，保证产品的质量[1]。
温箱温度课程设计
由于系统的输入和输出的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃响应曲线相似，所以可以将系统的传递函数模型结构等效成
式中：K为放大系数，T为过程时间参数，为纯滞后时间。
参数选定：K=3.5 , T=280s, =15s
根据系统等效传递函数，可以采用频域法实现，在求解PID参数时，先不考虑延时环节，在初步求出PID参数之后，在考虑延时环节的影响，重新调整PID参数，系统的阶跃响应满足σ﹪<15%,Ts<135s根据系统的开环单位阶跃响应可知系统等效成带有延迟的一阶系统，这个结论正好与Ziegler-Nichols正定方法相吻合。因此可以采用该方法实现PID参数的整定。
课程设计心得体会
本次课程设计为期5天,在这5天中在内容分为MATLAB软件仿真和硬件调试，软件仿真指导硬件调试，硬件调试对软件仿真的结果进行验证。重点在控制器的设计上，即设计出相关控制器计算得出对应的参数。设计数学建模是很重要的环节，根据所作的假设分析对象的因果关系，利用对象的内在规律，和适当的数学工具，构造各个量之间的等式关系和其他数学结构。有了数学模型，通过求解，就可以得到某些物理量随时间变化的规律。本次课程设计讲重点放在了控制器的设计环节上，设计出温箱温度控制器使得系统的闭环控制输出最优，根据最优的控制器计算得出对应的参数。
成绩
南京工程学院
课程设计任务书
课程名称自动控制原理
院(系·部·系）康尼学院
专业电力工程及其自动化
班级K电力071
姓名刘蔚钊
学号*********
起止时间2010.6.5-2010.6.10
指导老师朱建忠金晓华徐懂理
1．课程设计应达到的目的
1、通过温箱温度闭环仿真及实物调试熟悉课程设计的基本流程；
恒温箱控制系统设计
一．课程设计内容运用所学单片机、模拟和数字电路、以及测控系统原理与设计等方面的知识，设计出一台以AT89C52为核心的恒温箱控制器，对恒温箱的温度进行控制。
完成恒温箱温度的检测、控制信号的输出、显示及键盘接口电路等部分的软、硬件设计，A/D和D/A转换器件可自行确定，利用按键（自行定义）进行温度的设定，同时将当前温度的测量值显示在LED上。
恒温箱控制器要求如下：1）目标稳定温度范围为100摄氏度——50摄氏度。
2）控制精度为±1度。
3）温度传感器输入量程：30摄氏度——120摄氏度，电流4——20mA。
加热器为交流220V，1000W电炉。
二．课程设计应完成的工作1）硬件部分包括微处理器（MCU）、D/A转换、输出通道单元、键盘、显示等；2）软件部分包括键盘扫描、D / A转换、输出控制、显示等；3）用PROTEUS软件仿真实现；4）画出系统的硬件电路结构图和软件程序框图；5）撰写设计说明书一份(不少于2000字)，阐述系统的工作原理和软、硬件设计方法，重点阐述系统组成框图、硬件原理设计和软件程序流程图。
说明书应包括封面、任务书、目录、摘要、正文、参考文献(资料)等内容，以及硬件电路结构图和软件程序框图等材料。
注：设计说明书题目字体用小三，黑体，正文字体用五号字，宋体，小标题用四号及小四，宋体，并用A4纸打印。
三．课程设计进程安排序号课程设计各阶段名称日期、周次1 总体设计，硬件设计2012年12月24日~25日，17周2 绘制软件程序流程图，编写软件2012年12月26日~28日，17周3 软、硬件仿真调试2012年12月27日，18周4 软、硬件仿真调试2013年1月2日~3日，18周5 撰写设计说明书2013年1月4日，18周四、．设计资料及参考文献1．王福瑞等．《单片微机测控系统设计大全》．北京航空航天大学出版社，1999 2．《现代测控技术与系统》韩九强清华大学出版社 2007.9 3．《智能仪器》程德福，林君主编机械工业出版社 2005年2月4．《测控仪器设计》浦昭邦，王宝光主编机械工业出版社 20015．Keil C51帮助文档五．成绩评定综合以下因素：(1) 说明书及设计图纸的质量(占60%)。
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指导教师评定成绩：审定成绩：自动控制原理课程设计报告设计题目：恒温箱自动控制系统单位（二级学院）：自动化学院学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：目录一、摘要 (2)二、问题重述 (2)三、控制对象的分析 (5)1、工作原理 (5)2、系统运行方框图 (5)3、建立数学模型求系统的传递函数 (6)（1）电压放大电路 (7)（2）功率放大电路 (7)（3）调压电路 (8)（4）执行电动机 (9)（5）减速器 (11)4、传递函数的表示 (11)5、系统校正 (12)（1）频域法校正 (12)（2）根轨迹校正 (16)四、心得体会： (21)一、摘要主要解决的问题是对恒温箱自动控制系统结构图进行分析，画出结构框图，算出传递函数，并对其进行频域校正和根轨迹校正，找到合适的解决办法，构建校正网络电路，从而使得系统能够满足要求的性能指标。
关键词：增益系统传递函数频域分析根轨迹校正二、问题描述：恒温箱自动控制系统➢恒温箱实际温度由热电偶转换为对应➢恒温箱期望温度由电压u1给定，并与实际温度u2比较得➢温度偏差信号经电压、功率放大后,用以驱动执行电动机，并通过传动机构拖动调压器动触头。
当温度偏高时,动触头向减小电流的方向运动,反之加大电流,直到温度达到给定值为止,此时,偏差 u=0,电机停止转动。
控制系统中各组成环节及参数如下：①减速齿轮传动比：j=8②直流电机(他励)：励磁线圈电阻r f=20Ω，电感L f=2H，扭矩常数ＣＴ=5 (N.M)/A ,P1=0.85kW,U N=110V,I N=9.8A,n N=1500r/min ③电压放大电路：图1电压放大电路④功率放大电路：图2功率放大电路⑤调压器电路：图3调压器电路要求：1、根据位置跟踪原理图建立系统数学模型2、画出位置跟踪系统的方框图3、当系统不稳定时，要求对系统进行校正，校正后满足给定的性能指标。
4、稳定性分析：Ａ频域法校正系统在最大指令速度为1800（度/秒）时，相应的位置滞后误差不超过10度；相角裕度为450+30度，幅值裕度不低6分贝；过渡过程的调节时间不超过2秒。
Ｂ根轨迹法校正系统①最大超调量σp≤2%；②过渡过程时间 ts≤0.5秒；静态速度误差系数Kv≥5秒-1.5、校正网络确定后需代入系统中进行验证，计算并确定校正网络的参数。
Ｃ验证6、Matlab进行验证7、搭建电路进行验证（注：手工绘图(幅频、相频及根轨迹图)三、控制对象的分析1、工作原理本题目所要研究的是一个恒温箱温度控制系统。
在该系统中，恒温箱实际温度由热电偶进行转换，将给定的温度和输出温度的差值作为系统的输入量，并经过电压放大器和功率放大器的放大后作为电机的驱动信号以驱动电机工作，再通过减速器和传动机构移动调压器的触头，当输出温度偏高时，调压器触头向减小温度即减小电流的方向移动，反之向升高温度的方向移动。
若输出温度与期望温度的值相等，即输入信号为零，则电机停止转动。
2、系统运行方框图图4 系统框图3、建立数学模型求系统的传递函数（1）电压放大电路将电压放大电路前后分为两级，将两级电路的各自传递函数求得以后，再得到整个电压放大电路部分的传递函数。
具体求解办法如下：①一级电压放大电路图：等效电路图：由图可列出等式：2222()||f U Ui U R R R --=(1) 由等式则可以算出其增益为：1K ≈1 (2) ② 二级电压放大电路图：等效电路图：图5 电压放大器一级电路图6 电压放大器一级等效电路图7 电压放大器二级电路由图可列出等式：22345||O U U U C R R -= (3) 由此求的传递函数为： 11088.140)(3+⨯='-S s G (4) 则得到电压放大电路的传递函数：11088.14011088.140)(3311+⨯=+⨯=--S S K s G (5) （2）功率放大电路 电路图：图8 电压放大器二级等效电路转化到S 域的电路模型：根据运算放大器输入电压相等可得1)(U S U i = (6)43U U = (7)根据节点法对U1和U4两个节点进行列方程0)10()102()1010210(4011341131=-⨯-+⨯+-----U SU SU (8)0)10()10()101010(44140=--++--U U U (9)由以上四个算式可以计算得：9142814(510510) 1.1()(10510)0.1S G s S ----⨯+⨯+=+⨯+ (10)此处我们取其增益即可：22()11G s K == (11) （3）调压电路 电路图：图9 功率放大电路图10 功率放大电路S 域模型该调压器为自耦变压器，则其匝比就是其传递函数：22311()U N G s U N == (12) 这里我们便于计算我们令：33()G s K = (13) (4)执行电动机电机的传递函数求解如下： 电枢回路电压平衡方程 ()()()a a aa a a di t u t L R i t E dt=++ （14） 式中a E 是电枢旋转时产生的电势,其大小与激磁磁通成正比,方向一样电枢电压()a u t 相反,即a E =()e C n t ,e C 是反电势系数。
图 11 调压电路图12 执行电机电路图电磁转矩方程()()m m a T t C i t = （15） 式中，m C 是电机转矩系数；()m T t 是电枢电流产生的电磁转矩。
电动机轴上的转矩平衡方程()()()()m m c dn t Jf n t M t M t dt+=-（16） 式中，m f 是电动机和负载折合到电动机轴上的粘性摩擦系数；J 是电动机和负载折合到电动机轴上的转动惯量。
由式（3-4-1）～（3-4-3）消去中间变量()a i t ，a E 及()m M t ，便可得到以()n t 为输出量，()a u t 为输入量的直流电动机微分方程：22()()()()()()()()m a a m a a m m e c m a a a c d t dn t L J L f R J R f C C n t dt dt dM t C u t L R M t dtω++++=-- （17）在工程应用中，犹豫电枢电路电感a L 较小，通常忽略不计，因而上式可简化为()()()()m a c c dn t n t K u t K M t dtτ+=- （18）式中，τ=)a a m m e R J R f C C +是电动机的时间常数；m K =()m a m m e C R f C C +，c K =()a a m m e R R f C C +是电动机传递系数。
上面我们已经求的电枢控制直流电动机简化后的微分方程为：()()()()12a c dn t T n t K u t K M t dt+=- （19） 式中()c M t 可视为负载扰动转矩。
根据线性系统的叠加原理，可分别求()a u t 到()n t 和()c M t 到()n t 的传递函数，以便研究在()a u t 和()c M t 分别作用下的电动机转速()n t 的性能，将他们叠加后，便是电动机转速的相应特性。
由传递函数定义，于是有()()41mK G s s τ=+ (20) 下图是它的方框图根据题目所给条件得到电机传递函数为：4 1.6()(0.481)G s s s =+ (21)（5）减速器由已知可得到：''555()8K K G s j ==(22) 四、传递函数的表示：由以上所求各部分的传递函数既可以得到本系统的总传递函数：'51234523340 1.6()()()()()() 1.88101(0.481)K G s G s G s G s G s G s K K s s s j-==⨯++ (23)整理得：图13 执行电机系统方框图图14 系统传递函数流程图(24)五、系统校正： （1） 频域校正：首先确定开环增益。
由要求，取8K=v K =1801-S 故待校正系统传递函数为：)148.0)(11088.1(180)(3++⨯=-S S S s G (25) 然后，画出待校正系统的对数幅频渐进特性，如图由图5-1可知：rad c 3.19=ω，故,08.4)3.1948.0arctan()3.191088.1arctan(901803=⨯-⨯⨯--=-γ幅值裕度h=9.45dB ，04.08453γ︒︒=≤±，因此要对系统进行校正。
1234538()()()()()()(1.88101)(0.481)KG s G s G s G s G s G s S S S -==⨯++图15待校正系统波特图系统相角裕度滞后较多，首先考虑利用滞后网络或PI 控制器的幅值衰减特性，使已校正系统截止频率下降，从而使系统获得足够大的相角裕度。
①先考虑采用串联滞后校正 作如下计算：）48.0（arctan -）1088.1（arctan -90c c 3-)(ωωγω''''⨯='' c根据345±≥''γ的要求和 6)(-=''c c ωϕ估值，由)()(180c c c ωϕωγγ''+''+='' ，得到 3129)(±-≥''c ωγ,于是c ω''在1.52~1.88rad/s 范围内取。
选c ω''=1.8rad/s ，图中查出对应)(c L ω''=37.5dB ，滞后装置转角频率设为2ω,为防止滞后角过多冲消相位裕量，其转角频率2ω应比校正后系统截止频率小足够多,试探选取2ω=0.1c ω''=0.18rad/s,确定时间常数T=18.0112=ω=5.6,由下列公式 -)(cL ω''+20lga=0，即得a=75142016.511)(++=++=S S aTs Ts s G c ，已校正系统的开环传递函数为：)()(s G G c s =')(s G =)148.0)(11088.1(1803++⨯-S S S 142016.5++S S (26) 截止频率c ω''=1.82rad/s ， 故得到相角裕度：2.43)82.148.0arctan()82.11088.1arctan(901803=⨯-⨯⨯--=''-γ211[2 1.5(1) 2.5(1)] 4.5()2()sin sin s c t s s πωγγ=+-+-=>''''''调节时间不合要求，系统仍不稳定。