专利名称：调节器模拟闭环实验方法及实验仪的制作方法
技术领域：
本实发明涉及的是一种用于高校“控制仪表及装置”、“化工仪表及自动化”、“过程控制”等课程实验教学的调节器模拟闭环实验方法及实验仪器。属于电子仪器技术领域。
调节器模拟闭环实验仪，其结构是差动输入电路的输出端接阻容滤波电路和1-5V三位半数字电压表的输入端，将调节器送来的4-20mA阀位信号转换为1-5V的电压给阻容滤波电路和1-5V三位半数字电压表，阻容滤波电路时间常数约为100秒，阻容滤波电路的另一个输入端接干扰发生电路的输出端，阻容滤波电路的输出端接阻抗变换及功率放大电路的输入端，阻容滤波电路将差动输入电路输出及来自干扰发生电路的干扰通道的输出信号相叠加后进行滤波处理，处理后给阻抗变换及功率放大电路，进行阻抗变换及功率放大后一方面输送到1-5V三位半数字电压表用于指示输出信号的大小即调节器的测量值，另一方面输送到调节器的测量端，作为调节器的测量信号；干扰发生电路可发生0-10％的干扰信号，输入给阻容滤波电路，同时给0-10V三位半数字电压表，用于指示干扰值的大小；4-20mA电流信号发生器作调节器的外给定电流，一方面接4-20mA三位半数字电流表，另一方面接调节器的外给定输入端。
优点，方法简单易懂、操作方便，仪器结构合理、性能稳定可靠，使调节器在闭环的状态下做实验(与实际应用场合相近)，通过改变调节器的给定值、正反作用、比例P、积分I、微分D等参数来观察模拟调节对象的输出跟踪给定值的情况，了解调节器克服干扰的过程，掌握调节器的比例度、积分时间、微分时间等参数的整定方法，了解调节器的调节作用原理，从而使同学能在较短时间内熟练掌握调节器的使用方法、验证调节器的原理，从而熟练使用调节器。
对照附图
2，调节器输出的4-20mA阀位信号在R1(250Ω)上转换为1-5V的电压，经由运算放大器U1(LM741)和电阻R2～R5(各为200KΩ)组成的1∶1差动放大器进行差动放大，送入由电阻R6(1MΩ)和电容C2(100μf)组成的时间常数约为100秒的阻容电路(即模拟水槽)；图中由电位器W1(4.7KΩ)、电阻R17(1KΩ)、电容C6(47μf)、C7(0.22μf)、运算放大器U4(LM741)、电阻R19、R20(47KΩ)组成干扰发生电路，可发生0-10％的干扰信号，用于观察调节器的克服干扰能力，它所产生的电压与运算放大器U11输出的电压叠加后加在电容C2上。
因电容C2上的电压内阻较大，运算放大器U2(TL081)与电阻R7(2KΩ)、二极管D1(1N4007)、三极管Q1(9013)、电阻R9(510Ω)构成阻抗变换及功率放大电路，将电容C2上的电压进行阻抗变换及功率放大后以1-5V的电压输出(送到调节器的“测量”端)。
由电位器W2(4.7KΩ)，电阻R10(4.7KΩ)、R11～R14(200KΩ)、R15(2KΩ)、R16(100Ω)、电容C4(0.22μf)、C5(0.1μf)、运算放大器U3(TL081)及晶体三极管Q2(9012)组成4-20mA恒流源电路，由电位器W2调整其值的大小，供调节器的外给定输入用。
图2中X1～X4(XC5135)是三位半数字电压(电流)表，分别用于指示输入、输出、干扰信号及外给定电流的大小。
变压器B1将220交流电源电压降压，分别得到9V、15V×2及27V交流电压，二极管D2～D5(1N4007)、电容C8(4700μf)、C9～C10(0.1μf)、三端集成稳压器U7(LM7805CT)组成+5V电源电路，供三位半数字电压表电路使用；二极管D6～D9(1N4007)、电容C11、C13(1000μf)、C12、C14～C16(0.1μf)、三端集成稳压器U5(LM7812CT)、U6(LM7912CT)组成±12V电源电路，供主电路使用；二极管D10～D13(1N4007)、电容C17(4700μf)、C18、C19(0.1μf)、三端集成稳压器U8(MC7824T)组成24V电源电路，供调节器使用。
电容C2电容器采用钽电解电容。
用一个上述的RC阻容电路模拟一个具有一阶惯性特性的水槽，所加给这个电路的电压1-5V，相当于控制流入这个水槽的液体管道上调节阀的开度0-100％，也就是控制了入槽液体流量的0-100％；电容上电压1-5V相当于水槽里液位的0-100％；电路时间常数的大小代表水槽容量的大小；随着时间的推移，电容上的电压成指数规律上升，经过300-500秒近似达到与所加电压。
权利要求
1.调节器模拟闭环实验方法，其特征是用一个设置在调节器的输出端与调节器的测量输入端间由电阻(R6)、电容(C2)组成的RC阻容电路，模拟一个具有一阶惯性特性的底部设有出水口的水槽，调节器所加给RC阻容电路的电压的大小，相当于控制流入这个水槽的液体管道上调节阀的开度的大小，也就是控制了入槽液体流量的大小；电容(C2)上电压的高低相当于水槽里液位的高低；电容量的大小代表水槽容量的大小；电阻(R6)值的大小代表入槽管路阻力的大小；调节器根据电容(C2)上电压与给定值之间的差值经比较及比例(P)、积分(I)、微分(D)运算后输出控制信号控制RC阻容电路的充电电压的高低，使电容(C2)上的电压接近调节器的给定值，并使其趋于平衡。
2.调节器模拟闭环实验仪，其特征是差动输入电路(1’)的输出端接阻容滤波电路(2’)和1-5V三位半数字电压表(6’)的输入端，将调节器送来的4-20mA阀位信号转换为1-5V的电压给阻容滤波电路(2’)和1-5V三位半数字电压表(6’)，阻容滤波电路(2’)时间常数约为100秒，阻容滤波电路(2’)的另一个输入端接干扰发生电路(3’)的输出端，阻容滤波电路(2’)的输出端接阻抗变换及功率放大电路(4’)的输入端，阻容滤波电路(2’)将差动输入电路(1’)输出及来自干扰发生电路(3’)的干扰通道的输出信号相叠加后进行滤波处理，处理后给阻抗变换及功率放大电路(4’)，进行阻抗变换及功率放大后一方面输送到1-5V三位半数字电压表(8’)用于指示输出信号的大小即调节器的测量值，另一方面输送到调节器的测量端，作为调节器的测量信号；干扰发生电路(3’)可发生0-10％的干扰信号，输入给阻容滤波电路(2’)，同时给0-10V三位半数字电压表(7’)，用于指示干扰值的大小；4-20mA电流信号发生器(5’)作调节器的外给定电流，一方面接4-20mA三位半数字电流表(9’)，另一方面接调节器的外给定输入端。
全文摘要
本发明涉及的是调节器模拟闭环实验方法及实验仪器。调节器模拟闭环实验方法，用一个RC阻容电路模拟一个具有一阶惯性特性的底部设有出水口的水槽，所加给这个电路的电压的大小，相当于控制流入这个水槽的液体管道上调节阀的开度的大小，也就是控制了入槽液体流量的大小；电容上的电压相当于水槽里的液位；调节器根据电容上电压与给定值之间的差值经比较及比例P、积分I、微分D运算后输出控制信号控制RC阻容电路的充电电压的高低，使电容上的电压接近调节器的给定值，并使其趋于平衡电。优点，方法简单易懂操作方便，仪器结构合理、性能稳定可靠，使用者可在较短时间内熟练掌握调节器的使用方法、验证调节器的原理，熟练使用调节器。
文档编号G09B23/06GK1431636SQ0311279
公开日2003年7月23日 申请日期2003年1月29日 优先权日2003年1月29日
发明者孙世荣 申请人:南京工业大学