[发明专利]一种大惯性滞后被控对象信号的模拟装置

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，更具体地，涉及一种大惯性滞后被控对象信号的模拟装置。

背景技术

目前在自动控制领域，对于具有大惯性特性同时又具有滞后特性的被控对象信号（如温度对象或压力对象）很难用常规的控制方法来控制，只能用智能控制算法来控制。在教学实验中，为了提高学生的设计能力和改善实践教学效果，可以由学生通过编程设计智能控制算法，然后对被控对象信号进行控制效果检验。那么，为了评价这种控制系统及其控制算法的性能，就要有相应的被控对象信号装置，而且被控对象信号装置的一些重要参数要求能够连续可调。

 在科研和教学实验中，可以采用单片机来实现大惯性大滞后对象的智能控制系统，例如温度控制系统。在检验智能控制系统中控制算法的性能时，需要将单片机与被控对象信号进行结合，如果采用真实的被控对象信号装置，由于这些真实的被控对象信号装置价格非常昂贵而且占用很大的实验室空间，给科研和教学实验带来很大的困难。因此，我们希望能够具有一种对具有大惯性和大滞后特性的被控对象信号进行模拟的被控对象信号模拟装置，而且使该模拟装置的一些重要参数是连续可调的，从而不依赖真实的被控对象信号装置也能够开展对智能控制系统及其控制算法实际控制效果的仿真研究和教学实验，节约了科研和教学成本。

发明内容

为达到上述目的，本发明提供了一种大惯性滞后被控对象信号的模拟装置，并且其中一些重要参数是连续可调的，从而能够模拟温度等具有大惯性和大滞后特性的被控对象信号，从而对智能控制系统及其控制算法的实际效果进行检验。

本发明的大惯性滞后被控对象信号的模拟装置，包括键盘电路（10）、显示电路（20）、单片机（30）、大惯性环节（40）以及滞后环节（50），其特征在于，所述大惯性环节（40）和滞后环节（50）用于模拟生成具有大惯性和大滞后特性的被控对象信号，所述单元机（30）用于调节所述大惯性环节（40）和滞后环节（50）的参数以调整所述模拟生成的被控对象信号。

作为优选地，所述大惯性环节（40）包括由第一电容器（C1）和第一可调电阻器（R1）组成的惯性电路，并且所述第一电容器（C1）和第一可调电阻器（R1）组成的惯性电路连接第一运算放大器（U3A）的正相输入端，第二可调电阻器（R3）连接所述第一运算放大器（U3A）的反相输入端和输出端，所述单片机（30）调节第一可调电阻器（R1）的阻值以调整所述被控对象信号的滞后时间常数，并调节第二可调电阻器（R3）的阻值以调整所述被控对象信号的放大倍数。

作为优选地，所述滞后环节（50）包括与所述大惯性环节（40）的输出连接的由第三可调电阻器（R2）和第二电容器（C2）组成的惯性电路以及第二至第四运算放大器（U3B、U3C、U3D），并且所述单片机（30）调节第三可调电阻器（R2）的阻值以调整所述被控对象信号的惯性时间常数。

进一步优选地，第一电容器（C1）电容值为1uF，第二电容器（C2）电容值0.33uF，且第三可调电阻器（R2）的阻值大于第一可调电阻器（R1）的阻值。

进一步优选地，所述第一至第三可调电阻器（R1、R3、R2）是由一个数字电位器（U1）实现的可调电阻器。所述单片机（30）与所述数字电位器（U1）采用两线通信方式进行通信，通过调节所述数字电位器（U1）来调节所述第一至第三可调电阻器（R1、R3、R2）的阻值。

优选地，所述键盘电路（10）和显示电路（20）作为人机接口，供使用者用来操作单片机（30）来设置所述第一至第三可调电阻器（R1、R3、R2）的阻值。

可见，本发明采用模拟装置模拟生成具有大惯性和大滞后特性的被控对象信号，并且该被控对象信号的惯性时间常数、放大倍数、滞后时间常数等重要参数是连续可调的。利用本发明的模拟装置模拟生成的被控对像信号可以对控制系统及其控制算法的实际效果进行检验，不必再应用真实的被控对象信号装置，具有成本低、体积小、参数灵活可调、方便科研和教学应用的有益效果。

附图说明

图1是本发明实施例的大惯性滞后被控对象信号的模拟装置的系统原理框图；

图2是本发明实施例的被控对象信号模拟电路原理图；

图3是本发明实施例的模拟实验装置电路结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施方式并配合附图详予说明。