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负载效应

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控制系统负载效应及改善措施
耿廑 09电本4班 4090208409
摘要：现在，在控制系统中，经常要将多个环节串联或并联到系统中,再用各环节传递函数的积或和来作为整个系统的传递函数]2~1[。

这些都是理想化的模型，即认为将各环节连接到一块后，各系统之间只有信息交换而没有能量的交换，这样各系统便保持各自的参数及传递函数不变。

但是，事实上，两个环节相连后系统的前后环节之间发生了能量交换，并引起以下现象：一是两系统的连接处甚至整个系统的状态和输出都发生变化；二是两系统共同构成一个新系统，会保留原两系统的主要特征，但与原系统直接串联或并联后的特征不一致]3[。

因此，
在实际控制中，必须考虑负载效应对控制结果的影响。

关键词：负载效应 传递函数 能量交换 0 引言
为了探索负载效应对控制系统的影响，本文以一阶系统为例，通过计算，分析了负载效应产生的现象，并对其产生的原因做了探究，最后给出了对系统的负载效应进行改善的一些措施。

1 一阶反馈系统的负载效应
一阶系统的分离电路如图1)()(b a 、
所示：
图1 )(a
图1 )(b
C 1R
2R
图1 )(c 两个一阶环节的传递函数分别是：s s H 1111)(τ+=
；111C R =τ s s 2211)(H τ+=
；222C R =τ可得：2
21212121)(1111.11)().(H s s s s s H s ττττττ+++=++= 未加任何隔离措施，而将两个环节直接串联的电路如图1）（c 所示：
设)(V 2t 为连接点的电压可得：s
s V s V y 2211)()
(τ+=自连接点右侧的阻抗为：s
C s s C s C R s C R Z 22222222111τ+=+=+=令Z 表示自1R 后的右侧电路的阻抗，即21221222122121)(1111.1//)1(s C s C C s s
C s s C s C s s C Z s C Z ττττ+++=+++==因此：2212121222112211212)(111)(1)()(s s C R s s s C R s C C R s R Z Z s V s V x ττττττττ+++++=+++++=+=所以连接后的传递函数为：
221212122y )(11)()(.)()()()
(V H(s)s
s C R s V s V s V s V s V s y x x ττττ++++===，很显然，这两者是)().()(21s H s H s H ≠。

即两个环节串联后的传递函数不等于两个独立环节的传递函数之积，而产生这一现象的原因就是由于这两个环节直接串联后形成的两环节间有能量的交换。

对于这种电路，要避免相互影响即要消除或降低负载效应对系统的影响的解决方法主要主要应从两个方面入手：一是在两个环节之间插入“跟随器”，“跟随器”的输入阻抗很大，基本上不从第一环节吸取电流，而输出阻抗1R 2R C
C V
又很小，不因第二环节的负载而改变输出电压。

但是这种电路的缺点就是电路连接比较麻烦。

二是合理选用控制装置使能满足控制精度的要求。

在图1所示的模型中，一般)(a 代表的为被研究对象特性，)(b 代表控制系统的特性，即使是在两个环节间加入了“跟随器”，满足了公式)().()(21s H s H s H =，但在实际控制中，我们得到的结果应该是更能反映被研究对象的特征而尽量减少控制系统的影响，即应尽量满足).()(1s H s H ≈而要想做到这一点应从两个方面入手，一是使
12ττ<<即系统的时间常数远小于被研究对象的时间常数，
一般可选取123.0ττ<.再有就是控制装置的存储器件应尽量选择容量小的，即2C 要小。

2 总结
上文以一阶系统为例介绍了负载效应产生的现象、原因以及降低负载效应的措施。

需要补充说明的是负载效应一种不能不考虑的现象，因为他影响到测量的实际结果，有时负载效应的影响是很严重的，通过适当地选择测量装置的各项参数，使之与被测对象的阻抗匹配；同时也可以采取频域分析的手段，例如傅里叶变换、均方功率谱密度函数等，可将这种效应将至最小。

在实际测量中必须对测量系统采取一定的措施，来把负载效应的影响降到最低，对于一阶系统，采取上述方法即使测量系统的时间常数远小于被测对象的时间常数即可。

对于二阶系统，通过查资料可知，应选用控制系统的阻尼比为7.0~6.0，控制系统的固有频率远高于被测对象的固有频率。

综上述，不论控制系统是几阶的，都应选用测量系统的静态灵敏度远低于被研究对象的静态灵敏度]4[。

3 结束语
这篇文章以一阶控制系统的负载效应为例，对负载效应的产生现象、原因、降低方法做了描述，对实际的测量系统测量具有一定的指导意义。

同时探究这个问题的方法也是值得借鉴的，要有严谨的探索思想以及严密的推导过程。

反馈网络对基本放大器输入回路的负载效应，这与反馈信号的取样方式有关，若是电压反馈，则将由0v 0=(输出端短路)画出输入回路；若是电流反馈，则将由0i 0=(输出端开路)画出输入回路。

这时，实际反馈放大器的输入回路就是考虑反馈网络负载效应的基本放大器的输入回路]5[。

电流负反馈电路的反馈网络，对输出端不存在负载效应；只有电压主负反馈，才对输出端有负载效应]6[。

参考文献：
[1]黄长艺严普强,负载效应[M],控制系统的负载效应,北京:机械工业出版.1993
[2]成述长,负载效应[M],机械量电测技术,武汉:华中理工大学出版社,1989
[3]李梦源,负载效应[M], 械工程电测技术,郑州:河南科学技术出版社,1996
[4]郭爱芳杨俊英,控制系统的负载效应及其改善措施[J],洛阳工学院学报,1997(2)
[5]熊旭军宁雅丽,反馈网络的负载效应[J],甘肃广播电视大学学报,2004(3)
[6]方天申,反馈网络的反馈系数与负载效应的函数性[J],河南科学,2003(1)。

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改善负载效应的方法

改善负载效应的方法

负载效应定义为：空载或最小负载下的输出电压和满载输出电压之间的差值与满载输出电压的百分比。

它表征了负载变化对电源输出电压的影响程度。

电源与负载之间的导线电阻和接点上的接触电阻越小，对负载效应的影响越小。

当负载电流较大时，很小的导线电阻和接触电阻也会对负载效应有明显的影响，因而很多大电流电源在内部调整电路上设置了一对引出端子称之为遥测端。

我们可以利用遥测端可直接检测负载两端的电压，减少导线电阻对负载效应的影响。

(一)尽量减少导线电阻及接触电阻电源最简单的应用如图2-3所示。

图中电源输出电压5V，负载电流4A。

如果使用50cm长的18号铜线，两根导线共有21mΩ电阻，因此，导线上就有84mV 电压降，占输出电压的1.68%。

如果电源本身负载效应值为0.1%，而在此电路中实际负载效应值为1.78%，达不到指标要求值。

解决这种问题的方法是尽可能缩短导线长度或选择较粗的导线。

影响负载效应的另一个重要因素是电源端与负载连接处的接触电阻，特别在大电流时更要注意。

与上述负载导线过长一样，这些连接可存在几毫伏的接触电阻和几个百分点的负载效应的变化。

应记住一些重要参考数值：一个5V输出，从空载到满载有5mV变化，则负载效应为0.1%；一个12V输出，从空载到满载有2.4mV变化，则负载效应为0.02%。

显然，大电流触点应适当处理与焊接。

型铲式接线片、插头等必须精心进行除锈处理。

平面电路板应为大电流负载提供几个并行接点，并保证干净。

(二)正确利用电源的遥测端许多大电流电源都有遥测端（+S、-S）。

遥测端可使电源内部调整电路通过检测线与负载相连，从而补偿大电流线路压降对负载效应值的影响。

图2-4 示出了电源遥测端与负载的正确连接方法。

图中检测线与大电流负载线分离，遥测端直接检测负载两端电压。

假如，大电流负载线上有0.5V压降，通过遥测端，电源内部调整电路将输出电压提高0.5V补偿线路压降，保证负载电压在额定值上。

一般电源可对负载线路压降补偿1.0V左右。

什么是电源的源效应和负载效应

什么是电源的源效应和负载效应

什么是电源的源效应和负载效应稳定电源的输出量并不是绝对不变的，例如当稳定电源工作在稳压状态时，其输出电压会由于输入电压的变化或由于负载的变化而引起输出电压微小的变化，当稳定电源处于恒流工作状态时，其输出电流也会由于输入电压的变化或由于负载的变化而发生微小的变化。

为了衡量这种变化的程度，即衡量一个稳定电源的稳定度，国际电工委员会（IEC）在制定稳定电源标准时引出源效应和负载效应的概念。

源效应是指：仅当由于输入量的变化而引起输出稳定量的变化的效应就叫源效应。

对于一个普通稳压电源来说：输入量就指输入电压，即交流220V工频电压。

我国国家标准规定，当输入电压变化±10%时，输出电压变化的相对百分比，就称源效应。

例如一个输出电压为100V的稳压电源，其由于输入电压的变化而引起输电压变化的具体数值如下：输入电压输出电压AC220V（标准值）100VAC242V（变化+10%）100.1VAC198V（变化-10%）99.9V电源的源效应=∣△Uo∣/ Uo=∣U-Uo∣/ Uo =∣100.1-100∣/100=0.1% 或=∣△Uo∣/ Uo =∣U-Uo∣/ Uo=∣99.9-100∣/100=0.1%从上式可以看出，这个稳压电源在它输出电压为100V时的源效应为0.1%，即当输入电压变化10%时，输出电压变化千分之一。

（注意：在测量源效应时，负载应保持不变）。

负载效应是指：仅当由于负载的变化而引起输出稳定量的变化的效应称为负载效应。

仍举一例说明：一个处于稳压工作状态的电源，其空载输出电压为100V，电源最大负载能力为5A，其空载与加满载时输出电压的变化量如下：电源负载电流电源输出电压0A 100V5A 99.7V负载效应=∣△Uo∣/Uo =∣U-Uo∣/Uo =∣99.7-100∣/100=0.3%即电源工作在100V时，其负载效应为0.3%。

（注意：在测量负载效应时，应努力使输入电压保持在标准值）以上在叙述源效应和负载效应时，其输出稳定量都是以稳定电压来举例的，事实上电源处于恒流工作状态时，照理输出电流是一个稳定量，但事实上当输入电压或负载发生变化时，输出电流也会发生一些微小的变化，这种变化就是恒流状态时的源效应和负载效应。

负载效应

负载效应

负载效应把一个电阻性负载连接到电路的输出时，往往会降低电路的输出电压。

输出电压的改变就是所谓的负载效应。

其大小取决于负载本身以及所连接的电路。

一、分压器负载效应分压器是一种电路，由两个或多个电阻与电源串联。

如图1所示当负载连接到分压器的输出时，新电路由于负载的原因，原电路的输出电压将会降低。

在电子行业的许多方面，考虑负载效应是重要的。

如果负载效应很小，通常可以被忽略；在某些情况下，负载效应很大，可能对电路产生不良影响，甚至产生错误的测量结果。

为了理解电气负载效应及其在什么情况下应重点考虑，把电路化简为戴维南等效电路是一种很有效的方法。

1.用戴维南定理进行分析对于一个简单的分压器电路，如图2所示1）应用电阻串联分压原理求出戴维南电压（也称开路电压），无负载输出电压即戴维南电压V V R R R V V S TH 17.8)470220470(12)(212=Ω+ΩΩ⨯=+= (1-1)2）求出戴维南电阻。

电压源置0，求出等效电阻，如图3所示从输出端看，因而得到：Ω=ΩΩ==150470||220||21R R R TH (1-2)3）得出戴维南等效电路，如图4所示 4）比较不同负载的负载效应对于同一个戴维南等效电路，如图4所示 a) R L=1K图1图3图2图4输出电压为V K K V R R R V V LTH L TH K L 11.7)11501(17.8)()1(=Ω+ΩΩ⨯=+=Ω (1-3)而输出电压下降了 %1317.811.717.8≈-VVV (1-4)b) R L =10K输出电压为V K K V R R R V V LTH L TH K L 05.8)1015010(17.8)()10(=Ω+ΩΩ⨯=+=Ω (1-5)而输出电压下降了%5.105.805.817.8≈-VVV (1-6)5）关于分压器负载效应的结论 a)负载引起的电流量决定了负载效应。

b)电阻越小，对电路的负载效应越大。

负载效应与源效应

负载效应与源效应

负载效应是指：仅当由于负载的变化而引起输出稳定量的变化的效应称为负载效应。

仍举一例说明：一个处于稳压工作状态的电源，其空载输出电压为100V，电源最大负载能力为5A，其空载与加满载时输出电压的变化量如下：电源负载电流电源输出电压0A 100V5A 99.7V负载效应=∣△Uo∣/Uo =∣U-Uo∣/Uo =∣99.7-100∣/100=0.3% 即电源工作在100V时，其负载效应为0.3%。

（注意：在测量负载效应时，应努力使输入电压保持在标准值）以上在叙述源效应和负载效应时，其输出稳定量都是以稳定电压来举例的，事实上电源处于恒流工作状态时，照理输出电流是一个稳定量，但事实上当负载发生变化时，输出电流也会发生一些微小的变化，这种变化就是恒流状态时的负载效应。

源效应是指：仅当由于输入量的变化而引起输出稳定量的变化的效应就叫源效应。

对于一个普通稳压电源来说：输入量就指输入电压，即交流 220V 工频电压。

我国国家标准规定，当输入电压变化±10% 时，输出电压变化的相对百分比，就称源效应。

对于不同行业和使用环境，国家规定的输入电压变化范围要求有所不同，如煤矿矿下使用设备，输入范围为75%-110%。

例如一个输出电压为 100V 的稳压电源，其由于输入电压的变化而引起输电压变化的具体数值如下：输入电压输出电压AC220V （标准值） 100VAC242V （变化 +10% ） 100.1VAC198V （变化 -10% ） 99.9V电源的源效应=∣△Uo∣/ Uo=∣U-Uo∣/ Uo=∣100.1-100∣/100=0.1%或=∣△Uo∣/ Uo =∣U-Uo∣/ Uo=∣99.9-100∣/100=0.1%从上式可以看出，这个稳压电源在它输出电压为 100V 时的源效应为0.1% ，即当输入电压变化 10% 时，输出电压变化千分之一。

（注意：在测量源效应时，负载应保持不变）。

以上在叙述源效应时，其输出稳定量都是以稳定电压来举例的，事实上电源处于恒流工作状态时，照理输出电流是一个稳定量，但事实上当输入电压时，输出电流也会发生一些微小的变化，这种变化就是恒流状态时的源效应，这里不再赘述。