Исследование временных характеристик типовых динамических звеньев
1.1. Цель работы: построение и изучение временных характеристик типовых линейных динамических звеньев при изменении параметров звеньев.
Описание объекта исследования
Исследованию подлежат два из следующих типовых динамических звеньев:
1. Пропорциональное (усилительное) звено 
2. Звено запаздывания 
3. Идеальное дифференцирующее звено (дифференцирующее) 
4. Реальное дифференцирующее звено 
5. Идеальное интегрирующее звено (интегрирующее) 
6. Реальное интегрирующее звено 
7. Апериодическое (инерционное) звено 1-го порядка 
8. Колебательное звено 
9. ПИ-регулятор 
10. Реальное форсирующее 
11. Инерционное второго порядка 
12. Форсирующее 
Изучению подлежат следующие временные характеристики:
1. Переходная характеристика – реакция звена на единичное ступенчатое воздействие при нулевых начальных условиях.
2. Импульсная переходная характеристика – реакция звена на единичное импульсное воздействие при нулевых начальных условиях.
Задание на работу
1. Получить экспериментально переходную и импульсную переходную характеристики для указанных выше звеньев согласно варианту задания (см. табл.1). Изменить (увеличить или уменьшить в 2 раза) каждый из параметров звена и исследовать изменение характеристик. Изучить влияние параметров каждого звена на вид временных характеристик.
2. Создать детализированную структурную схему второго звена в Вашем варианте задания и проверить ее правильность, путем сравнения переходных характеристик созданных и исходных звеньев.
3. Из анализа исходных переходных характеристик получить параметры каждого из исследуемых звеньев.
Указания по выполнению работы
Лабораторная работа выполняется в программном комплексе "Анализ систем 3.1". Для загрузки комплекса следует загрузить файл Syan.exe. Инструкция пользователя находится в файле UserManual.doc.
Построенные графики и схемы необходимо сохранять в созданном Вами файле текстового редактора Word, для чего, нажав правой кнопкой мыши на области графического окна, вызывается контекстное меню, и выбирается команда "Копировать как картинку" – "Весь график" (для графиков) или "Копировать как рисунок" – "Все" (для схем). Далее эти графики или схемы вставляется из буфера памяти в Ваш файл редактора Word.
Все исследования и графики следует снабжать комментариями.
Варианты заданий приведены в таблице 1.
Табл.1.
| Звено | Параметр | № варианта | |||||||||
| 1. Пропорциональное | k | 0,6 | 1,3 | 2,8 | 3,2 | 4,7 | 1,9 | 0,4 | 1,4 | 0,8 | 2,7 |
| 2. Колебательное | k T x | 4,7 0,2 | 1,9 0,3 | 0,4 1,5 0,1 | 1,4 0,05 | 0,8 1,2 0,15 | 2,7 2,5 0,25 | 0,6 3,3 0,08 | 1,3 4,6 0,12 | 2,8 0,7 0,18 | 3,2 1,8 0,23 |
| Звено | Параметр | № варианта | |||||||||
| 1. Идеальное интегрирующее | k | 0,8 | 2,7 | 0,6 | 1,3 | 2,8 | 3,2 | 4,7 | 1,9 | 0,4 | 1,4 |
| 2. Реальное дифференцирующее | k T | 0,4 1,5 | 1,4 | 0,8 1,2 | 2,7 2,5 | 0,6 3,3 | 1,3 4,6 | 2,8 0,7 | 3,2 1,8 | 4,7 | 1,9 |
| Звено | Параметр | № варианта | |||||||||
| 1. Запаздывания (задержки) | k t | 0,6 1,2 | 1,3 2,5 | 2,8 3,3 | 3,2 4,6 | 4,7 0,7 | 1,9 1,8 | 0,4 | 1,4 | 0,8 1,5 | 1,7 |
| 2. Реальное интегрирующее | k T | 0,8 | 2,7 1,2 | 0,6 2,5 | 1,3 3,3 | 2,8 4,6 | 3,2 0,7 | 4,7 1,8 | 1,9 | 0,4 | 1,4 1,5 |
| Звено | Параметр | № варианта | |||||||||
| 1. Идеальное дифференцирующее | k | 0,4 | 1,4 | 0,8 | 2,7 | 0,6 | 1,3 | 2,8 | 3,2 | 4,7 | 1,9 |
| 2. Апериодическое | k T | 4,7 | 1,9 1,5 | 0,4 | 1,4 1,2 | 0,8 2,5 | 2,7 3,3 | 0,6 4,6 | 1,3 0,7 | 2,8 1,8 | 3,2 |
| Звено | Параметр | № варианта | |||||||||
| 1. ПИ-регулятор | K Т | 0,8 | 2,7 1,2 | 0,6 2,5 | 1,3 3,3 | 2,8 4,6 | 3,2 0,7 | 4,7 1,8 | 1,9 | 0,4 | 1,4 1,5 |
| 2. Реальное форсирующее | k T1 T2 | 4,7 0,2 | 1,9 0,3 | 0,4 1,5 0,1 | 1,4 0,05 | 0,8 1,2 0,15 | 2,7 2,5 0,25 | 0,6 3,3 0,08 | 1,3 4,6 0,12 | 2,8 0,7 0,18 | 3,2 1,8 0,23 |
| Звено | Параметр | № варианта | |||||||||
| 1. Форсирующее | k Т | 0,4 1,5 | 1,4 | 0,8 1,2 | 2,7 2,5 | 0,6 3,3 | 1,3 4,6 | 2,8 0,7 | 3,2 1,8 | 4,7 | 1,9 |
| 2. Инерционное второго порядка | k T1 T2 | 4,7 0,2 | 1,9 0,3 | 0,4 1,5 0,1 | 1,4 0,05 | 0,8 1,2 0,15 | 2,7 2,5 0,25 | 0,6 3,3 0,08 | 1,3 4,6 0,12 | 2,8 0,7 0,18 | 3,2 1,8 0,23 |
Порядок выполнения работы
1.5.1. Снятие и исследование временных характеристик. Чтобы экспериментально получить переходную характеристику звена на его вход подается единичное ступенчатое воздействие. На выходе имеем переходную характеристику данного звена. В комплексе "Анализ систем" для построения переходной характеристики на вход звена подключается генератор постоянного сигнала (закладка "Генераторы"), величина воздействия К, которого, выбирается равной 1 (см. рис.1.а).
Для экспериментального получения импульсной переходной характеристики звена на его вход подается единичное импульсное воздействие. В комплексе "Анализ систем" единичное импульсное воздействие можно создать путем дифференцирования единичного ступенчатого 
воздействия. Т.е. на вход звена подключается следующая схема, где: Ks – дифференцирующее звено (закладка "Линейные") с коэффициентом усиления К, равным 1 (см. рис.1.б).
Соберите схему, показанную на рис.1 и скопируйте ее через контекстное меню "Копировать как рисунок" – "Все" в Ваш текстовый файл Word.
 |
а) б)
Рис.1. Схема для снятия а) единичного ступенчатого воздействия и б) единичного импульсного воздействия.
Для построения временных характеристик исследуемого звена следует в поле редактора выбрать нужное звено. Вход звена обозначить "Точка А", а выход звена – "Точка В". Затем приступают к построению к построению временных характеристик.
Снимите сначала единичное ступенчатое воздействие с выхода генератора постоянного сигнала (точка А). Для этого нажмите на иконку "Переходный процесс", оставьте галочку возле точки А, установите значение параметра "Шаг расчета" не более 0,01 сек (установленный шаг на протяжении всей работы изменять не следует) и нажмите кнопку ОК. Полученный график через контекстное меню "скопируйте как картинку" (Весь график) в Ваш текстовый файл Word. Затем аналогичным образом получите единичное импульсное воздействие (точка В). Перенесенные в Word схемы и графики не забывайте снабжать комментариями.
Для экспериментального снятия временных характеристик пропорционального звена и звена запаздывания (задержки) соберите схемы, показанные на рис.2. Установите их параметры, согласно Вашему варианту. Снимите переходную характеристику (точка А) одного из этих звеньев, согласно варианту, а затем импульсную переходную характеристику (точка В).
 |  |
а) б)
 |  |
Рис.2. Схемы для снятия а) переходных и б) импульсных переходных характеристик пропорционального звена и звена запаздывания.
Исследуйте влияние изменения параметров звеньев (для пропорционального звена параметр один – k, для звена запаздывания – два параметра: k и T) на вид переходной и импульсной переходной характеристик. Для этого постройте графики временных характеристик при других значениях каждого параметра звена (увеличить или уменьшить в 2 раза).
 |  |
Схемы для снятия временных характеристик идеального и реального дифференцирующих звеньев, показаны на рис.3.
 |
Рис.3. Схемы для снятия переходных и импульсных переходных характеристик идеального и реального дифференцирующих звеньев.