Цель работы: ознакомление с типовыми звеньями САУ, приобретение навыков получения различных соединений звеньев. Изучение особенностей работы звеньев и их соединений в установившемся состоянии. Получение статических характеристик звеньев и их соединений.
4.1. Теоретические сведения
Основные теоретические сведения о типовых звеньях САУ изложены в разделе "Типовые звенья систем автоматического регулирования, их статические и динамические характеристики" (Часть 2 методических указаний). Поэтому в теоретической части работы необходимо в первую очередь отразить следующие вопросы:
- необходимость введения понятия “типовое звено” в автоматике;
- что понимается под “типовым звеном” в автоматике, основные типы звеньев;
- типы соединений типовых звеньев.
Все типовые звенья линейных систем с постоянными сосредоточенными параметрами делятся на 4 основных типа: умножающие на постоянную величину (масштабные), суммирующие, интегрирующие, дифференци- рующие. В теории автоматического управления рассматриваются как эти 4 основных типа звеньев (не поддающихся дальнейшему расчленению), так и типовые звенья несколько более сложной структуры, чем элементарные, но больше соответствующие реальным элементам (неидеальные интегрирующие и дифференцирующие звенья, идеальное форсирующее звено и т. д.).
Для того, чтобы охарактеризовать элементы автоматики с точки зрения их работы в САУ, выбирается одна величина на входе (Хвх) и одна на выходе (Хвых) элемента. Значения этих величин, а также их производных и интегралов определяют инерционность элемента и обуславливают возникновение в нем переходного процесса при изменении входной величины. С другой стороны, эти величины не дают представления о мощности элемента и совершенной им работе.
По завершении переходного процесса устанавливается определенное соотношение между Хвх и Хвых (или между одной из этих величин и производными или интегралами от другой), более уже не меняющиеся во времени, то есть наступает установившееся состояние системы.
Статической характеристикой звена системы называется зависимость выходной величины от входной для установившихся состояний процесса.
Элементы автоматики имеют разнообразные статические характеристики, которые, как правило, нелинейны. При использовании же звеньев с непрерывными статическими характеристиками в САУ требуется, чтобы статическая характеристика представляла собой линейную зависимость Хвых = k · Хвх, где k – постоянная величина, называемая передаточным коэффициентом или коэффициентом усиления. Линейная статическая характеристика имеет вид прямой, проходящей через начало координат под углом? = arctg k.
4.2. Описание лабораторной установки
Лабораторная установка представляет собой стенд, на котором собраны 6 типов звеньев электронной автоматики, а именно:
- усилительное (пропорциональное) звено;
- апериодическое звено;
- дифференцирующее звено;
- колебательное звено;
- колебательное звено с декрементом затухания? = 0;
- реальное дифференцирующее звено со статизмом.
Все типовые звенья собраны из электронных элементов, не отличающихся по своим характеристикам. Использовались:
- постоянные сопротивления с R = 680…700 Ом;
- электролитические конденсаторы с С = 200 мкФ (Uпред = 50 В);
- катушки индуктивностью L = 4,6 · 10-7 Гн.
Для каждого типового звена на стенде предусмотрено по 4 клеммы, через которые:
- к звеньям подводится электропитание;
- подключаются контрольные измерительные приборы;
- обеспечивается соединение звеньев друг с другом с целью получения более сложных типов звеньев.
Питание типовых звеньев может осуществляться либо постоянным током от блока питания УИП – 2, либо пульсирующим током, получаемым от сети через понижающий трансформатор и мостовую диодную схему двухполупериодного выпрямления. Величина напряжения на входе звена – Uвх = 20…30 В. Для измерения выходного напряжения рекомендуется использовать цифровой вольтметр типа В7-22А, который обеспечивает высокую точность измерений.
4.3. Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с устройством лабораторного стенда, с расположением и схемами типовых звеньев.
2. Изучить порядок включения блока питания УИП – 2 и правильные приемы работы на нем.
3. Включить блок питания в сеть. Установить переключатель рода тока в левое положение. Переключатель диапазонов напряжений установить в положение, обеспечивающее требуемое напряжение на входе типового звена. Ручкой регулятора напряжений установить стрелку прибора в “нулевое” положение.
4. Включить в сеть цифровой вольтметр В7-22А и дать ему прогреться в течение 5…10 мин.
5. Соединить входные клеммы типового звена с блоком питания. Выходные клеммы звена соединить с цифровым вольтметром.
6. Подготовить заготовку рабочей таблицы в следующем виде согласно заданию на лабораторную работу:
7. Поворачивая ручку регулятора напряжения блока питания по часовой стрелке, фиксировать по шкале прибора блока заданные значения входного напряжения, а по цифровому вольтметру – выходного напряжения. Результаты испытаний заносятся в рабочую таблицу.
8. Соединения типовых звеньев [по указанию преподавателя] реализуются следующим образом:
- последовательное соединение двух звеньев:
- параллельное соединение двух звеньев:
9. Испытание соединений типовых звеньев производится при тех же входных напряжениях и в той же последовательности, что и для отдельных типовых звеньев.
10. После завершения исследований отключить установку: выключить блок питания, а затем – цифровой вольтметр. Привести лабораторный стенд в исходное состояние.
11. Для каждого типового звена и выбранного соединения построить статическую характеристику Uвых = f(Uвх), оценить ее линейность и, проводя линеаризацию характеристики методом секущей по граничным точкам, оценить максимальное отклонение зависимости от линейного закона и определить передаточный коэффициент звена (соединения) k. Результаты отразить в отчете к лабораторной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫПО РАБОТЕ
1. Дать определение “типового звена” автоматики.
2. Обосновать необходимость введения типовых звеньев в САУ.
3. Основные типы звеньев САУ.
4. Дать общую характеристику:
- усилительного (пропорционального) звена;
- апериодического звена;
- колебательного звена;
- дифференцирующего звена;
- интегрирующего звена.
5. Соединения типовых звеньев САУ.
6. Свойства звеньев, обуславливающих протекание в них переходных процессов.
7. Дать определение статической характеристики типового звена.
8. Режимы работы звеньев, при которых определяются статические характеристики.
9. Линеаризация статической характеристики звена.
10. Передаточный коэффициент звена, его физический смысл.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5