ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТИПОВЫХ ЗВЕНЬЕВ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ




 

 

Цель работы: ознакомление с расчетными и экспериментальными способами исследования переходных характеристик типовых звеньев (ТЗ) систем автоматического регулирования (САР), развитие навыков работы с электронными приборами.

 

 

5.1. Теоретические сведения

 

Переходный процесс – это изменение во времени регулируемой величины, вызываемое изменением внешних воздействий по сравнению с их значениями в первоначальном равновесном состоянии. При исследовании переходных процессов обычно полагают, что внешние воздействия или входной сигнал изменяются ступенчатым образом (см., в частности, рис. 3.2 часть 2 методических указаний). Ступенчатая функция является наиболее “тяжелым” видом возмущения, так как показатели возбуждаемого ею переходного процесса получаются наименее благоприятными. Вместе с тем ступенчатая функция весьма удобна при экспериментах и их математическом анализе.

Переходные процессы в линейных звеньях или системах обычно описываются линейными дифференциальными уравнениями, которые исследуются довольно просто. Переходные процессы в нелинейных системах плохо поддаются описанию математическими зависимостями и поэтому для исследования таких систем применяются различные методы приближенных вычислений.

С переходным процессом в ТЗ САР связано понятие переходной характеристики, которая представляет собой изменение во времени выходных параметров звена Хвых(t) при ступенчатом единичном входном сигнале:

 

Хвх(t) = X0[1(t)]

 

и нулевых начальных условиях. Переходная характеристика или переходная функция определяется как решение дифференциального уравнения ТЗ при ступенчатом входном сигнале.

Теоретические сведения о виде переходных характеристик для различных ТЗ САР сравнительно подробно изложены в разделе "Типовые звенья систем автоматического регулирования, их статические и динамические характеристики" (часть 2 методических указаний). В теоретической части работы помимо вышеизложенных сведений должны быть изложены следующие вопросы:

- усилительное (пропорциональное) звено, его уравнение и переходная функция;

- апериодическое звено, его уравнение и переходная функция;

- колебательное звено, его уравнение и переходная функция, изменение переходной функции и вида колебательного звена в зависимости от изменения коэффициента демпфирования;

- дифференцирующее звено (идеальное и реальное), его уравнение и переходная функция;

- интегрирующее звено, его уравнение и переходная функция.

Помимо электронных вариантов ТЗ САР в теоретической части работы должны быть перечислены и их механические аналоги.

 

 

5.2. Описание лабораторной установки

 

Лабораторная установка предназначена для реализации переходных процессов в ТЗ САР, а также для экспериментального исследования их переходных характеристик. Ввиду того, что в лабораторных условиях наиболее просто реализуются ТЗ в виде электрических цепей, к рассмотрению в работе в качестве апериодического, колебательного, реального дифференцирующего и других звеньев приняты C-R, R-C, R-L-C и т. д. цепи.

Ступенчатый сигнал на входе в исследуемое звено задается генератором прямоугольных сигналов, а изменение сигнала на выходе отражается двухлучевым осциллографом. Частота прямоугольных импульсов (?) выбирается такой, чтобы за время цикла переходной процесс в ТЗ успел бы полностью закончиться. Период сигнала? = 2π / ω θспользуется, как правило, для определения масштаба времени по горизонтальной оси экрана осциллографа. Схема включения приборов для реализации переходных процессов и исследования переходных характеристик ТЗ САР выглядит следующим образом:

 

 

Генератор прямоугольных импульсов представляет собой источник импульсов прецизионной (точной) амплитуды и формы, предназначенной для исследования, настройки и испытаний систем и приборов, используемых в автоматике. Он обеспечивает на низкоомном выходе на нагрузке Rн = 50 ± 2,5 Ом импульсы положительной или отрицательной полярности с крутым фронтом и плоской вершиной при напряжении питающей сети 220 ± 22 В и частоте 50 ± 0,5 Гц. Частота следования, длительность и амплитуда импульсов, а также соотношение между длительностью импульса и скважины являются регулируемыми параметрами. Генераторы прямоугольных импульсов могут “запускаться” внешним импульсным или синусоидальным напряжением. Амплитуда выходных импульсов изменяется в пределах 10 мВ…10 В, причем весь диапазон разбит на 3…5 поддиапазонов. Основная погрешность установки амплитуды основных импульсов в режиме постоянного тока не должна превышать (0,01…0,007) V (V – установленное значение амплитуды основных импульсов).

В качестве типовых звеньев используются:

- усилительное (пропорциональное) звено;

- апериодическое звено;

- дифференцирующее звено;

- колебательное звено;

- реальное дифференцирующее звено со статизмом, а также различные соединения данных ТЗ.

Осциллограф – это прибор, предназначенный для визуального наблюдения на экране осциллографической трубки периодических, непрерывных и импульсных процессов с частотой до 1 ГГц и выше, а также непериодических процессов продолжительностью не менее 0,1 сек. (в зависимости от типа осциллографа). К горизонтально отклоняющим пластинам электроннолучевой трубки от автономного генератора подводится напряжение развертки. Длительность развертки составляет от 0,1 мсек. до 10 сек. Измеряемый сигнал подается на вертикальные отклоняющие пластины непосредственно или через усилитель с полосой пропускания до 500 МГц. В лабораторной установке используются универсальные осциллографы типа С1 (С1-54 или С1-159). Использование в лабораторной установке импульсного осциллографа С1-54 позволяет упростить ее схему, так как этот осциллограф имеет встроенный генератор импульсов (блок “Калибровка”) и необходимость в автономном генераторе прямоугольных импульсов отпадает.

 

 

5.3. Порядок выполнения работы

 

1. Ознакомиться с устройством лабораторной установки и ее структурными элементами:

- генератором прямоугольных импульсов;

- блоком ТЗ;

- осциллографом,

а также с основными правилами и приемами работы на них.

2. Задаваясь основными параметрами ТЗ САР (R = 680…700 Ом, С = 200 мкФ и L = 4,6 · 10-7 Гн) и используя выражения для передаточных функций звеньев, расчетным путем определить коэффициенты дифференциальных уравнений и составить самим дифференциальные уравнения ТЗ, используя следующие соотношения:

 

- усилительное (пропорциональное) звено:

 

W(p) = K, К = R2 / (R1 + R2);

 

- апериодическое звено:

 

W(p) = K / (1 + T p), K = R2 / (R1 + R2), T = C [R1R2 / (R1 + R2)];

 

- колебательное звено:

 

W(p) = K / (T02p2 + Tp + 1) или W(p) = К / (Т02р2 + 2Т? + 1), К = 1,

 

Т0 = vLC, Т = RC, ξ = R · (vL / C) / 2;

 

- дифференцирующее реальное звено:

 

W(p) = K · Tp / (Tp + 1), К = 1, Т = RC;

 

- реальное дифференцирующее звено со статизмом:

 

W(p) = K (T1p + 1) / T2 p + 1, К = R2 / (R1 + R2), Т1 = R1 · C1, Т2 = К · Т1.

 

При составлении дифференциального уравнения звена для представленного типа ТЗ следует помнить, что W(p) = Uвых / Uвх.

3. Применяя основные формулы, представленные в разделе "Типовые звенья систем автоматического регулирования, их статические и динамические характеристики" (часть 2 методических указаний), и подставляя в них полученные в п. 2 параметры ТЗ, записать уравнения переходной функции для исследуемых звеньев.

4. По полученным в п. 3 формулам построить расчетным способом графические зависимости переходных функций h = h(t) для изучаемых ТЗ.

5. Включить и прогреть в течение 5…10 мин лабораторную установку, произвести ее настройку. При этом в схему должно включаться одно из исследуемых ТЗ.

6. Подать рабочее напряжение на звено (не более 5 В), получить изображение переходной функции (переходного процесса) на экране осциллографа и визуально (по форме процесса) сравнить его с полученной в п. 4 расчетной графической зависимостью для исследуемого ТЗ.

7. Повторять п.п. 5 и 6 лабораторной работы для других исследуемых ТЗ. Число и тип исследуемых в работе звеньев задается преподавателем.

8. Отключить лабораторную установку.

9. Оценить полученные результаты и оформить выводы по работе.

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫПО РАБОТЕ

 

1. Каковы общие признаки ТЗ?

2. Привести механические аналоги исследуемых в работе электронных ТЗ.

3. Привести алгоритм составления дифференциальных уравнений звеньев.

4. Привести алгоритм составления уравнений переходных функций ТЗ.

5. Объяснить физический смысл коэффициентов дифференциальных уравнений ТЗ.

6. Объяснить при каких режимах работы ТЗ в них протекают переходные процессы.

7. Дать объяснение понятий: переходный процесс, переходная функция и переходная характеристика ТЗ.

8. Показать, как влияют параметры электронных ТЗ на характер (L, R и С) переходных процессов в них.

9. Особенности переходного процесса в колебательном ТЗ. Влияние коэффициента демпфирования на переходный процесс в этом звене.

10. Особенности переходного процесса в пропорциональном ТЗ.

11. Лабораторная установка, ее схема и способы ее упрощения.

12. Анализ функционального назначения основных элементов лабораторной установки.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-16 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: