Файл: Теория автоматического регулирования и управления учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.10.2024
Просмотров: 62
Скачиваний: 0
|
- |
37 - |
|
|
полняют свои |
функции (дифференцирование, интегрирование |
и |
1 |
|
т .д .)? |
|
|
|
|
5. Как влияет |
изменение |
параметров исследуемых элементов |
на |
^ |
их динамические свойстве?
6. Как определить комплексный коэффициент усиления исследуе мых элементов по их логарифмическим амплитудным частот - ным характеристикам?
7. Пояснить получение выражения комплексного коэффициента усиления по выражению_ передаточной функции.
8. Как строится АФЧХ элемента, если известно выражение комп лексного коэффициента усиления?
Ли т е р а т у р а
1.Теория автоматического управления, под общей ред. А.В.На
тушила, ч. I . Изд-во "Высшая школа", 1968, стр. 45-50, 65-87.
2. Воронов А.А. Основы теории автоматического регулирования,
ч.1. Изд-во "Энергия", 1965, стр. 170-176.
3. Вавилов А.А., Солодовников А,И. Экспериментальное опреде ление частотных характеристик автоматических систем. М.-Д.,
ГЭИ, 1963,
4. Красовский А.А., Поспелов Г.С. Основы автоматики и техни
ческой кибернетики. М.-Л., ГЭИ, 1962, стр. 50-58, 162—163.
*
38 -
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПЕРЕХОДНЫХ ФУНК ЦИЙ АНАЛОГОВОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРО
ВАНИЯ |
И УПРАВЛЕНИЯ |
t |
Целью лабораторной |
работы является изучение |
переходных |
и частотных характеристик системы автоматического регулиро - вания (САР) на модели.
Теоретическое введение
Аналоговое моделирование, основанное на тождественности уравнений, описывающих реальный элемент и модель, широко ис пользуется в настоящее время для исследования систем автома тического регулирования. Аналоговые модели строятся как для системы в целом, так и для какой-либо ее части. Например, мо дель регулируемого объекта сочетается с реальным регулятором, что дает возможность всесторонне испытывать последний в нор мальных и аварийных условиях. Модели, предназначенные для со четания с объектом, работают в натуральном масштабе времени. При моделировании САР в целом может быть использован искусст венный масштаб времени, наиболее удобный для создания модели
рующих |
устройств. |
. |
В |
данной работе |
используются модели для исследовании |
временных и частотных характеристик разомкнутой системы авто матического регулирования, которые значительно труднее пону дить расчетным путем или экспериментальным исследованием ре альной системы.
Аналоговая модель системы автоматического регулирования состоит из элементов, соответствующих динамическим звеньям моделируемой системы. Отдельные динамические звенья системы являются элементами направленного действия и описываются
г )
- 39 -
дифференциальными уравнениями не выые второго порядка. Модели динамических звеньев создаются по схеме (рис.3-1)
в виде электронных усилителей, снабженных дополнительными це-^ пями, предназначенными для получения требуемых дифференциаль ных зависимостей между входным и выходным напряжениями. В схеме (рис. 3-1) на входе усилителя последовательно включен двухполюсник z,(p) » а в цепи отрицательной обратной связи-
двухполюсник Z* (р) .
Z J P )
Пользуясь законом Кирхгофа, имеем
Uf-Ц, -[zjp )^ z2(p)l |
(3-1) |
|||||
|
|
м |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
Учитывая, что |
/ = |
к |
, |
можно получить |
|
|
ZJP) |
|
|||||
|
|
|
||||
и,= |
|
|
1 |
z,(p)+z2(p) ] |
|
|
|
|
к |
|
Z2 (р) J |
(3-2) |
|
Если коэффициент усиления |
К |
достаточно |
велик, то |
|||
|
Ц, |
z*(p) |
|
|
|
|
|
Ц |
Zifa) |
• |
(з-з) |
||
Выбирая соответствующим |
образом двухполюсники |
|||||
Zt (p)vi г г (р) . |
п о л у ч и м , |
как |
показано на рис. |
3-2, схемы, |
описываемые уравнениями различных типов динамических звень
ев.
Так, например, для схемы рис. 3-2-а имеем
- 40
Cl |
PI |
Рис. 3 -2 .
~ 41 -
или |
Zi Ф) 3 #f > |
£ г ф ) =JC2 . |
£ = -р Ъ С г |
(3-4) |
|
|
|
|
|
г |
|
|
|
|
иг И) = - ~ |
/6 /, ( t ) d t , |
(3-5) |
• |
||
i . e . |
схема моделирует |
интегрирующее |
звено. Подобным образом |
|
||
можно |
определить назначение |
других схем, изображенных |
на |
|
||
рис. 3-2 б ,в ,г ,д ) . |
|
|
|
|
|
|
При соединении моделей |
звеньев в цепочку следует учиты |
|
||||
вать |
правило знаков, |
т .е . то |
обстоятельство, что каждое зве |
|
но в виде усилителя с отрицательной обратной связью изменяет знак выходного напряжения по отношению к входному. Для удоб ства практического осуществления элементов модели и производ ства измеренийцелесообразно принять искусственный масштаб
времени Л/у |
= 100, моделируя |
истинный частотный диапазон ра |
боты системы |
диапазоном частот |
в пределах 20 - 2000 гц. |
Таким образом, каждой секунде работы исследуемой системы |
||
автоматического регулирования |
в модели соответствует 0,01 сек7 |
°а все постоянные времени реальных элементов должны в модели уменьшиться в 100 раз.
Рис. 3-3.
Снятие частотных характеристик динамического звена ДЗ или цепочки звеньев производится по схеме рис. 3-3 с помощью ка-
- 42 -
годного вольтметра КВ и электронного осциллоскопа 30 с фа зовращающей цепочкой ФВ при питании входа звена (цепочки звеньев) от генератора звуковой частоты ЗГ.
Для снятия амплитудно-частотной характеристики,напряже ние на входе модели поддерживается постоянным по вольтметру звукового генератора, а на выходе измеряется катодным вольт метром. Для фазочастотных характеристик сдвиг фаз между вы - ходным и входным напряжениями измеряется компенсационным ме тодом по фигуре Лиссажу на экране электронного осциллоскопа, для чего входное напряжение сдвигается с помощью фазовращаю щей цепочки ФВ так, чтобы на экране электронно-лучевой труб ки эллиптическую фигуру превратить в прямую линию. Сдвиг фаз фазовращающей цепочки (рис. 3-4) регулируется магазином соп ротивления J?ga .
|
Вис. 3-4. |
|
|
Для расчета угла сдвига фаз при различных частотах состав |
|||
ляется таблица, в которую заносятся значения частоты (по |
лим |
||
бу ЗГ), емкости конденсатора |
фазовращающей цепочки С#> |
и со |
|
противления |
магазина Rtp, |
|
|
Значение |
угла сдвига фаз |
У* рассчитывается но формуле |
|
j - |
4>~2arctg |
, |
(5. 6) |
|
где |
частота |
генератора, |
гч; |
|
|
|
Со,- |
емкость |
цепочки, ср |
•, |
|
Нф~ сопротивление цепочки, ом.
Снятие переходных функци.: производится путем подачи на вход П-обрззннх периодических импульсов напряжения, которые снимаются с выхода электронного ограничителя, питаемого от звукового генератора СГ по схеме рис. 3-Г.
Рис. 3-5.
Ограни- |
|
г - 4 У |
|
|
|
.«Hi52 |
|
|
|
f “ |
И |
Ап5Г |
__ |
41 -TШ , |
|
|
> К |
ш |
? |
|
|
“ |
1 |
R4~336k |
C1.C2.C3.C5.C6 - m o |
U - 1 H |
|
R 2-U 7k |
CU.C15-0,015 |
|
|
R\Rk.R6-120k |
C7.C11.C17-0,022 |
|
|
R5-30k |
С&.СЯ.СЦСН.Ш- o,m |
|
|
R7, RS, R11-150k |
C10t Cfk, С1Я - 5Ю0 |
|
|
R&.R10,Rtf-110k |
CIS-0,05 |
|
|
Рис. 3-6.
Частота периодизации переходного процесса выбирается ус тановкой лимба звукового генератора ЗГ таким образом, чтобы в пределах избранного цикла получить установившееся состоя - ние. Переходные функции наблюдаются на экране электронного