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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

 

-

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