|
|
Исследование статических и астатических систем автоматического управления.МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» КАФЕДРА «ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ»
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ
Составитель ст. преподаватель кафедры «Электроснабжение» Псарев А.И.
Орел 2014 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 Моделирование и исследование характеристик типовых динамических звеньев систем автоматического управления. Цель работы. Целью лабораторной работы является получение навыков разработки электронных моделей типовых динамических звеньев САУ, исследование их частотных и переходных характеристик на этих моделях. Такими звеньями, в частности, являются инерционное, инерционное форсирующее, а также звенья второго порядка (колебательное и апериодическое). Теоритичиские сведенья. Экспериментальные исследования характеристик типовых звеньев САУ проводятся в среде ASIMEC. Электронные модели звеньев выполняются на основе операционных усилителей (см. табл. 1). Некоторые особенности схем электронных моделей определяются использованием инвертирующего входа операционных усилителей. Если в модели между входом и выходом содержится нечетное количество усилителей, то выходной сигнал дополнительно сдвигается на 180° относительно сигнала объекта, подлежащего исследованию. Поэтому схемы моделей в прямой цепи между входом и выходом обязательно должны содержать чётное количество усилителей, то есть при проведении экспериментальных исследований с моделями, приведенными в табл. 1, необходимо последовательно включать еще одну схему пропорционального звена с единичным коэффициентом передачи (инвертор напряжения). На рис. 1 приведена схема подключения приборов и источников напряжения к электронной модели какого-либо из указанных выше типовых звеньев (условно назовем ее лабораторной установкой). Вход этой установки через ключ S1 (он находится в «ящике» Устройства коммутации) подключен к положительному полюсу источника постоянного напряжения E1, а через ключ S2 — ко входу плоттера Боде. Для удобства измерения выходного напряжения Uвых электронной модели величина напряжения источника устанавливается исходя из соотношения , где k — коэффициент передачи звена, тогда установившееся значение выходного напряжения Uвых =1 В \ Рисунок 1. Управление режимами работы лабораторной установки осуществляется с помощью ключей S1 и S2 . При исследовании переходных характеристик ключ S1 замкнут, а ключ S2 — разомкнут, и, наоборот, при исследовании частотных характеристик ключ S1 размыкается, а ключ S1 — замыкается. Ключи S1, S2 по умолчанию имеют сопротивление 1 Ом в замкнутом состоянии и 1 МОм — в разомкнутом. Этого явно недостаточно, если на входе модели устанавливается сопротивление 100 кОм, поэтому сопротивление ключа в разомкнутом состоянии следует принять равным 1 Гом (это осуществляется двойным щелчком клавиши мыши по изображению элемента и введением соответствующего значения в омах). Кроме этого, здесь же нужно на- значить клавишу (Key), которой будет коммутироваться ключ для S1 и S2 они должны быть различными). Основные приемы, применяемые при исследовании временных и частотных характеристик звеньев, изложены выше в приложении 1. настоящего пособия. Следует также отметить, что угловая частота, например среза, рассчитывается по соотношению ωcp = 2πfcp .
Ход работы. Лабораторная работа выполняется в программе ASIMEC. 1. Собрать схему модели апериодического (инерционного) звена (рис. 2), установить значения R1 = R3 = R4 =100 кОм. По формуле рассчитать параметры остальных элементов в соответствии с данными, приведенными в табл. 2 для индивидуального варианта. 2. Получить переходную характеристику и определить время переходного процесса tпп . 3. Получить экспериментальные ЛАЧХ и ЛФЧХ, замерить частоту среза ωcp и значение фазы ϕcp на этой частоте.
Рисунок 2.
Таблица 1.
4. Увеличить значения постоянной времени Т звена в два, три и четыре раза и повторить выполнение заданий по п.п. 2. и 3. 5. Построить графики зависимостей tпп = f (T) , ωcp = f (T) и ϕcp = f (T) . 6. Оценить влияние величины постоянной времени на характеристики апериодического (инерционного) звена.
Контрольные вопросы: 1. Как количественно величина постоянной времени связана с временем переходного процесса в инерционном звене?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 Исследование статических и астатических систем автоматического управления.
Цель работы Исследование на электронной модели характеристик статических и астатических САУ в статических и динамических режимах работы.
Теоритические сведенья. На рис 1 а приведена структурная схема подлежащей исследованию статической САУ, а на рис. 2, б — схема ее электронной модели. В схеме модели (рис. 2, б) звено с передаточной функцией W1( p) реализовано на двух операционных усилителях DA1 и DA2 . Так сделано для удобства изменения коэффициента пере- дачи звена в процессе исследования САУ. В этом случае: За счет этого при изменении коэффициента передачи k1 изменяется только коэффициент передачи k11 усилителя DA1, т.е. значение сопротивления R3, в то время как значения сопротивлений R1 и R2 (они устанавливаются равными друг другу) и параметры элементов усилителя DA2 остаются без изменения. Исследования статической и астатической САУ проводятся при условии постоянства коэффициента передачи по возмущающему воздействию k3 . При этом второе инерционное и интегрирующее звенья в астатической САУ меняются местами, т.е. резистор R7 включается в цепь обратной связи усилителя DA4 . Граничное значение коэффициента передачи статической и астатической САУ рассчитывается по выражению.
Рисунок 1. При исследовании обеих систем на их электронных моделях следует принимать номиналы сопротивлений R1 = R2 = R4 = R6 = R8 = R9 = R10 = R12 = R13 =100 кОм. Параметры остальных элементов рассчитываются по формулам: – для статической САУ: – для астатической САУ: Параметры остальных элементов принимаются такими же, как у статической САУ. В цепи обратной связи установлен ключ S1. Он замыкается при исследовании временных характеристик САУ и размыкается при исследовании их логарифмических частотных характеристик разомкнутой системы. На рис. 2 приведена схема лабораторной установки для снятия характеристик САУ. На вход 1 через переключатель S2 подается напряжение источника E1 (задающее воздействие), на вход 2 через переключатель S3 — напряжение источника E2 (возмущающее воздействие), изменяющееся от 0,1 до 0,4 В. Ес- ли E1 = koc , то установившееся значение выходного напряжения САУ Uуст0 = 1 В. Все переключатели коммутируются независимо друг от друга. Это достигается назначением различных клавиш. Величина выходного напряжения в статическом режиме измеряется осциллографом после полного окончания переходных процессов. При снятии частотных характеристик переключатели S2 и S3 размыкаются, замыкается переключатель S4 при разомкнутом переключателе S1 электронной модели (рис.1, б). Сопротивления ключей S1—S4 устанавливаются равными 1 ГОм. Для измерения среднего значения установившегося напряжения к выходу 1 подключен вольтметр PV1. Измерение запаса устойчивости по амплитуде и фазе описано в приложении 1. Частотные характеристики снимаются только для статической САУ. Рисунок 2.
Ход работы. Исследование статической САУ Лабораторная работа выполняется в программе ASIMEC. 1. В соответствии с вариантом исходных данных (см. табл. 1) по формуле рассчитать граничное значение коэффициента передачи САУ и параметры элементов электронной модели.
Таблица 1.
2. Установить значение резистора
3. Установить значение резистора R3 , обеспечивающее величину коэффициента передачи разомкнутой цепи K = 0,2Kгр , и, замкнув ключ S2 при разомкнутом ключе S3, снять переходную характеристику САУ по задающему воздействию, измерив после окончания переходного процесса максимальное Uмакс,з значение выходного напряжения и время переходного процесса tпп,з . При этом убедиться, что вольтметр PV1 показывает установившееся значение выходного напряжения Uуст0 = 1 В (при E2 = 0 ). Рассчитать перерегулирование при подаче задающего воздействия. 4. Установить напряжение источника E2 , равное 0,1 В. Замкнуть ключ S3 при замкнутом ключе S2 , дождаться завершения переходного процесса и снять переходную характеристику САУ по возмущающему воздействию. При этом вольтметром PV1 измерить установившееся Uуст, 1 , а осциллографом — минимальное Uмин, в значения выходного напряжения. Рассчитать величины 0,95⋅Uуст1 , 1,05⋅Uуст1 и измерить время переходного процесса tпп,в . Рассчитать перерегулирование при подаче на вход САУ возмущающего воздействия. Примечание. Если все изменения на переходной характеристике происходят в области ±5 % от установившегося значения напряжения Uуст1 , то принять tпп,в = 0 . 5. Установить E2 = 0,2 В, замкнуть переключатели S2 и S3, включить установку и измерить вольтметром PV1 установившееся значение выходного напряжения Uуст2 . Эксперимент повторить при E2 = 0.3 В и E2 = 0.4 В с получением напряжений Uуст3 и Uуст4 . 6. Разомкнуть ключи S1 (см. рис. 1, б), S2 , S3 (см. рис2), замкнуть ключ S4 , включить клавишу «Частотный анализ» и с помощью плоттера измерить запасы устойчивости по фазе Δϕ и амплитуде ΔG . 7. Установить R3 , обеспечивающее K = 0,3K‹р , K = 0,5K‹р , K = 0,8Kгр и повторить выполнение заданий пп 3-6. По экспериментальным данным построить графики семейства внешних характеристик САУ Где, Uуст1 и Uуст2 — установившиеся значения выходного напряжения САУ при E2 = 0,1 В и E2 = 0,2 В соответственно, и построить график зависимости S = f (K) . 8. Оценить влияние коэффициента передачи K на статические и динамические характеристики статической САУ. Исследование астатической САУ. 1. Собрать схему астатической САУ, перенеся резистор R7 в цепь обратной связи усилителя DA4 и включив его параллельно конденсатору C3 , поменяв тем самым местами инерционное и интегрирующее звенья. По формулам R7 = R9 ⋅ k3, произвести пересчет номиналов указанных элементов. 2. Установить R3 = R3,гр , напряжение источника E1 = koc , замкнуть переключатель S2 при разомкнутых переключателях S3, S4 и убедиться, что на выходе САУ имеют место установившиеся гармонические колебания. 3. Установить R3 , обеспечивающее значение K=0,2Kгр , напряжение источника E2 = 0,1 В, замкнуть переключатель S2 и, замыкая переключатель S3, измерить величины Uвых,в и tпп,в . При этом следует убедиться, что выходное напряжение САУ устанавливается на уровне Uуст0 =1 В. По формуле рассчитать перерегулирование при приложении возмущающего воздействия. 4. Установить R3 , обеспечивающее K = 0,3K‹р , K = 0,5K‹р , K = 0,8Kгр , и повторить выполнение заданий п. 3. 5. По экспериментальным данным построить зависимости
и сравнить их с аналогичными зависимостями для статической САУ. 6. Оценить влияние астатизма на статические и динамические характеристики САУ по отношению к статической САУ. Контрольные вопросы 1. Возможно ли получение в статической САУ нулевой статической ошибки? 2. Как связать частоту собственных колебаний переходной характеристики для САУ, работающей на границе устойчивости, с корнями характеристического уравнения? 3. Почему внешние статические характеристики статической САУ исходят из одной точки? 4. Для любой статической системы это свойство будет иметь место? 5. При каком коэффициенте передачи K переходная характеристика статической САУ при подаче задающего воздействия будет апериодической? 6. Почему в астатической САУ величина статической ошибки равна нулю (ответ обосновать математически)? 7. Почему в астатической САУ перерегулирование при подаче возмущающего воздействия больше, чем в статической (ответ обосновать математически)?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|