Частотные характеристики колебательного звена:

а – АЧХ; б – ФЧХ; в – АФХ

Графики логарифмических характеристик имеют вид:

4. Задание для подготовки к работе

Ознакомьтесь с целями, задачами и содержанием лабораторной работы. Изучите теоретические сведения к работе.

Ознакомьтесь с описанием программы VisSim и технологией идентификации типовых звеньев.

5. Порядок проведения экспериментов

Запустите программу VisSim. Поместите на рабочий стол этикетку (пример):

«Студент группы 10-МБ-АУ1 Иванов Иван Иванович. Лабораторная работа № 3. Исследование частотных характеристик типовых линейных звеньев.

Эксперимент 1. Исследование частотных характеристик апериодического звена первого порядка.

В настройках моделирования меню «Simulate» выберите пунк «Simulation Properties…» и щелкните по нему левой кнопкой мыши. Появится понель настроек «Simulation Properties». Устанавливается время начала, конца моделирования и частоту соответственно: Start = 0, End = 20, Frequency = 5 (не забудьте нажать кнопку ОК). Если в появившейся панели настроек второе окно будет поименовано не Frequency, то нажмите на стрелу окна, расположенного правее, и выберите пунк Hertz.

Откройте диаграмму с исследованием апериодического звена, сохраненную на предыдущем занятии (рис. 1).

Рис. 1

Выделить блок апериодического звена, нажав левую кнопку мыши за его пределами и расширив рамку до включения в нее блока. Отпустить кнопку. Блок станет черным. В меню: Analyze выберите команду Nyquist Reponse. На рабочем пространстве появится график АФХ (рис. 2).

Рис. 2.

Растяните область графика. Введите сетку координат: щелкните по нему правой кнопкой мыши и в окне настроек меню Options установите опцию (флажок) Grid Lines (рис. 3.).

Рис.3

Далее получите логарифмические частотные характеристики этого звена. Для этого аналогичным образом выделить блок апериодического звена. В том же меню: Analyze выберите команду Frequecy Response. На рабочем пространстве появятся два графика: ЛАЧХ и АФЧХ (рис. 4).

Рис. 4.

Переместите их вправо и введите сетку координат рис.5., предварительно растянув графики.

Рис. 5.

На верхнем графике, ЛАЧХ, ось ординат должна быть в децибелах. Если нет, то выведите окно настроек и установите в меню Options опцию (флажок) Decibel Y. Для нижнего графика, ЛФЧХ установить значение Y Lower Bound равным -90 градусов. Поставить флажок Fixed Number of Divisions, установить значение Y Divisions равным 6. Нажать OK (рис. 6).

Рис. 6.

Постройте АЧХ и ФЧХ. Для этого в предыдущей модели с ЛАЧХ и ЛФЧХ в окне настройки в меню Options уберите логарифмический масштаб по осям Х и У, отменив опции (флажок) Log X, Log Y (рис. 7). При этом для АЧФ установите верхний предел по оси Х равный 8, нижний – 0, а по оси У – верхний предел равный 3, ниижний – 0. Для ФЧХ установите верхний предел по оси Х равный 10, нижний – 0, а по оси У – верхний предел равный 0, ниижний – -90⁰ .

Далее проведите эксперимент для значений постоянной времени Т = 4с и к = 4. Проанализируйте влияние изменения коэффициента усиления к и постоянной времени Т на характер изменения частотных характеристик звена. Выводы и графики занесите в отчет.

Рис. 7.

Эксперимент 2. Исследование частотных характеристик идеального интегрирующего звена.

Откройте диаграмму с исследованием апериодического звена, сохраненную на предыдущем занятии (рис. 8).

Рис. 8.

Получите логарифмические частотные характеристики этого звена. Для этого выделить блок идеального интегрирующего звена. В меню Analyze выберите команду Frequecy Response. На рабочем пространстве появятся два графика: ЛАЧХ и АФЧХ (рис. 9).

Рис. 9.

Переместите их вправо и введите сетку координат рис.10., предварительно растянув графики. На верхнем графике, ЛАЧХ, ось ординат должна быть в децибелах. Если нет, то выведите окно настроек и установите в меню Options опцию (флажок) Decibel Y. Для нижнего графика, ЛФЧХ установить значение Y Lower Bound равным -90 градусов. Поставить флажок Fixed Number of Divisions, установить значение Y Divisions равным 6. Нажать OK (рис. 10).

Рис. 10.

Постройте АЧХ и ФЧХ. Для этого в предыдущей модели с ЛАЧХ и ЛФЧХ в окне настройки в меню Options уберите логарифмический масштаб по осям Х и У, отменив опции (флажок) Log X, Log Y (рис. 11). При этом для АЧФ установите верхний предел по оси Х равный 8, нижний – 0, а по оси У – верхний предел равный 10, ниижний – 0. Для ФЧХ установите верхний предел по оси Х равный 10, нижний – 0, а по оси У – верхний предел равный 0, ниижний – -90⁰.

Далее проведите эксперимент для значений постоянной времени Т = 4с и к = 4. Проанализируйте влияние изменения коэффициента усиления к и постоянной времени Т на характер изменения частотных характеристик звена. Выводы и графики занесите в отчет.

Рис. 11.

Далее проведите эксперимент для значений постоянной времени Т = 4с и к = 0,4. Проанализируйте влияние изменения коэффициента усиления к на характер изменения частотных характеристик звена. Выводы и графики занесите в отчет.

Эксперимент 3. Исследование переходной функции идеального дифференцирующего звена первого порядка.

Откройте диаграмму с исследованием апериодического звена, сохраненную на предыдущем занятии (рис. 12).

Рис. 12.

Получите логарифмические частотные характеристики этого звена. Для этого выделить блок идеального интегрирующего звена. В меню Analyze выберите команду Frequecy Response. На рабочем пространстве появятся два графика: ЛАЧХ и АФЧХ (рис. 13).

Рис. 13.

Переместите их вправо и введите сетку координат рис.10., предварительно растянув графики. На верхнем графике, ЛАЧХ, ось ординат должна быть в децибелах. Если нет, то выведите окно настроек и установите в меню Options опцию (флажок) Decibel Y.. Нажать OK (рис. 14).

Рис. 14.

Постройте АЧХ. Для этого в предыдущей модели с ЛАЧХ в окне настройки в меню Options уберите логарифмический масштаб по осям Х и У, отменив опции (флажок) Log X, Log Y (рис. 15). При этом для АЧФ установите верхний предел по оси Х равный 10, нижний – 0, а по оси У – верхний предел равный 10, ниижний – 0.

Рис. 15

Далее проведите эксперимент для значений коэффициента усиления к = 4. Проанализируйте влияние изменения коэффициента усиления к на характер изменения частотных характеристик звена. Выводы и графики занесите в отчет.

Эксперимент 4. Исследование частотных характеристик колебательного звена второго порядка.

Откройте диаграмму с исследованием колебательного звена второго порядка, сохраненную на предыдущем занятии (рис. 16). Установите следующие значении параметров Т = 2 с; ξ = 0,3; к = 4.

Рис. 16.

Выделить блок колебательного звена второго порядка. В меню: Analyze выберите команду Nyquist Reponse. На рабочем пространстве появится график АФХ (рис. 17).

Рис. 17.

Растяните область графика. Введите сетку координат: щелкните по нему правой кнопкой мыши и в окне настроек меню Options установите опцию (флажок) Grid Lines (рис. 18.).

Рис.18.

Далее получите логарифмические частотные характеристики этого звена. Для этого аналогичным образом выделить блок этого звена. В том же меню: Analyze выберите команду Frequecy Response. На рабочем пространстве появятся два графика: ЛАЧХ и АФЧХ (рис. 19).

Рис. 19.

Переместите их вправо и введите сетку координат, предварительно растянув графики. На верхнем графике, ЛАЧХ, ось ординат должна быть в децибелах. Если нет, то выведите окно настроек и установите в меню Options опцию (флажок) Decibel Y. Для нижнего графика, ЛФЧХ установить значение Y Lower Bound равным -200 градусов. Поставить флажок Fixed Number of Divisions, установить значение Y Divisions равным 20. Нажать OK (рис. 20).

Рис. 20.

Постройте АЧХ и ФЧХ. Для этого в предыдущей модели с ЛАЧХ и ЛФЧХ в окне настройки в меню Options уберите логарифмический масштаб по осям Х и У, отменив опции (флажок) Log X, Log Y (рис. 21). При этом для АЧФ установите верхний предел по оси Х равный 10, нижний – 0, а по оси У – верхний предел равный 8, ниижний – 0. Для ФЧХ установите верхний предел по оси Х равный 10, нижний – 0, а по оси У – верхний предел равный 0, ниижний – -200⁰ (рис.21).

Рис. 21.

Повторите эксперимент для значений параметров Т = 4 с; ξ = 0,3; к = 2 при амплитуде входного сигнала, равных 4 и Т = 2 с; ξ = 0,6; к = 2 при амплитуде входного сигнала, равных 4.

Проанализируйте влияние изменения постоянной времени Т и относительного коэффициента затухания ξ на характер изменения выходного сигнала. Выводы и графики занесите в отчет.