Лабораторная работа № 2 «исследование статических и астатических систем автоматического регулирования»

Цель работы – изучение статических и динамических характеристик статической и астатической систем автоматического управления.

Общие сведения

Модель лабораторного стенда позволяет выполнить исследование статической и астатической системы автоматического регулирования (рис. 2).

В качестве объекта регулирования используется модель двигателя постоянного тока независимого возбуждения.

Модель лабораторного стенда содержит:

-модель регулятора;

-модель управляемого выпрямителя;

-модель двигателя постоянного тока;

-датчик скорости (тахогенератор ТГ);

-датчик момента сопротивления на валу двигателя;

-задающее устройство ЗУ;

-осциллограф;

-амперметр, показывающий ток двигателя;

-измерительный прибор, показывающий скорость двигателя в об/мин.

РЕГУЛЯТОР

Регулятор выполнен на операционных усилителях.

Первый усилитель выполняет функцию элемента сравнения. Выходным сигналом усилителя является отклонение регулируемой величины от заданного значения.

В статическом регуляторе (рис. 3) второй усилитель является масштабным. Коэффициент усиления усилителя, а, следовательно, и коэффициент усиления регулятора Кр может изменяться от 1 до 10.

В астатическом регуляторе (рис. 4) второй усилитель является интегрирующим. Постоянная времени интегрирующего усилителя Тр может изменяться от 1 сек. до 5 сек.

Рис. 2 Схема модели лабораторного стенда

Рис. 3. Статический регулятор

Рис. 4 Астатический регулятор

УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Управляемый выпрямитель является инерционным элементом с коэффициентом усиления равным 25. Контроль за напряжением выпрямителя осуществляется с помощью встроенного вольтметра. К выходу выпрямителя подключен двигатель постоянного тока.

В исследуемых системах управляемый выпрямитель выполняет функции исполнительного элемента.

ДВИГАТЕЛЬ

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения является объектом регулирования. Ток двигателя контролируется с помощью амперметра.

Нагрузка двигателя (момент сопротивления на валу) может изменяться. Для изменения момента следует нажимать клавиши 3 и 4.

ДАТЧИК СКОРОСТИ (ТГ)

Датчиком скорости является тахогенератор. Скорость вращения двигателя преобразуется с помощью тахогенератора в напряжение.

Измерительный прибор, расположенный справа от осциллографа, показывает величину скорости вращения двигателя.

ДАТЧИК МОМЕНТА

Момент сопротивления на валу двигателя измеряется с помощью датчика и преобразуется в электрический сигнал (напряжение). Измерительный прибор датчика показывает величину момента сопротивления в Н∙М.

ЗАДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ЗУ

Задающее устройство представляет собой источник регулируемого напряжения.

Изменение напряжения на выходе ЗУ осуществляется нажатием клавиш 1 и 2. Вольтметр задающего устройства показывает величину установленного напряжения (задающего напряжения Uз).

Задающее напряжение подается на первый вход регулятора. Скорость двигателя устанавливается в соответствии с установленной величиной задающего напряжения.

ОСЦИЛЛОГРАФ

Осциллограф предназначен для наблюдения за изменением скорости двигателя в процессе работы исследуемых систем управления. Развертка осциллографа включается в режиме < РАБОТА >. В нижней части экрана осциллографа наносятся отметки времени. Интервал между отметками равен 1 секунде. Интервал между отметками зависит от типа компьютера и может быть иным. С помощью временных меток можно определить время переходного процесса.

Режимы:

- ИСХОДНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ

- РАБОТА

- УСТАНОВКА ПАРАМЕТРОВ

Индикатор режимов расположен в левом верхнем углу экрана дисплея.

Переход из режима <ИСХОДНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ> в режим <РАБОТА> и обратно осуществляется нажатием клавиши ↑

Режим < РАБОТА >

В режиме < РАБОТА > выполняется исследование систем автоматического регулирования.

Режим < ИСХОДНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ (ИСХ.П.)>

Режим < Исходное положение > предназначен для установки величины задающего напряжения Uз. Напряжение Uз устанавливается нажатием клавиш 1 и 2. Величина момента сопротивления на валу двигателя устанавливается нажатием клавиш 3 и 4.

Режим < УСТАНОВКА ПАРАМЕТРОВ >

Переход в режим <Установка параметров> осуществляется из режима < Исходное положение > нажатием на клавишу → .

Этот режим предназначен для установки параметров регулятора.

При исследовании статической системы регулирования скорости двигателя, нажатием на клавишу 0 можно установить коэффициент усиления регулятора Кр в пределах от 1 до 10. Начальное значение Кр равно единице. При исследовании астатической системы регулирования скорости двигателя, нажатием на клавишу 0 можно установить постоянную времени регулятора Тр в пределах от 1 с до 5 с. Начальное значение Тр равно 5 с.

Порядок выполнения работы

1. Исследование статической системы.

═════════════════════════════════════════════

1.1.Установить Кр=1, Uз=9.4 В, М=0 НМ.

Перейти в режим <РАБОТА> и наблюдать процесс разгона двигателя при моменте сопротивления равном нулю, т.е. на холостом ходу. Зарисовать кривую изменения скорости двигателя. По окончании переходного процесса записать значение скорости.

Нажимая на клавишу < 3 > установить величину момента сопротивления равной 100 НМ.

После окончания переходного процесса записать новое значение скорости. Вычислить уменьшение скорости, вызванное увеличением момента от 0 до 100 НМ.

1.2. Установить Кр=5, Uз=3.6 В, М=0 НМ.

Повторить процесс разгона двигателя, а затем изменить момент сопротивления от 0 до 80 НМ. Записать значения скорости при М=0 НМ и при М= 80 НМ. Вычислить уменьшение скорости.

1.3. Установить Кр=10, Uз=2.8 В, М=0 НМ. Исследование повторить.

По результатам исследований построить нагрузочные характеристики системы и определить статизм.

2. Исследование астатической системы.

═════════════════════════════════════════════

2.1.Установить Тр=5 с, Uз=3 В, М=0 НМ.

Перейти в режим <РАБОТА> и наблюдать процесс разгона двигателя при моменте сопротивления равном нулю, т.е. на холостом ходу. Зарисовать кривую изменения скорости двигателя. По окончании переходного процесса записать значение скорости.

Нажимая на клавишу < 3 > установить величину момента сопротивления равной 100 НМ.

После окончания переходного процесса записать новое значение скорости.

2.2.Установить Тр=2 с, Uз=3 В, М=0 НМ.

Повторить процесс разгона двигателя, а затем изменить момент сопротивления от 0 до 80 НМ. Записать значения скорости при М=0 НМ и при М=100 НМ.

2.3. Установить Тр=1 с, Uз=3 В, М=0 НМ. Исследование повторить. По результатам исследований построить нагрузочные характеристики системы.

Требования к отчёту

Отчёт по лабораторной работе должен содержать:

• структурные схемы статической и астатической систем;

• нагрузочные характеристики;

• кривые разгона двигателя для статической и астатической систем.

Вопросы для самоконтроля

• В чем отличие статического регулятора от астатического?

• Как статизм системы зависит от коэффициента передачи статического регулятора?

• Зависит ли вид нагрузочной характеристики астатической системы от постоянной времени астатического регулятора?

• Чем отличаются переходные процессы разгона двигателя для статической и астатической систем?