ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 1

ВИВЧЕННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ УСТАНОВКИ СУЛ-3

Мета роботи: Вивчити конструкцію й особливості роботи моделюючої установки СУЛ-3.

ПРОГРАМА РОБОТИ

1. Вивчити призначення установки.

2. Ознайомитися з конструкцією і технічними даними лабораторної установки СУЛ-3.

3. Вивчити конструкцію панелі керування і призначення окремих блоків.

ПРИЗНАЧЕННЯ УСТАНОВКИ

Система управління лабораторна СУЛ-3 призначена для формування керуючих впливів, що забезпечують керування реальними фізичними об'єктами.

Система може використовуватися автономно, у комплексі з ЕОМ і в комплексі з реальним об'єктом керування. У автономному режимі реалізується аналогове моделювання фізичних систем із застосуванням вмонтованих генераторів детермінованого і випадкового впливу, обчислювача оцінок якості керування і вимірювального пристрою. У комплексі з ЕОМ реалізується модель цифрової системи з безупинним об'єктом керування. Вмонтований аналоговий керуючий пристрій реалізує передатну функцію, поданий довільним сполученням пропорційної і диференціальної складових. У канал формування керуючого впливу може вводитися нелінійний елемент із характеристикою ідеального реле або гістерезисною характеристикою яка регулюється шириною петлі.

Модель об'єкту керування реалізує передатні функції таких динамічних ланок:

• пропорційного;

• що інтегрує;

• аперіодичного першого порядку;

• аперіодичного другого порядку;

• коливального.

Із допомогою СУЛ-3 можуть створюватися такі системи автоматичного керування:

• аналогові і цифрові з безупинним об'єктом керування;

• розімкнуті і замкнуті з одним або двома контурами зворотного зв'язку;

• лінійні і нелінійні;

• із детермінованими сигналами і при наявності випадкових впливів;

• системи стабілізації, що стежать за системами які програмуються керуючим впливом.

У якості зовнішніх реальних об'єктів керування можуть використовуватися:

• механічні об'єкти, у яких реалізується керування переміщенням або швидкістю, різноманітні сервоприводи, які приводяться в рух двигунами постійного струму;

• елементи автоматичного контролю і керування технологічним устаткуванням (регулятори витрати, електромагнітні клапани, резистивні нагрівальні елементи та інші);

• елементи систем автоматичного керування енергетичних об'єктів;

• елементи гідравлічних і пневматичних систем;

• інші одноконтурні об'єкти керування, що мають електричний вхід і первинний перетворювач (датчик) з електричним виходом.

Технічні дані

1. Живлення СУЛ-3 здійснюється від однофазної мережі перемінного струму напругою В, частотою 501 Гц.

2. Максимальна потужність, що споживана системою, не більш 40 ВА.

3. Максимальна напруга керуючого впливу - 40 В.

4. Максимальний струм керуючого впливу. - 5 А.

5. Діапазон постійних часу моделі від 0,01 до 1 с.

6. Максимальний період квантування сигналів - 0,1 с.

7. Діапазон зміни сигналів датчиків від -10 до +10 В.

8. Число розрядів устрою зв'язку (двійкових) - 8.

9. Габаритні розміри - 805235245 мм.

10. Маса системи не більш 15 кг.

Загальні відомості

1. Передня панель керування

Панель керування (рис. 1) служить для установки значень параметрів блоків СУЛ-3 і завдання структурних зв'язків між блоками. На панелі здійснюється підключення вимірювальних приладів (вольтметра, осцилографа) до різноманітних точок системи керування.

При користуванні органами управління треба памятати таки правила:

• з'єднання зв'язків проводиться установкою відповідних тумблерів до гори або установки багатопозиційних перемикачів у бік замикання лінії;

• збільшення коефіцієнтів передач регуляторами відповідає обертання їх ручок за годинниковою стрілкою;

• контрольовані регулятори забезпечені чорними кнопками, при натисканні на які коефіцієнт передачі ініціюється вольтметром (одиничне значення коефіцієнту передачі відповідає відхилення стрілки до сотого ділення).

На панель управління виведені входи і виходи таких блоків СУЛ-3:

БЛОК 1. Пристрій сполучення СУЛ-3 з ЕОМ та реальним обєктом.

БЛОК 2. Генератор, що задає детерміновані впливи ; східчасті I(t); лінійно-наростаючі Аt і гармонійні Sin(t). При орієнтації перемикача П1 на положення "1(t)" і натисканні кнопки "Робота" блоку 14 на вхід системи надходить одиничний східчастий вплив (рис. 2, а). Умовно за одиничний стрибок можна прийняти стрибок на будь-яке число розподілів вольтметру. Значення стрибка в розподілах вольтметру встановлюється потенціометром Р1.

При орієнтації перемикача П1 на положення " " на виході генератору формується періодично повторюваний сигнал виду, показаного на рис. 2, б. Розмір амплітуди встановлюється потенціометром Р1 (контроль по вольтметру блок 16). Значення інтервалу Т визначається потенціометром Р9 блока 12 при горизонтальному положенні перемикача П4 (рис.1). Значення параметру А в функції = розраховується за формулою:

(1)

При орієнтації перемикача П1 на "Sin(t)" на виході генератору формується гармонічний сигнал = .

а) б)

Рис. 2. – Сигнали, що формуються блоком 2:

а) одиничний східчастий вплив; б) сигнал, що періодично повторюється

БЛОК 3. Елемент порівняння, що реалізує алгоритм:

(2)

де - вихідна координата об'єкта керування,

N - випадкова перешкода виміру вихідної координати.

Для подачі перешкоди на елемент порівняння тумблер SA5 встановлюється в нижнє положення.

Для реалізації загального зворотного зв'язку у системі керування, тобто для подачі на елемент порівняння, тумблер SA8 встановлюється в нижнє положення, а тумблер SA1 - у верхнє.

БЛОК 4. Триканальний - аналоговий керуючий пристрій, який складається з пристрою, що інтегрує, пропорційного та пристрою, що диференціює і вихідного суматору. Цей блок дозволяє реалізувати ПІД-регулятор. С_И, С_П, і С_Д - змінні коефіцієнти підсилення відповідних пристроїв, що змінюються регуляторами Р…Р4 відповідно. При переключенні тумблера SA2 пристрою у верхнє положення його коефіцієнт підсилення змінюється в межах (0…10), а при переключенні тумблера SA2 пристрою у нижнє положення його коефіцієнт підсилення змінюється в межах (0…1).

БЛОК 5. Нелінійний перетворювач вихідного сигналу. Ширина петлі гістерезису встановлюється регулятором Р5.

БЛОК 6. Генератор випадкового стаціонарного процесу С_NN(t), що при відповідному положенні тумблеру SA4 подається або на елемент порівняння (блок 3), або до каналу вихідного сигналу (блок 4). Розмір коефіцієнту встановлюється потенціометром Р6.

БЛОК 7. Безінерційна ланка з коефіцієнтом підсилення С0(0,1). Коефіцієнт підсилення встановлюється потенціометром Р7.

БЛОК 8. Модель об'єкту керування.

При верхньому положенні тумблеру SA8 у прямій частині реалізується передатна функція:

(3)

де S оператор Лапласа

При нижньому положенні тумблера SA8 реалізується передатна функція:

(4)

9де К₀ = 10 постійний коефіцієнт передачі обєкту управління;

С₀ - коефіцієнт передачі моделі (0  С₀  1);

Т₀₁, Т₀₂ – постійні часу.

При верхньому положенні тумблера SA7 об'єкт охоплюється локальним одиничним негативним зворотним зв'язком. Постійні часу Т₀₁ і Т₀₂ встановлюються за допомогою перемикачів П5 та П6 блоку 13. К₀ = 10.

БЛОК 9. Модель первинного перетворювача (датчика) поведінки реального об'єкту керування, якщо СУЛ-3 використовується з цією метою. Гніздо для підключення до реального об'єкту розташовано на задній панелі СУЛ-3.

У даному циклі лабораторних робіт блок 9 не використовується, тому тумблер SA5 завжди знаходиться в нижньому положенні, комутує зворотній зв'язок від аналогової моделі об'єкта

БЛОК 10. Устрій завдання вихідного значення (початкових умов) вихідної координати y₂ при реалізації передатної функції (3). Цей блок підключається тумблером SA10, а коефіцієнт підсилення регулюється регулятором Р8.

БЛОК 11. Блок визначення оцінок якості перехідних процесів. Цей блок дозволяє визначати:

- оцінку математичного очікування (положення перемикача П3 – "М")

(5)

- оцінку дисперсії помилки (положення перемикача П3 – "D")

(6)

- інтегральну оцінку (положення перемикача П3 – "J")

(7)

де  - постійна часу інтегратору ( = 4 с);

Т_М – час спостереження, за який спостерігається оцінка;

K_J – постійний коефіцієнт який приймає значення 1 (при положенні перемикача П3 - "J" або 10 у положенні "10J")

БЛОК 12. Блок вибору контрольованої координати і типу вимірювального пристрою.

Значення координат G, , U₁, U₂, y₁, y₂ виводяться на вольтметр при установці перемикача П3 у відповідне положення. Для визначення оцінок перехідного процесу і виводу їх значень на вольтметр перемикач П3 встановлюється в положення "оцінка", а перемикач П2 блоку 11 - у положення, що відповідає за обчислювальну оцінку.

Для виводу значень координат інтегральних оцінок на екран осцилографу перемикач П4 встановлюється в горизонтальне положення. Гніздо "Y" для підключення осцилографу розташовано на задній панелі СУЛ-3.

БЛОК 13. Пристрій для реалізації значень постійних часу Т₀₁ і Т₀₂ моделі об'єкту перемикачами П5 та П6 відповідно з такими значеннями 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,25; 0,5; 1 та Т_Х1, Т_Х2,. Т_Х3 та Т_Х1.

Режими роботи СУЛ-3 визначаються блоками №14 і №15.

БЛОК 14. "Режим роботи". СУЛ-3 може функціонувати в двох режимах: "Вихідне положення" і "Робота", умикання яких здійснюється натисканням відповідної кнопки.

• У режимі "Початкове положення" провадиться комутація моделі, установка необхідних коефіцієнтів підсилення і постійних часу Т₀₁, Т₀₂, а також завдання початкових умов для координати у₂. При цьому варто керуватися такими правилами: з'єднання ліній зв'язку провадиться установкою перемикачів і тумблерів убік замикання обраної лінії; збільшення коефіцієнтів передачі потенціометрів досягається обертанням їхніх ручок по годинній стрілці.

• Контрольовані потенціометри підключаються при натисканні на відповідну кнопку, а коефіцієнт передачі індукується на вольтметрі у відсотках від максимального значення, рівного 1 або 10.

У режимі "Робота" здійснюється моделювання перехідних процесів у системі керування. Ознакою функціонування СУЛ-3 у режимі "Робота" є вмикання табло секундоміру (блок 17).

БЛОК 15. Блок визначення характеру роботи секундоміру. При верхньому положенні "От " тумблера SA9 і переключення СУЛ-3 у режим "Робота" секундомір працює при (t) > 0,5 В.

При нижньому положенні тумблера SA9 "Стоп" - відлік часу починається з моменту переключення СУЛ-3 у режим "Робота" і припиняється при натисканні кнопки "Стоп" – SВ6. При відпусканні кнопки "Стоп" рахунок часу продовжується.

БЛОК 16. Вольтметр, який показує значення напруги в контрольних точках обраної схеми управління.

БЛОК 17. Табло секундоміру, що показує час перехідного процесу або інших часових інтервалів в діапазоні від 0,1 до 99,9 с з дискретністю 0,1с.

БЛОК 18. Підсилювач потужності служить для підключення зовнішнього реального обєкту (наприклад електродвигуна постійного струму) та індикації процесів, що відбуваються в СУЛ-3.