Вказівки по виконанню роботи

1. Лабораторна робота виконується на стенді СУЛ-3. Параметри динамічних ланок задаються на панелі керування системи, перемикач генератора впливу, що задає, ставиться в положення. Генератор випадкового сигналу N(t) в роботі не використовується, тому потенціометр C_N варто встановити в положення нульового коефіцієнта передачі. Варто відключити нелінійний елемент і елемент завдання початкових умов (ПУ), установив відповідні тумблери в нижнє положення (рис. 1).

Рисунок 1. Схема моделювання

2. На вхід моделі подається одиничний східчастий вплив X(t) = 1(t) від внутрішнього генератору (блок 2) або можна використовувати зовнішній спеціальний генератор сигналів прямокутної форми "меандр".

3. Вихідний сигнал моделі спостерігається за допомогою високочастотного вольтметру та осцилографу, що залучені до системи, вхід осцилографа варто підключити до точки у₂.

4. При дослідженні ланок 1,4-6 елемент, що диференціює, відключається. Для цього задаємося нульовим значенням коефіцієнту передачі цього блоку, тобто С_Д = 0(t). Коефіцієнт передачі пропорційного блока дорівнює одиниці (С_П = 1), при цьому коефіцієнт пропорційний гілки керуючого пристрою стає рівним одиниці (К_П=1; С_ПК_П=1).

Для ланок 2, 3, 7, які мають елемент, що диференціює задається значенням С_Д = 1 (К_Д = 1 с^-1). Коефіцієнт передачі всіх ланок установлюється потенціометром С₀. Необхідний коефіцієнт передачі (відповідному варіанту таблиці 2) утворюється як С₀К₀ (К₀=10).

5. При дослідженні коливальної ланки в моделі об'єкту керування вводиться негативний зворотний зв'язок (тумблер SA1 ставиться у верхнє положення). Тумблер SA8 вихідного сигналу у₂ також ставиться у верхнє положення. У цьому випадку передатна функція досліджуваної ланки визначається так:

де,

При фіксованому значенні коефіцієнта передачі одержимо:

6. При дослідженні динамічних ланок варто враховувати, що вони реалізовані на інтегральних операційних підсилювачах, лінійна ділянка статичної характеристики яких лежить у межах від -10 В до +10 В. Тому варто підібрати сигнал генератора таким чином, щоб при перехідних процесах перемінна у₂ приймала значення в межах 5 В ... 8 В. При занадто малих значеннях перемінної у₂ (менше 0,5 В) можуть виявитися шуми операційних підсилювачів. При роботі з ланкою, що інтегрує (таблиця 1) крива перехідного процесу буде відрізнятися від теоретичної зоною насичення при умові у₂ > 10 B і у₂ < -10 В

Оформлення звіту

1. Накреслити рисунок 1.

2. Привести перехідні характеристики досліджуваних ланок.

3. Зробити розрахунок параметрів ланок і порівняти їх із вихідними.

4. Визначити параметри ланок по перехідних характеристиках при відсутності вихідних даних. (Методика розрахунків приведена в таблиці 1).

Контрольні питання

1. Дати визначення типової елементарної ланки автоматики.

2. Призвести диференціальні рівняння типових ланок автоматики.

3. Призвести рівняння передатних функцій типових ланок автоматики.

4. Призвести перехідні характеристики типових ланок автоматики.

5. Пояснити засоби обчислення параметрів типових ланок по експериментальних перехідних характеристиках.

6. Призвести приклади типових ланок автоматики.

Таблиця 1. - Характеристики типових ланок.

Перехідна характеристика	Передатна функція
	1. Аперіодична 1-го порядку
	2. Реальне диференційне
	3. Інтегро-диференційне

Перехідна характеристика	Передатна функція
;	4. Реально-інтегральне
; ;	5. Аперіодична 2-го порядку
	6. Коливальне

Таблиця 2. - Варіанти параметрів динамічних ланок.

Передатна функція		параметр	варіант
			1	2	3	4
1		С0К0	1	3	1	3
		Т01	0,01	0,05	ТХ1	ТХ2
2		С0К0	1	2	1	2
		Т01	0,02	0,1	ТХ1	ТХ2
3		С0К0	1	2	1	2
		Т01			ТХ1	ТХ2
		Т02	0,01	0,05	ТХ3	ТХ4
4		С0К0	1	4	1	2
		Т01	0,02	0,25	ТХ1	ТХ2
5		С0К0	1	2	2	4
		Т01	0,01	0,01	ТХ1	ТХ2
		Т02	0,05	0,25	ТХ3	ТХ4
6		С0К0	1	0,5	1	1
		Т01	0,5	0,1	ТХ1	ТХ2
		Т02	0,25	0,02	ТХ3	ТХ4
7		С0К0	1	2	4	4
		Т01	0,01	0,02	ТХ1	ТХ2
		Т02	0,1	0,25	ТХ3	ТХ4

Таблиця 3. - Приклади розрахунків параметрів елементарних ланок.

Формула (таблиця 2)
1				2				4				5				6
Варіант (таблиця 2)
1		2		1		2		1		2		1		2		1		2
t(мс)	U(B)	t(мс)	U(B)	t(мс)	U(B)	t(мс)	U(B)	t(мс)	U(B)	t(мс)	U(B)	t(мс)	U(B)	t(мс)	U(B)	t(мс)	U(B)	t(мс)	U(B)
0	0	0	0	0	10	0	10	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0,8	2	0,9	10	8,6	20	6,3	10	0,1	30	0,1	2	0,2	10	0,4	0,1	0,5	33	0,45
2	1,6	4	1,9	20	7,4	40	6,8	30	0,2	80	0,4	4	0,3	20	0,9	0,2	1,3	59	0,92
3	2,3	6	2,9	30	6,4	60	5,6	50	0,4	100	0,6	6	0,5	30	1,4	0,3	1,7	80	0,58
4	3,0	8	3,9	40	5,4	80	4,5	100	0,8	120	0,8	10	0,8	40	1,9	0,5	1,3	105	0,22
5	3,6	10	4,9	50	4,6	100	3,7	150	1,2	130	0,9	16	1,5	50	2,4	0,7	0,5	153	0,76
6	4,2	12	5,8	70	3,3	120	3,0	200	1,7	170	1,6	20	2,0	70	3,2	1,0	1,3	200	0,35
10	5,8	14	6,6	100	1,9	140	2,5	300	2,5	200	2,1	30	3,1	90	4,1	1,4	0,7	245	0,42
16	7,4	16	7,4	120	1,4	200	1,3	600	5,0	290	4,0	45	4,6	120	5,2	1,7	1,1	290	0,42
25	8,5	18	8,2	160	0,7	300	0,4	700	5,9	400	6,8	60	5,7	200	7,6	2,1	0,9	340	0,59
30	8,8	20	9,0	200	0,3	400	0,1	900	7,6	450	8,2	90	7,2	220	8,0	2,5	1,0	360	0,47
35	8,9	22	9,7	250	0,2	500	0	1100	9,3	514	10,0	120	8,0	260	8,9	2,8	0,9	430	0,56
40	9,1	24	10,2			700	0	1180	10,0	600	10,1	190	8,8	320	10,0	3,5	0,9	470	0,49

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ

ЧАСТОТНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛІНІЙНИХ ЛАНОК

САУ НА БАЗІ МОДУЛЮЮЧОГО КОМПЛЕКСУ СУЛ-3

Мета роботи: Експериментальне дослідження частотних характеристик моделей типових лінійних ланок САУ і визначення їхніх параметрів по них.

Тривалість роботи: 2 години

ПРОГРАМА РОБОТИ

1. Провести експериментальне дослідження частотних характеристик динамічних ланок. Варіанти параметрів ланок одержати у викладача.

2. Порівняти результати експериментів із заданими параметрів ланок.

3. Провести експериментальне дослідження частотних характеристик динамічних ланок при невідомих постійних часу Т_Х1 іТ_Х2

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Одержати математичну модель ланки (системи) у виді передатної функції типової ланки можна за експериментальними частотними характеристиками, які описують передатні властивості елементів і систем у режимі сталих гармонійних коливань, викликаних зовнішнім гармонійним впливом. Частотні характеристики мають просту фізичну інтерпретацію. Нехай на вхід лінійної ланки (рис. 1) подано гармонійний вплив визначеної частоти :

Рис. 1- Лінійна ланка автоматики 0    

Після закінчення перехідного процесу вхідна величина буде змінюватися також по гармонійному закону з тієї ж частотою , але вже з амплітудою В і з фазовим зсувом, тому (рис. 2). Змінюючи частоту у визначеному діапазоні, визначають залежність відношення амплітуд вихідного і вхідного сигналів від частоти, що називається амплітудною частотною характеристикою. Вона позначається :

Залежність фазового зсуву між вхідним і вихідним сигналами від частоти називається фазовою частотною характеристикою .

Амплітудна частотна характеристика показує, як ланка пропускає сигнали різноманітної частоти. Оцінку посилення (ослаблення) роблять по відношенню амплітуд В та А. Фазова частотна характеристика показує, яке відставання або випередження вихідного сигналу по фазі створює ланка при різноманітних частотах.

Рис. 2- Перетворення гармонійного сигналу при проходженні його через елементарну ланку автоматики

Комплексна передатна функція ланки є функцією комплексної перемінної .

Частотні характеристики ланок (систем) звичайно подають у виді амплітудно-фазових або логарифмічних частотних характеристик.

Амплітудно-фазова характеристика (АФХ) будується на комплексній площині при зміні частоти  від нуля до безкрайності. Промислові об'єкти керування САУ здебільшого, достатньо інерційні та у динамічному відношенні являють собою фільтри низьких частот із невеличкою смугою пропускання. Тому експериментальна ЛФХ буде являти собою невеличкий відрізок кривої, що відповідає низьким частотам, що складно апроксимувати достовірної АФХ типової ланки. Те ж можна сказати про інші елементи САУ, що мають обмежену смугу пропускання.

Для визначення типу динамічної ланки і її параметрів, найбільше поширення одержали логарифмічні частотні характеристики (ЛЧХ). ЛЧХ складаються з логарифмічних амплітудно-частотної (ЛАЧХ) і фазо - частотний (ЛФЧХ) характеристик.

ЛАЧХ називається графік залежності 20lg[W(j)] від lg(), ЛФЧХ - графік залежності () = f[lg()]. При апроксимації ЛЧХ передатною функцією можна будувати тільки ЛАЧХ, тому що для мінімально-фазових систем вона однозначно визначає динамічні характеристики, у випадку хитливої системи частотні характеристики виміряти неможливо.

Для побудови ЛАЧХ на вхід досліджуваної ланки (системи) подається гармонійний сигнал, частота ₁ якого змінюється у визначеному діапазоні і провадиться вимір амплітуди вихідного сигналу.

Посилення вимірюється у децибелах, відкладаємо у лінійному масштабі по осі ординат графіка ЛАЧХ.

По осі абсцис відкладаємо кутову частоту в логарифмічному масштабі або її десятковий логарифм. Відрізок логарифмічної шкали, що відповідає збільшенню частоти в десять разів називається одною декадою, а відрізок, що відповідає збільшенню в два рази - одною октавою.

Побудовану в зазначених координатах експериментальну характеристику апроксимують ЛАЧХ типових ланок. Асимптотичні ЛАЧХ типових динамічних ланок являють собою або асимптоту, або з'єднання декількох асимптот, нахили яких кратні + 20 дб/дек. Базуючись на цьому, експериментальна ЛАЧХ апроксимується відрізками прямих, нахил яких дорівнює (20 дб/дек).

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 4

ДОСЛІДЖЕННЯ СТІЙКОСТІ І ЯКОСТІ ЛІНІЙНОЇ САУ

НА БАЗІ МОДУЛЮЮЧОГО КОМПЛЕКСУ СУЛ-3

Мета роботи: експериментальне дослідження статичного та астатичного регулювання. Теоретичне і експериментальне дослідження впливу окремих параметрів систем на стійкість і точність роботи системи. Визначення оптимальних параметрів управляючого пристрою

ПРОГРАММА РОБОТИ

1. Зібрати схему моделювання лінійної САУ (рис. 1), задавши параметри з табл. 1.

Таблиця 1

Тип регулятору	Параметри САУ
	КП	КІ	К0	Т01	Т02
П	0,051	0	10	1с	1с
І	1	0,0510с-1	1	1с	1с
ПІ	1	0,0510с-1	1	1с	1с

Рис. 1 – Схема лабораторної установки

2. Розрахувати область можливих значень сумарного коефіцієнту передачі інтегруючого блоку К_І, при яких виконується умова стійкості САУ. Розрахунок виконати окремо для І і ПІ-регуляторів з урахуванням приведених в таблиці параметрів.

3. Для САУ з П-регулятором розрахувати сталу помилку е_ст. побудувати графік залежності е_ст=f(К_П), де К_П=С_ПК_П .

4. Зняти експериментальну залежність е_ст=f(К_П) для САУ з П-регулятором. Порівняти результати експерименту з розрахунковими даними. Поспостерігати величину сталої помилки при використовуванні І і ПІ-регуляторів.

5. Перевірити експериментально виконання умов стійкості для І і ПІ-регуляторів.

6. Розрахувати оптимальні значення сумарного коефіцієнту передачі блоку, що інтегрує К_І для І і ПІ-регуляторів та перевірити виконання умов стійкості при

К_{І }=К_{І ОПТ} .

7. Визначити експериментальну залежність інтегральної оцінки від сумарного коефіцієнту передачі К_І, представити одержані результати у вигляді графіку

8. Для САУ з І-, ПІ-регуляторами зробити експериментальне дослідження перехідного процесу. Визначити величину перерегулювання і час перехідного процесу при таких значеннях сумарного коефіцієнту передачі інтегруючого блоку:

К_І=0,2 К_{І ОПТ}; К_І=К_{І ОПТ}; К_І=2 К_{І ОПТ}.