2033

L0 и L0 + L1, при состояниях 1 и 3 двигателя (см. табл. 3), определить индуктивность якорной цепи, считая, что в уравнении

2Uп – размах прямоугольного напряжения на выходе ШИП;

– частота вращения двигателя.

Для полупериода разгона двигателя все переменные и 2Uп положительные, для полупериода торможения – отрицательные.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1.Переключение дросселей, подключение и отключение нагрузки ШИП выполнять только при выключенном питании стенда.

2.Сигнал управления на вход ШИП можно подать непосредственно от устройства задания стенда.

3.Тумблер переключения полярности датчика тока на стенде должен находиться в положении "минус".

4.При работе с двулучевым осциллографом существует опасность короткого замыкания потенциальных цепей стенда через общие провода первого и второго каналов. В связи с этим используйте всегда лишь один общий провод. Наблюдение двулучевым осциллографом сигналов одновременно на двух шунтах невозможно, так как они не имеют вывода с одним потенциалом.

5.Снятие всех характеристик при выполнении п.3 рабочего задания удобно выполнять в едином эксперименте. Зави-

симость (Uя) можно получить на экране осциллографа С1-83.

21

6.Замерять напряжения источников U1 и U2 при выполнении п.2 рабочего задания удобно осциллографом по амплитуде соответственно положительного и отрицательного импульсов на выходе ШИП.

7.Частоту вращения двигателя и тахогенератора во всех расчётах и на графиках представлять в рад/с.

8.Данные экспериментов, полученных по точкам, необходимо оформлять в виде таблиц. Верхняя строка таблицы отводится под независимую переменную, для пяти – семи её значений. В последующих строках размещают наблюдаемые переменные. Обозначения величин в левом столбце таблицы следует приводить с указанием размерности.

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЁТУ

1.Отчёт выполняется на листах формата А4 или в отдельной тетради, графики - на миллиметровой бумаге.

2.Титульный лист содержит:

-наименование дисциплины;

-номер и название лабораторной работы;

-фамилию авторов, входящих в бригаду;

-дату выполнения работы;

-фамилию преподавателя, руководившего работой.

3.Отчёт должен содержать сведения о выполнении всех заданий с краткими выводами по каждому из них. Перечень и последовательность материалов по каждому из заданий указана в п.3 предварительного задания.

4.Отчёт оформляется и предъявляется преподавателю по окончании выполнения лабораторной работы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Почему электромеханические ИС считаются перспективными?

2.Как отражается на энергетике ИС момент инерции исполнительного двигателя?

3.Какие режимы двигателя возможны в ИС постоянного тока с ШИП?

22

4.Как в системе ШИП-Д с двухполярной модуляцией изменяется амплитуда пульсаций тока якоря при изменении частоты вращения двигателя?

5.Почему коэффициент усиления ШИП принято определять относительно его ЭДС, а не напряжения?

6.Как влияет величина тока якоря на регулировочные характеристики двигателя?

7.В каких режимах в системе ШИП-Д происходит увеличение напряжения источников питания сверх их ЭДС и за счёт чего?

8.Какие факторы определяют коэффициент усиления широтно-импульсного преобразователя?

9.В какую сторону изменяется коэффициент передачи двигателя по управлению и по возмущению при уменьшении по каким-либо причинам потока возбуждения?

10.К каким неприятным последствиям в замкнутых системах регулирования могут привести пульсации в сигналах датчиков обратных связей по току и скорости?

11.Как рассчитать мощность тепловых потерь в обмот-

ке якоря с сопротивлением Rя за счёт пульсаций тока при неподвижном двигателе при их треугольной двухполярной форме с амплитудой Ia и периодом T0?

12.Как рассчитать коэффициент передачи двигателя

kд через его конструктивные данные и поток возбуждения; через паспортные данные?

13.В каких режимах привода, реализованного в лабораторном стенде, амплитуда тока якоря будет максимальной?

14.Чем определяются свойства ШИП по возмущению? Как их учитывают в передаточных функциях звеньев системы?

15.Объясните причину ухудшения жёсткости механических характеристик привода в режиме прерывистых токов.

16.Как влияет на регулировочные характеристики тахогенератора сопротивление его нагрузки?

23

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Цель работы: Экспериментальное определение нагрузочных характеристик силовой части исполнительной системы, расчёт по полученным данным сопротивления якорной цепи и его составляющих, экспериментальное определение параметров передаточной функции ШИП, датчиков тока и частоты вращения.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Важнейшим параметром электромеханического привода является сопротивление якорной цепи Rа. Оно определяет электромеханическую характеристику (Iа), максимально возможный диапазон изменений частоты вращения D, а также электромагнитную Tа и электромеханическую Tм постоянные времени привода. От этих постоянных времени зависят быстродействие и устойчивость исполнительной системы. Таким образом, сопротивление Rа является важнейшим параметром исполнительных систем, подлежащим определению при их проектировании и исследовании.

В системе ШИП-Д сопротивление якорной цепи складывается из внутреннего сопротивления преобразователя Rп, сопротивлений якоря двигателя Rя, дросселей Rдр и шунта датчика тока Rш. Отличное от нуля значение Rп связано с ограниченной мощностью широтно-импульсного преобразователя. Последняя соизмерима с мощностью двигателя и проявляется как падение напряжения Uп на выходе ШИП при увеличении тока нагрузки.

Наличие сопротивлений Rдр и Rш связано с необходимостью иметь в якорной цепи элементы для сглаживания пульсаций тока и для получения сигнала обратной связи по току.

Все три составляющие Rа заметно ухудшают жёсткость электромеханической характеристики и регулировочные свой-

24

ства разомкнутого привода. Однако, использование ШИП и обратных связей, в том числе по току, даёт возможность создавать замкнутые системы регулирования точно, быстро, и с большим усилением по мощности управлять двигателем и манипуляционным механизмом.

Известно, что для системы ШИП-Д без обратных связей падение частоты вращения , обусловленное увеличением тока якоря на Iа, определяется выражением

где Ua – падение напряжения на Ra ;

kд , (рад /c)/В – коэффициент передачи двигателя по напряжению.

Отсюда следует, что можно определить Ra без определения его составляющих из электромеханической характеристики при известном kд .

Составляющие сопротивления Ra , такие как сопротивления Rп и Rдр, нетрудно определить по характеристикам Uп(Ia) и Uдр = Uп(Ia) – Uя(Ia) соответственно. Величины сопротивлений Rя, Rш и Rдр указываются в паспортных данных устройств, а также могут быть определены прямым замером с помощью омметра для измерения малых сопротивлений (измерительным мостом).

Для быстродействующих и широкополосных исполнительных систем роботов актуальной является задача обеспечения их помехозащищённости.

В сигнале управления ШИП возможны высокочастотные пульсации, наводки и другие помехи. Они могут приводить к резким, скачкообразным изменениям как мгновенного, так и среднего значения выходного напряжения преобразователя, что нарушает нормальную работу привода. Для защиты от этих помех на входе преобразователя устанавливают сглаживающий RC-фильтр. Обычно основная и самая низкочас-

25

тотная помеха – это пульсации сигнала управления ШИП с частотой импульсной модуляции. В связи с этим постоянную времени фильтра Tф выбирают по условию сглаживания названной помехи, то есть Tф берут в 3 5 раз больше периода импульсной модуляции. Инерционность преобразователя по управлению, вызванная таким фильтром, оказывается преобладающей, так что свойства ШИП по управлению представляют апериодическим звеном первого порядка с постоянной

времени Tп = Tф.

Следует отметить, что постоянная преобразователя по управлению определяется не только параметрами собственно R и C его фильтра. Она зависит также от сопротивления, на которое нагружен этот фильтр, а также от внутреннего сопротивления источника сигнала Uу, что необходимо учитывать при математическом описании ШИП.

Для защиты привода от высокочастотных пульсаций и помех фильтрами оборудуются также датчики сигналов обратных связей. Соображения по выбору их постоянных времени аналогичны описанным выше.

Инерционности ШИП и датчиков обратных связей, связанные с наличием фильтров, могут оказать существенное влияние на качество регулирования в замкнутом приводе, поэтому они подлежат оценке и учёту при проектировании системы.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

1.Уяснить цель работы, конкретные задачи по каждому из пунктов исследований и методику их выполнения.

2.Записать расчётные соотношения, позволяющие по зависимости от тока якоря напряжения преобразователя Uп(Ia),

напряжения на якоре Uя(Ia), а также частоты вращения (Ia) при неизменной ЭДС преобразователя Eп определить внутреннее сопротивление ШИП Rп, сопротивление дросселей Rдр, а также полное сопротивление якорной цепи Rа.

26

3. Для заданного преподавателем значения Eп и диапазона токов якоря от 0 до 4 А рассчитать и построить естественную характеристику двигателя (Ia), то есть характеристику при сопротивлении Ra = Rя . Паспортные данные двига-

теля приведены в приложении к техническому описанию и инструкции по эксплуатации стенда.

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

1. Для двух вариантов включения дросселей (L0 и L0 + L1) и заданного значения Eп = const получить экспериментально и построить характеристики:

а) нагрузочные (внешние) преобразователя – Uп(Ia);

б) внешние – для напряжения на якоре двигателя –

Uя(Ia);

в) электромеханические – системы ШИП-Д – (Ia). Графики Uп(Ia) и Uя(Ia) построить в одной системе ко-

ординат. В системе координат для электромеханических характеристик построить, кроме экспериментальных, также расчётную характеристику (Ia), полученную в п.3 предварительного задания для Ra = Rя .

По характеристикам рассчитать внутреннее сопротивление преобразователя Rп, омическое сопротивление дросселей Rдр, а также, используя ранее полученное значение коэффициента kд , рассчитать сопротивление всей якорной цепи

Ra . Сопоставить полученные результаты, учитывая, что сопротивление Ra = Rп + Rдр + Rя + Rш . Сопротивление каждого

из шунтов 0,1 Ом.

2. Экспериментально определить зависимость коэффициентов передачи датчиков тока и частоты вращения от положения ручек регулирования их усиления. Построить графики зависимости усиления от положения ручек.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Все три характеристики по п.1 рабочего задания получить в едином эксперименте, изменяя момент нагрузки на

27

валу двигателя. Выбрать восемь-десять значений тока якоря, включая холостой ход. Изменять ток в диапазоне до 1,5 А через 0,25 А, далее – через 0,5 А и 1,0 А. Это позволит выявить возможную нелинейность характеристик в зоне малых токов. Максимально допустимое значение тока 4 А.

2.Коэффициенты передачи датчиков тока и частоты вращения следует определять не относительно ЭДС на их выходе, а относительно напряжения, то есть при наличии нагрузки. Этой нагрузкой являются входные сопротивления регуляторов. Нагрузка влияет также на постоянную времени фильтра выходного сигнала датчика.

Замерять напряжение сигнала на выходе датчиков можно вольтметром стенда либо осциллографом.

3.Положение ручек регулирования усиления датчиков определять в условных единицах по шкалам стенда.

4.При исследовании датчика скорости нагружать двигатель не следует. Единица измерения коэффициент передачи датчика скорости – В/( рад /с).

5.Исследование датчика тока удобно проводить при полностью заторможенном двигателе при токе якоря, равном

12 А.

6.Постоянные времени ШИП и датчиков обратных связей удобно отсчитывать по уровню 0,63 их переходной характеристики.

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЁТУ

1.Общие требования к оформлению изложены в п.1 и п.2 требования к отчёту в лабораторной работе № 1.

2.В данной и последующих лабораторных работах по каждому из пунктов предварительного, рабочего и индивидуального задания необходимо:

- привести краткое заглавие, отражающее цель конкретного задания;

- описать исходные условия и указать значения тех параметров, которые влияют на результат;

28

-представить полученные результаты, оформив их в виде таблиц и графиков на миллиметровой бумаге;

-привести расчёты по обработке экспериментальных

данных;

-сделать пояснения, комментарии, а также выводы по полученным результатам.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Как влияет на диапазон регулирования скорости привода уменьшение потока возбуждения двигателя?

2.Какие составляющие входят в сопротивление якорной цепи привода на основе ШИП?

3.Изобразите нагрузочную характеристику ШИП при наличии режима прерывистых токов. Как этот режим влияет на механические характеристики привода и почему?

4.Как определить сопротивление якорной цепи по электромеханической характеристике привода?

5.Почему постоянную времени звена первого порядка следует отсчитывать по уровню 0,63 его переходной характеристики?

6.В чём заключается приведение сигнала датчика обратной связи ко входу задающего воздействия?

7.Запишите выражение для диапазона регулирования привода так, чтоб была видна его зависимость от сопротивле-

ния Ra.

8.Какие составляющие сопротивления якорной цепи можно определить непосредственным замером с помощью омметра?

9.Как влияет увеличение величины сопротивления Ra на устойчивость привода?

10.Как выглядят электромеханические характеристики

11.Чем определяется постоянная времени ШИП?

12.Как влияет величина сопротивления Ra на свойства ИС по возмущению?

29

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ НЕИЗМЕНЯЕМОЙ ЧАСТИ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ МЕТОДОМ ЛАЧХ

Цель работы: Экспериментальное получение логарифмических амплитудно-частотных характеристик (ЛАЧХ) цепи широтно-импульсный преобразователь – двигатель – тахогенератор (ШИП-Д-ТГ), определение вида её передаточной функции, коэффициентов передачи и постоянных времени. Оценка значений параметров передаточной функции другими методами.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Удобным средством определения статических и динамических свойств устройства являются частотные характеристики (ЧХ), наряду с дифференциальными уравнениями и передаточными функциями. ЧХ могут быть получены экспериментально.

Математически ЧХ – это график частотной функции (ЧФ). Последняя является комплексной функцией W(j ), получаемой из передаточной функции заменой оператора дифференцирования S на j . ЧФ позволяет находить значение комплексного коэффициента передачи звена для гармонического сигнала с частотой , поданного на его вход.

Экспериментально для получения величины комплексного коэффициента передачи какого-либо устройства на час-

(сдвиг фазы относительно входного сигнала и амплитуда A2 зависят от свойств устройства и частоты поданного сигнала);

30