2. Лабораторная установка

Лабораторная установка состоит из щита, на котором смонтирована САУ с И-регулятором.

Объектом регулирования САУ является электрический нагреватель с автоматическим потенциометром КСП-3 и термо-парой, измеряющей температуру нагревателя. Таким образом, постоянная времени потенциометра входит как составная часть в постоянную времени объекта. Нагреватель получает питание от регулируемого электронного источника питания, в динамическом отношении представляющего собой пропорциональное звено.

Управляющий вход объекта – вал переменного резистора схемы источника питания, регулирующего напряжение на нагревателе – соединён с выходным валом исполнительного механизма.. В САУ применён исполнительный механизм с пропорциональной скоростью перемещения, снабжённый двигателем постоянного тока с независимым возбуждением.

Скорость двигателя измеряется тахогенератором постоянного тока независимого возбуждения. Напряжение тахогенератора в качестве сигнала обратной связи подаётся на вход электронного усилителя последовательно с сигналом измерителя рассогласо-вания. Глубину обратной связи можно менять изменением напряжения, снимаемого с тахогенератора. Так как канал обратной связи является дифференцирующим, а передаточная функция прямого канала регулятора благодаря электронному усилителю с коэффициентом усиления порядка 1000 имеет большой модуль и обратной величиной этой функции можно пренебречь, в регуляторе реализуется закон И-регулирования.

На коэффициент передачи измерителя рассогласования, можно влиять изменением напряжения питания измерителя рассогласования.

Возмущение создаётся изменением потока воздуха от вентилятора, обдувающего нагреватель. Величина нагрузки может изменяться ступенчато. Этим ступеням соответствуют три положения переключателя “Нагрузка”, условно названные “М” (малая нагрузка),”Н” (номинальная) и “Б” (большая).

Функционально-принципиальная схема САУ и размещение элементов САУ на щите управления приведены на рис. 7 и 8, а в таблице – положения переключателя вольтметра, применяемого при исследовании регулятора, и соответствующие им цепи измерения.

Рис. 7. Функционально-принципиальная схема системы автоматического управления с И-регулятором:

R_з – потенциометр «Задание» (в корпусе КСП-3, на передней панели);

R_д – потенциометр датчика температуры (реохорд КСП-3);

R_к.у – потенциометр «Коэффициент усиления» (на щите);

ИМ – исполнительный механизм; ТГ – тахогенератор постоянного тока;

ПУ – переключатель управления «Автоматическое» – «Ручное»;

КУ – ключ дистанционного управления «Больше» – «Меньше»;

ДУП – дистанционный указатель положения выходного вала исполнительного механизма; Н – нагреватель; ТП термопара;

U_п – регулируемый источник питания измерителя рассогласования

Таблица

Выбор цепей измерения вольтметра на щите И-регулятора

Положение переключателя вольтметра	Назначение цепи измерения
1	Напряжение между движком Rзи минусовым выводом источника питанияUп
2	Напряжение между движком Rди минусовым выводом источника питанияUп
3	Напряжение между движками RзиRдна выходе измерителя рассогласования
4	Напряжение питания Uп
5…11	Цепи для диагностики установки

3. Программа работы и её выполнение

1) По функционально-принципиальной схеме САУ составить структурную схему регулятора и найти его передаточную функцию.

2) В режиме «Ручное» получить статические характеристики объекта управления по каналам управления и возмущения во всём диапазоне изменения температуры объекта и при трёх нагрузках.

Величину входного воздействия – положение вала ИМ – отсчитывают в процентах по шкале ДУП, выходную величину отсчитывают по шкале КСП-3 в единицах измерения температуры. Коэффициент передачи объекта регулирования является при этом величиной, имеющей размерность.

Величину возмущения y_ввыражают в процентах хода исполнительного механизма.

По полученным данным вычислить коэффициент передачи объекта k_обпо каналу управления и построить график в координатах «положение ИМ –k_об».

Из тех же данных определить величину возмущения y_в, приведённую к перемещению ИМ, и относительную величину нагрузки, считая нагрузку в положении переключателя «Н» за 100%. Результаты представить в таблице и графически.

3) Записать на диаграмме и построить в прямоугольных координатах временную характеристику объекта управления. Предполагая, что объект есть последовательное соединение запаздывающего звена с временем запаздывания _оби апериодического звена первого порядка с постоянной времениT_об, определить_обиT_об.

4) Отградуировать органы настройки регулятора в единицахk_p1, а именно, шкалы потенциометраR_к.уи переключателя напряжения питания измерителя рассогласованияU_п.

Для этого в разомкнутой САУ получают временные характеристики И-регулятора y(t) как зависимости перемещения вала ИМ от времени при скачкообразном изменении отклонения регулируемой величины при нескольких значениях коэффициента усиления усилителя и трех значениях напряжения питания измерительного моста U_п (трех коэффициентах передачи измерителя рассогласования).

Размыкание системы управления объектом регулирования в лабораторной установке производится отключением КСП­-3 от сети.

Последовательность операций следующая.

В режиме управления «Ручное» согласно статической характеристике перемещением исполнительного механизма устанавливают температуру объекта управления по КСП-3 в центре опыта и дожидаются окончания переходного процесса.

Отключают от сети КСП-3, размыкая этим систему управления.

С использованием вольтметра балансируют мостовую схему измерителя рассогласования, а именно:

изменяя положение ручки R_з, добиваются равенства показаний вольтметра в положениях 1 и 2 переключателя цепей вольтметра; контролируют правильность произведенной балансировки по отсутствию напряжения на входе усилителя в положении 3 переключателя цепей вольтметра.

Задают значения напряжения U_п и положение движкаR_{к. у}, а затем задают требуемое значение скачкообразного отклонения регулируемой величинывстроенным задатчиком КСП-3 и переключают режим управления на «Автоматическое». С этого момента по показаниям ДУП и секундомера находят точки временной характеристики и соответствующие им скорости перемещения ИМ.По результатам измерений вычисляютk_р1и строят три кривых семейства характеристик в координатах «деления по шкалеR_к.у–k_р1»; параметром кривых семейства является напряжениеU_п.

5) По графикам, приведённым на рис. 5, рассчитать оптимальные настройки для упомянутых выше трёх типовых переходных процессов.

Положение органов настройки (уставки регулятора) определяют по полученным графикам семейства характеристик.

6) Реализовать полученные уставки, поставив шесть опытов.

Для каждого из трёх типовых переходных процессов следует выполнить следующие действия.

В режиме управления «Ручное» нагреть объект до температуры по шкале КСП-3 в центре опыта при номинальной нагрузке.

По окончании переходного процесса ручкой потенциометра R_зпо вольтметру сбалансировать измеритель рассогласования.

Замкнуть САУ, включив режим «Автоматическое». При правильной балансировке измерителя рассогласования ИМ не должен сдвинуться с места.

Ручкой «Задание» быстро ввести рассогласование по каналу управления и получить запись переходного процесса.

Для получения переходного процесса регулятора как реакции на возмущение вместо введения рассогласования переключить нагрузку в положение«М»или «Б».

7) Для всех полученных переходных процессов найти максимальное динамическое отклонение, перерегулирование, время регулирования.

8) Сделать выводы о качестве процессов регулирования и о согласии полученных экспериментальных данных с ожидавшимися результатами.

3. Оформление отчёта

Отчёт должен содержать:

1. статические и динамические характеристики объекта управления;

2. переходные функции регулятора;

3. переходные процессы в САУ;

4. рассчитанные значения параметров настройки регулятора;

5. необходимые пояснения в тексте;

6. выводы по этапам работы и по работе в целом.

Контрольные вопросы

1. Определить показатели качества процесса регулирования.

2. Как найти передаточную функцию регулятора?

3. Как найти коэффициент передачи k_р1 и возмущение y_в?

4. Как найти оптимальные настройки И-регулятора?

5. Как определить и реализовать уставки И-регулятора?

Библиографический список

1. Клюев А.С. Автоматическое регулирование: Учебник. М.: Высш. шк., 1986. – 351 с.

2. Оппельт В. Основы автоматического регулирования. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1960. 606 с.

3. Копелович А.П. Инженерные методы расчёта при выборе автоматических регуляторов. М.: Металлургиздат, 1960.

82