книги из ГПНТБ / Теория автоматического регулирования и управления учеб. пособие
.pdf- 179 -
0,02
ющиы образом. Контакт РИ размыкается в момент запуска маши ны. Контакт "I гц" периодически ( с периодом Т « I сек) за мыкается на короткое время (порядка 50 мсек). При замкнутом контакте схема представляет собой инерционное звено с малой постоянной времени ( “Г - fiC - 10 мсек). Поэтому напряже ние на выходе почти мгновенно устанавливается ранвым вход - ному. При размыкании контакта система превращается в интег ратор с разомкнутым входом и удерживает выходное напряжение в течение всего времени вплоть до очередного замыкания кон такта.
2. Для снятия временных характеристик (переходных про цессов) необходимо задавать на вход системы некоторые типо вые возмущения. Для импульсных систем такими возмущениями
являются |
(о |
-функции и единичный скачок. Схема задания ти |
|||
повых возмущений представлена на рис. 13-9. |
|
|
|||
На |
выходе |
I |
схемы образуется <э -функция, |
а |
на выходе |
П - единичная ступенчатая функция. |
|
|
|||
3. |
Снятие |
переходного процесса производится |
|
путам сое |
|
динения |
выхода |
I |
(или выхода II) схемы рйс. 13-9 |
с |
входом мо |
дели системы, пуска машины и зарисовки выходного процесса ' системы с экрана электроннолучевого индикатора. Предвари - тедьно индикатор должен быть тщательно проградуирован как по осп напряжения, так и по оси времени. При снятии весовой
О
- IbO -
функций разомкнутой импульсной системы, непрерывная часть которой содержит интегрирующее звено, возможен некоторый дрейф выходного напряжения, обусловленный в первую очередь неидеальностью схемы импульсного элемента. Это обстоятель ство необходимо учитывать.
4. Вычисление передаточной функции разомкнутой им - пульсной системы по снятой экспериментально весовой функцк разомкнутой системы производится на основании формулы (13-3а). Если непрерывная часть разомкнутой системы не со держит интегрирующих звеньев, весовая функция затухает, и в формуле (13-3а) можно ограничиться лишь несколькими пер выми членами. В случае, когда непрерывная часть содержит одно интегрирующее звено, весовая функция стремится « п о стоянной величине W (< X i) . В этом случав формулу (13-3в) необходимо преобразовать к виду
W (г)~£го£лТ]г |
= w ( ° o ) £ i z |
-L(w[oo]-wQjT])z * |
|
/7*0 |
0*0 |
0 =О |
|
- |
- £ ( w f o o ] ~ w £ n T ] ) z n. |
||
|
|
|
(13-43) |
В последней сумме можно ограничиться несколькими пер |
|||
выми членами, |
поскольку |
(шС°°] ~ wC ^TJ)~^0 при П -+ о ° |
|
5. Для экспериментального определения предельного ко-
- i8 I -
аффициента усиления г ткнутой импульсной системы необходи - но вывести систему на границу устойчивости. Для этого пред варительно нужно установить настолько большой коэффициент усиления, чтобы в системе возникли колебания нарастающей амплитуды. После того, как амплитуда колебаний достигнет 10 - 20 в , нужно постепенно уменьшать коэффициент усиления до тех пор, пока амплитуда колебаний не будет постоянной иди очень медленно уменьшаться. Уменьшение коэффициента усиления нужно производить с достаточной быстротой, чтобы амплитуда колебаний в системе не вышла за допустимые преде лы, (ЮОв).
За д а н и е
1.Включить блок питания и "тумблер 26" на машине. По
сле прогрева |
машины (20-30 мин) настроить |
нули усилителей. |
2. Собрать схему задания типовых возмущений (рис. 13-9). |
||
Установить с |
помощью делителя напряжение - |
50 в. Проверить |
работу схемы, наблюдая с помощью индикатора процессы на вы ходах I и 2.
3. Собрать схему моделирования импульсного элемента (рис. 13-8). Убедиться в ее работоспособности, подавая на вход типовые возмущения и наблюдая процессы на выходе с по мощью индикатора.
4. Собрать схему разомкнутой импульсной системы (рис.
13-10) |
без |
пунктирной связи |
(выход усилителя У5 отключить). |
||
Установить (в режиме "подготовка")* коэффициент усиления |
|||||
усилителя |
^равный 1,5 . Снять |
весовую функцию раэомквуй>й |
|||
системы |
(реакция системы на |
(5 |
-функцию). |
||
5. |
По измеренным значениям |
весовой |
функции при t* n T |
||
(Я = 0 |
, 1 , . . . ) найти, пользуясь формулой |
(13-43), передаточ |
|||
ную функцию разомкнутой импульсной системы. |
|||||
6. Построить годограф частотной характеристики системы. Пользуясь критерием Найквиста, определить предельный коэффи циент усиления замкнутой системы.
*Тумблер "эталонное напряжение-программный рэ&им" в режиме "подготовка" должен всегда находиться в положении " эта - лонное напряжение".
о
- 182 -
7. Замкнуть систему, зарисовать форму переходного ироце 1 са .замкнутой системы на единичную ступенчатую фушши». Экс периментально определить предельный коэффициент усиления. Сравнить результаты.
- ш -
8. Рассчитать по формуле (13-31) оптимальный коэффици ент усиления, при котором переходный процесс в системе, при единичном ступенчатом возмущении заканчивается за один пери од работы импульсного элемента. Установить рассчитанный ко - эффяциент усиления. Зарисовать форму выходного процесса при единичном ступенчатом возмущении.
9. Собрать схему разомкнутой импульсной системы с неп рерывной частью типа инерционного звена (система I ) . Для этого в схеме рис. 13-10 подключить в обратную связь усили теля У^ параллельно емкости постоянное сопротивление I ном (постоянная времени инерционного звена при этом равна 1сек). Проделать п .п . 4-8 ( в п.4 установить коэффициент'усиления усилителя, равный 1,0 вместо 1,5, для чего использовать вход 19; в п. 8 вместо формулы (13-2а) использовать формулу (1329).
10. Собрать схему разомкнутой импульсной системы рис. I3 - II, соответствующую системе 3 (выход усилителя У ^ о* - ключить). Проделать п.п. 4-6 (в п.4 установить коэффициент усиления У^равный 1 ,0 ).
|
11. |
Установить коэффициент усиления У^, равный 1,58. |
Зарисовать реакцию замкнутой системы на единичное ступенча |
||
тое |
возмущение. |
|
|
1 2 . |
‘ Рассчитать по формуле (13-39) передаточную функцию |
последовательного дискретного корректирующего фильтра, обес- |
||
печиьающего минимальную конечную длительность переходного |
||
процесса |
при К = 1,58. Составить схему моделирования, ре |
|
ализующую дискретный фильтр путем охвата импульсного элемен |
||
та |
цепью |
обратной связи и рассчитать ее параметры (формулы |
13-42). Показать преподавателю. Включить корректирующий |
||
фильтр и зарисовать реакцию скорректированной системы на |
||
единичное |
ступенчатое возмущение. |
|
■ |
|
Л и т е р а т у р а |
1. Фельдозум А.Л. и др. Теоретические основы связи и управле ния. :-иаматги--., 1963, етр. 367-410.
о
ПРИЛОЖЕНИЕ I
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ МОДЕЛИРУЮЩЕЙ УСТАНОВКИ 1Ш - 7
- 185 -
I . Назначение и основа,з технические характеристику
Моделирующая установка МН-7 является электронной матема
тической машиной непрерывного действия и |
предназначена |
для |
моделирования и исследования процессов в |
системах автоматиче |
|
ского управления (САУ). |
|
|
На данной установке могут быть исследованы процессы в САУ, которые' описываются дифференциальными уравнениями до У1 поряд ке включительно. Машина МН-7 позволяет исследовать как линей - ныб,тан и нелинейные САУ.
В комплект установки входят решающий блок, блоки перемно жения, блоки нелинейности, электронно-лучевой индикатор, блок
питания. |
|
|
f |
Все математические блоки установки построены на |
базе обыч |
ного |
трехкаскадного усилителя постоянного тока УПТ с |
большим |
коэффициентом усиления и глубокой отрицательной обратной связью. В решающий блок входит 18 УПТ, набор сопротивлений, конденсато ров и диодов.
Соединение усилителей и указанных элементов в необходимые для исследуемой задачи функциональные схемы производится на об щем коммутационном поле машины с помощью соединительных прово - дов.
На моделирующей установке можно получать разнообразные схе мы и выполнять следующие операции:
1. Суммирование необходимого числа входных величия, задан ных в виде напряжений постоянного тока. На выходе суммирующих усилителей получается сумма в виде напряжения, изменяющегося в пределах от -100в до +100в. Коэффициенты усиления по каждому входу могут плавно изменяться либо от 0 до I , либо от 0 до 10. Всего в модели предусмотрено 64 входа, из них 60 с активными
сопротивлениями и 4 с* емкостными.
2. Интегрирование (при одновременном суммировании несколь ких величин). Постоянную времени интегрирующего усилителя мож но устанавливать плавно в пределах времени ’от 0,01 до I сек.
|
|
|
- 166 - |
|
|
|
|
|
|
|
|
Задание начальных условий в электромодели может производить |
|||||||||
|
ся в диапазоне + 100 в. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Результат |
интегрирования на |
выходе усилителя получается |
|||||||
|
в виде напряжения, изменяющегося |
в пределах |
от |
-100 |
в |
до |
||||
|
+ 100 в. |
В модели можно иметь одновременно |
до шести |
интегри- |
||||||
- |
руюцих усилителей. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
3. |
|
Моделирование типовых нелинейных зависимостей, в |
|||||||
1 |
чающ хся |
в регуляторах и регулируемых |
системах. Это - люфт, |
|||||||
.. |
ограничения, зона нечувствительности, |
сухое |
трение и т.п . |
В |
||||||
|
МН-7 предусмотрено 8 типовых диодных ячеек и 8 потенциометри |
|||||||||
|
ческих схем, задавших напряжение необходимого знака и величи |
|||||||||
|
ны. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Управление моделирующей установкой сосредоточено на пане |
|||||||||
|
ли управления решающего блока и включает следующие операции: |
|||||||||
|
а) |
РУЧНУЮ установку нулей в УНТ |
постоянного |
тока; |
|
|||||
|
б) |
задание |
исследуемой системе |
начальных условий и по - |
||||||
|
стоянных возмущений; |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
в) пуск, фиксацию решения, возврат схемы в исходное поло |
|||||||||
|
жение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электронно-лучевой индикатор включается |
и останавливает |
||||||||
|
ся синхронно с машиной. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Регистрация отдельных' измеряемых |
величин |
может осуществ |
|||||||
|
ляться также.с помощью стрелочных приборов модели. |
|
|
|||||||
|
Полное питание установки осуществляется от электронно- |
|||||||||
|
стабилизированного выпрямителя |
, который на |
выходе |
имеет |
че |
|||||
|
тыре стабилизированных напряжения |
постоянного |
тока (+350в, |
|
||||||
|
-190в, +100в и -350в) и напряжения переменного тока для пита - |
|||||||||
|
ния накалов ламп усилителей (6,3в). Напряжение |
-100 в получя - |
||||||||
|
етоя на |
выходе |
усилителя 18. |
|
|
|
|
|
|
|
2. Коммутационное поле МН-7
Не рис.Н - I представлен вид коммутационного поля модели
vсо стороны гравировки. На коммутационном пола выполняется ряд операций, а именно:
а) коммутация функциональных блоков; б) коммутация функциональных блоков между собой (набор
задачи).
Кроме того, на коммутационном поле производится установка значений коэффициентов.
-IB? -
К. коммутационном поле приведено изображение ( в виде треугольника) 16 рабочих усилителей. Усилители 1-4 и 9-12 предназначены для суммирующих блоков. Вход каждого такого ' усилителя выведен на 6 соединенных между собой клемм. Усили тели 5-8 и 15-16 в основном используются как интегрирующие. Эти усилители могут также выполнять суммирование входных ве личин. Переключение их с одного режима на другой достигает - ся с помощью тумблера в обратной связи усилителя. Вход каж -
доге из интегрирующих усилителей выведен на 5 соединенных между собой клеммы. 18-й усилитель используется как инвер - тор для получения напряжения - 100 в. 17-й усилитель исполь зуется в качестве источника эталонного напряжения. Во вход - ной цепи этого усилителя установлен потенциометр. Перед вхо дами усилителей располагается ряд сопротивлений. Общее ко - личество входных сопротивлений 60, из них 24переменных и 56 - постоянных. Кроме того, на коммутационном поле имеются емкости.
Переменные входные сопротивления построены из элементов,
включенных по схеме |
рис.Ш -2, |
где Rf - переменное сопротив |
ление, a Ra - сопротивление |
номиналом 910 ком или 91 ком. |
|
Потенциометром |
можно устанавливать постоянные коэффициен |
|
ты в пределах от 0 |
до I и от |
0 до 10. |
Рис.П1-2
Соединение входов и выходов схем функциональных блоков при наборе задачи производится в левой части коммутационного поля, выделенной прямоугольной гравировкой. Построение этой части коммутационного поля выполнено следующим образом. В центре размещены 64 клеммы, которые соединены с сопротивлени ями входов усилителей; этв группа клемм обведена прямоугольной гравировкой о надписью "входы".
В средней рамке с гравировкой "выходы" раэмещены клеммы, являющиеся выходами 16 рабочих усилителей..Для удобства ком -
- 188 -
мутации выход каждого усилитзлн повторен четыре раза. Кроме выходов усилителей здесь де ..омещены дополнительные клеимы, на которые подано напряжение + 100 в. Вс внешней ранке раз - чещены 16 клемм внешней аппаратуры. Эти клеммы могут быть использованы для связи с внешней аппаратурой. Кроме того , здесь же установлены клеммы I PQ - Д PQ, соединенные с пере ключающимися контактами реле 10, которые могут быть исиоль - зов-ны для различных программных переключений. Предусмотре - 'ны также 6 групп обезличенных, соединенных между собой клемм.
3. |
Управление |
установкой |
А. Установка нуля |
усилителя |
|
Тумблер "Установка нули - |
работа" устанавливаете!, в по |
|
ложение "Установка нуля". В результате срабатывает реле Р, с помощью контактов которого в цепь обратной связи усилителя подключается сопротивление К = 2 мом и отключается вход усилителя (си. рис.ПГ-З иГП-4). С помощью потенциометров, ус тановленных перед вторыми каскадами усилителей, добиваются установки нуля на выходе усилителей. Для этого выход настра - иваемого усилителя подают на стрелочный прибор. Настройку нуля следует производить на шкале сначала 2,5 в, а затем 0,1в Конструктивно эти потенциометры расположены на передней пане
ли машины, слева |
(рис.Л1-5), |
Положение других тумблеров при этом безразлично. |
|
Б. |
Режим подготовки |
В этом режиме производится установка значений постоянных
коэффициентов в усилителях, а также постоянных времени в ин - тегрирующих усилителях. Для этого тумблеры должны находиться: тумблер "Установка нуля-работа" - в положении "работа"; тумб
лер "Подготовка-работа" в положении |
"Подготовка", а тумблеры |
||
в обратных связях интегрирующих усилителей |
- |
в положении 1 мом |
|
При этом срабатывают реле Рт и Р . |
Реле |
Р |
своими контакта |
ми подключает входные цепи к-входам |
усилителей, а реле Р j |
||
отключает выход усилителя от его выходных клемм. На вход уси лителя подается сигнал и измеряется напряжение на его выходе с помощью вольтметра на передней панели машины. С помощью по тенциометров, включенных во входные цепи усилителей, устанав ливают необходимые коэффициенты передачи как для суммирующих, так и для интегрирующих усилителей.