Лабораторна робота №8

Тема: Елементи автоматики засобами Electronics Workbench

Мета роботи:

1. Вивчення принципу дії масштабуючого блоку

2. Вивчення принципу дії трьохвхідного сумуючого блоку

3. Вивчення принципу дії інтегруючого блоку

4. Вивчення принципу дії диференціючого блоку

5. Дослідження формувача передатніх функцій

6. Вивчення принципу дії помножувального пристрою

7. Вивчення принципу дії ділильного пристрою

Загальні відомості

Більшість компонентів програми EWB5.12, які можуть бути використані у якості моделей елементів автоматичних пристроїв, зосереджені у бібліотеці Controls.

Порядок виконання роботи

1. Вивчення принципу дії масштабуючого блоку

Зібрати схему включення масштабуючого блоку (рис.1). Задати параметри блоку у діалоговому вікні, у якому потрібно встановити коефіцієнт підсилення К=2 (порядковий номер за журналом), постійну складову на вході VIOFF=-2В і виході VOOFF=2В (порядковий номер за журналом). По постійній складовій вихідна напруга блоку:

, (1)

з врахуванням знаків, які входять до формули складових. При вказаних параметрах справедливість виразу (1) проілюстрована результатами осцилографічних вимірів (рис.2), звідки можна побачити, що різниця між амплітудами позитивної і негаьтвної напівхвиль складає 4В, тобто постійна складова дорівнює 2В, що відповідає розрахунковому значенню.

Рис.1 – Схема включення масштабуючого блоку

Рис.2 – Осцилограма сигналів

2. Вивчення принципу дії трьохвхідного підсумовуючого блоку

Зібрати схему включення трьохвхідного підсумовуючого блоку (рис.3). Тут Ua, Ub, Uc – джерела вхідних сигналів, у данному випадку – постійної напруги, але у загальному випадку можуть бути будь-якими функціями часу. Параметри блоку задаємо у діалоговому вікні, VAOFF=-5В, VCOFF=5В, визначають постійну складову на входах А, В і С, параметри КА=КВ=КС=1 – коефіцієнт підсилення по напрузі для кожного входу, KOUT=1 – загальний для трьох каналів коефіцієнт підсилення, VOOFF=0,25В – постіну складову на виході. Вихідна напруга визначається за формулою:

. (2)

Рис.3 – Схема включення трьохвхідного підсумовуючого блоку

3. Вивчення принципу дії інтегруючого блоку

Зібрати схему включення інтегруючого блоку (рис.4).

Рис.4 – Схема включення інтегруючого блоку

Параметри блоку задати у діалоговому вікні, у якому − коефіцієнт передачі;VIOFF=3В – напруга постійної складової на вході; ,− граничні значення вихідної напруги від’ємної та додатньої полярності;− мінімальна швидкість зміни вихідної напруги;− початкова напруга на інтегруючому конденсаторі (на виході). ПараметриVIOFF і VOIC необхідні для установки початкових умов. При вказаних значеннях параметрів результати моделювання повинні бути такими: у момент часу (початок моделювання) вихідна напруга інтегратора стрибком набуває встановленого значенняVOIC=-10В, після чого відбувається інтегрування напруги VIOFF=3В і вхідних двохполярних імпульсів з функціонального генератора.

4. Вивчення принципу дії диференціючого блоку

Зібрати схему включення диференціючого блоку (рис.5).

Рис.5 – Схема включення диференціючого блоку

У діалоговому вікні блоку параметр К=1с – коефіцієнт передачі; VOOFF=3В – напруга постійної складової на виході (початкова умова); ;− граничні значення вихідної напруги від’ємної та додатньої полярності;− швидкість зміни вихідної напруги. За допомогою осцилографу може бути показаний процес формування прямокутних імпульсів шляхом диференціювання вхідних пилкоподібних імпульсів.

5. Дослідження формувача передатніх функцій

Цей компонент дозволяє формувати передатні функції у відповідності з виразом:

, (3)

де р – оператор Лапласа.

Коефіцієнти поліномів А, В і коефіцієнт підсилення К задаються у діалоговому вікні у вигляді двох закладок (на рис.6 – перша закладка, на ненаведеній другій закладці В1=0,05, В0=1). У вікні можна також задати зсув на вході (постійну складову) VIOFF, установку початкових умов в режимі інтегратора VINT і частоту зрізу W.

Схема включення формувача передатніх функцій наведена на рис.7. Його вхідні затискачі позначено цифрами 1 і 2, вихідні – цифрами 3 і 4. У якості контрольно-вимірювального приладу використано вимірювач АЧХ-ФЧХ.

Рис.6 – Діалогове вікно установки параметрів формування передатніх функцій

Рис.7 – Схема вмикання формувача передатніх функцій

При вказаних на рис.6 значеннях параметрів отримуємо передатну функцію ланки другого порядку у такому вигляді:

. (4)

Результати моделювання цієї передатної функції при вибраній частоті зрізу 62800 рад/с (10 кГц) наведені на рис.8. Коефіцієнт передачі на резонансній частоті (частоті зрізу) при цьому дорівнює 1/В1=1/0,05=20=26дБ, що співпадає з виміряним значенням.

Випробування формувача при значеннях параметрів (А0=В0=0, К=1, W=1, інші параметри з нульовим значенням) показали, що він дозволяє об’єднувати сигнали від трьох джерел. Якщо у якості вихідного використовувати вивод 3, то сигнал з виводу 2 буде передаватися з інверсією, а з виводів 1 і 4 – без інверсії, при цьому невикористані входи можна не заземлювати.

Рис.8 – Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) формувача передатної функції (4)

6. Вивчення принципу дії помножувального пристрою

Зібрати схему включення пристрою (рис.9), вихідна напруга якого визначається за виразом:

, (5)

тут параметри задаються у діалоговому вікні (рис.10) і мають наступні значення: К=0,5 – загальний коефіцієт передачі; YK=XK=1 – коефіцієнт передачі по входам Y і Х; YOFF=-1В, XOFF=1В – постійні складові відповідно на входах Y, X та виході. Після підстановки вказаних значень параметрів отримаємо результат, який повинен співпадати з розрахунковим і отриманим за допомогою вольтметру.

Рис.9 – Схема включення помножувального пристрою

Рис.10 – Діалогове вікно установки параметрів помножувального пристрою

7. Вивчення принципу дії ділильного пристрою

Зібрати схему включення пристрою (рис.11), вихідна напруга якого визанчається за виразом:

, (6)

тут параметри, що входять до пристрою аналогічні з помножувальним пристроєм. Для експерименту обрано: К=1, OFF=1В, YOFF=-1В, YK=1, XOFF=1В, ХК=1. Параметри діалогового вікна (рис.12) XLOWLIM (обмеження на мінімальне значення Х) і XCD (параметр згладжування) на результат не впливали при їх зміні від 0 до 100 (значення 100 – для обох параметрів). Після підстановки вказаних значень параметрів отримаємо результат, який повинен співпадати з розрахунковим і отриманим за допомогою вольтметру.

Рис.11 – Схема включення ділильного пристрою

Рис.12 – Діалогове вікно установки параметрів ділильного пристрою

Завдання та питання для самоперевірки

1. Зберіть еквіваленту схему масштабуючого блоку на ОП з коефіцієнтом передачі К=2 і VIOFF=VOOFF=0.

2. Записати вираз для вихідної напруги інтегруючого та диференціючого блоків у вигляді U0(t). для інтегруючого блоку визначити припустимий час інтегрування при вказаних на рис.4 значеннях параметрів VL, VU та VS.

3. Провести випробування схеми ділильного пристрою на рис.11, для випадку ділення двох синусоідальних сигналів однакової частоти, але різної амплітуди і фази.

4. Використовуючи схему включення формувача передатніх характеристик на рис.7, провести досліджування наведених нижче ланок з вказаними для кожної з них коефіцієнтами передачі К(р). Для кожної схеми отримати АЧХ та ФЧХ, і порівняти результати з даними, отриманими з використанням формувача передатних характеристик при однакових вихідних даних: W=62800 рад/с, С1=С2, R2=0,5R1, .

4.1 Форсуюча (прискорююча) ланка (рис.13,а); .

Рис.13 – Схеми форсуючої ланки (а) та комбінованих ланок 1(б), 2(в), 3(г), 4(д) та 5(е)

4.2 Комбінована ланка (КЛ) 1 (рис.13,б); .

4.3 КЛ 2 (рис.13,в); .

4.4 КЛ 3 (рис.13,г); .

4.5 КЛ 4 (рис.13,д); .

4.6 КЛ 5 (рис.13,е); .

4.7 КЛ 6 (рис.14,а); .

4.8 КЛ 7 (рис.14,б); .

Рис.14 – Схема комбінованих ланок 6(а), 7(б), 8(в), 9(г), 10(д) та 11(е)

4.9 КЛ 8 (рис.14,в); , .

4.10 КЛ 9 (рис.14,г); .

4.11 КЛ 10 (рис.14,д); .

4.12 КЛ 11 (рис.14,е); .