21-22dok_toa / Лабораторні роботи / Методичка 2011

ЗМІСТ

1

ПРАВИЛА ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

УЛАБОРАТОРІЇ "ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ АВТОМАТИКИ"

1.Лабораторні роботи починаються й кінчаються у встановлений розкладом час. Вхід у лабораторію після початку занять не дозволяється.

2.При виконанні лабораторних робіт студентам забороняється відволікатися від виконання своєї основної роботи, безцільно ходити по лабораторії, самостійно брати, переносити й включати прилади, що не належать до виконання лабораторної роботи, захаращувати й засмічувати робочі місця.

3.Входити в лабораторію й виходити з її дозволяється тільки під час перерв і після закінчення занять. Якщо при знятті характеристик не можна робити перерву, виходити з лабораторії можна тільки з дозволу викладача.

4.Не можна залишати без спостереження включені установки.

5.Забороняється перебувати в лабораторії й виконувати лабораторні роботи в теплому верхньому одязі й головних уборах.

6.Забороняється захаращувати лабораторні столи сторонніми предметами, особисті речі - сумки, книги та інше - повинні бути складені на вільних столах або стільцях.

7.Викладач завчасно повідомляє студентам теми робіт на найближчі лабораторні заняття. До приходу в лабораторію кожний студент повинен виконати індивідуальне завдання й підготуватися до лабораторної роботи.

8.Лабораторні роботи виконуються бригадами по 2-3 чоловіка. Запис і обробка результатів дослідів повинні провадитися кожним студентом індивідуально.

9.Результати експериментів заносяться в заздалегідь складені таблиці. Після закінчення роботи (або частини її) таблиці й графіки представляються викладачеві для перевірки.

10.Після закінчення роботи студенти виключають установки, упорядковують робоче місце й здають його викладачеві або лаборантові.

11.Категорично забороняється без дозволу викладача або лаборанта виносити

злабораторії устаткування, прилади, методичні вказівки й інше лабораторне майно.

12.Оформлення виконаних лабораторних робіт повинне провадитися строго відповідно до методичних вказівок на стандартних машинописних аркушах або в зошиті. Схеми й графіки можна креслити олівцем, але обов'язково із застосуванням лінійки, циркуля, лекал, а не від руки. Всі умовні позначки повинні відповідати ДОСТу і виконуватися за правилами ЕСКД. Особлива увага повинна бути приділена виводам по роботі. Тут повинні бути узагальнені дані експериментів, даний критичний аналіз отриманих результатів, наведені особисті міркування за методикою проведення експериментів, по обґрунтуванню отриманих результатів, по оцінці погрішностей виміру та інше.

13.Кожний студент до наступного заняття повинен представити викладачеві окремий звіт по виконаній роботі. Студент, що не оформив звіти і не захистив їх по 3 роботам без поважної причини, до наступних робіт не допускається.

14.За псування лабораторного майна студент несе матеріальну відповідаль-

ність.

2

ПРАВИЛА ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ ПРИ ВИКОНАННІ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

При виконанні лабораторних робіт студенти зобов'язані пам'ятати про можливості поразки електричним струмом і необхідності дотримання правил техніки безпеки. Невиконання правил техніки безпеки, необережне поводження з апаратурою, неуважність і, як наслідок, випадковий дотик до струмоведучих частин схеми, можуть повести за собою нещасні випадки. Тому при роботі в лабораторії необхідно дотримувати особливої обережності й строго виконувати правила техніки безпеки.

1.Перед початком лабораторних робіт прослухати інструктаж викладача про правила техніки безпеки на робочому місці й розписатися в спеціальному журналі.

2.Лабораторні роботи в лабораторії "Теоретичні основи автоматики" виготовлені у вигляді окремих настільних приладів.

3.Приєднання установок до мережі напругою 380 В (220 В) виконується спеціалізованими вилками. Кожний стенд має світлову сигналізацію й на кожному стенді встановлений індивідуальний плавкий запобіжник.

4.Перед включенням установки зовнішнім оглядом переконатися в цілісності установки, сполучних проводів, приладів. Всі тумблери повинні перебувати в положенні "Виключене".

5.Включити вилку в розетку, якщо вона не була включена заздалегідь. Включити тумблер "Мережа" на передній панелі установки.

6.Щоб уникнути нещасних випадків категорично забороняється: знімати кришку й розбирати автоматичний вимикач, трифазну й однофазну розетки; приєднувати прилади, установки та інше до мережі за допомогою тимчасових з'єднань або оголених проводів; застосовувати дроти з ушкодженою ізоляцією; підключати прилади до мережі без зняття напруги; працювати на несправних установках; залишати без спостереження включені установки; розташовувати зошити при записі показань на вимірювальних приладах і установках; захаращувати робочі столи сторонніми предметами; торкатися руками або якими-небудь предметами обертових частин електричних машин або робити їхнє гальмування.

7.При перегорянні запобіжника або спрацьовуванні автоматичного вимикача студенти за допомогою викладача усувають причину виникнення перевантаження або короткого замикання й знову включають установку під спостереженням викладача.

8.При нещасному випадку негайно надати першу допомогу потерпілому. Аптечки швидкої допомоги перебувають у лабораторії та на кафедрі (ауд. 1.312). Якщо буде потреба, викликати швидку допомогу по телефону 103.

9.У випадку пожежі негайно виключити автомат і рубильник. Вжити заходів до ліквідації загоряння, а якщо буде потреба викликати пожежну команду по телефоні 101.

10.Виклики швидкої допомоги й пожежної команди робити через чергового 1-го навчального корпусу корпуса або секретаря кафедри.

11.Після закінчення експерименту ручки керування й перемикачі поставити у вихідне положення, тумблером "мережа" виключити установку. Виключити автоматичний вимикач. Робоче місце повинне бути приведене в порядок.

3

ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧНА РОБОТА 01 ВИДАЧА ЗАВДАННЯ ДЛЯ ВИКОНАННЯ ІНДЗ

Мета заняття

1. Пояснити методику та порядок виконання ІНДЗ.

Програма заняття

1.Надати кожному студенту шифр для виконання домашнього завдання.

2.Дати графік виконання домашнього завдання та порядок звіту про виконання.

3.Дати коротку характеристику кожного розділу ІНДЗ.

4.Дати порядок оцінювання виконаних розділів ІНДЗ.

5.Навести приклад по виконанню 1 розділу ІНДЗ.

Виконання

1. Шифр варіантів Приклад шифру варіанту ХХ – ХХ – ХХ – ХХ

1 цифра – принципова схема автоматизації 2 цифра - передавальна функція замкненої системи автоматичного управління:

3 цифра - визначення стійкості САУ за алгебраїчним критерієм: 4 цифра - визначення стійкості САУ за частотним критерієм:

2. Графік виконання домашнього завдання

4. Оцінювання домашнього завдання За ритмічність виконання ІНДЗ виставляються такі бали:

1розділ – 3 бали;

2розділ – 1 бал;

3розділ – 5 бали;

4розділ – 4 бали;

За роботу, яка виконана вірно виставляється 12 балів

4

5. Проаналізувати роботу принципової схеми автоматизації; описати властивості елементів, з яких вона складається.

1.– пневматичний циліндр

2.– золотник

3.– камера с регулятором тиску

4.– керуючий клапан

Система автоматичного управління регулювання тиску газу в трубопроводі здійснюється таким чином: при зниженні тиску газу в трубопроводі природно зменшується тиск в камері 3, де розташовано регулятор тиску. Під дією пружини, що розтягується коромисло почне свій рух вгору по рисунку і потягне за собою поршень золотника 2. Верхній клапан відкриє трубопровід правої камери гідроциліндру, що управляє клапаном 4. Газ під тиском РЖИВЛ, поступаючи в правую камеру починає переміщати клапан циліндру 1 і тим самим відкриється подача газу в трубопроводі. При досягненні певного тиску в трубопроводі відповідно збільшиться тиск в камері 3 регулятору тиску, де за рахунок тиску буде стискуватися пружина, перепускні клапани почнуть переміщатися вниз. При цьому під тиском повітря РЖИВЛ, що буде поступати в ліву камеру циліндра 1, буде переміщатися поршень, а це приведе до закриття клапану 4.

Опис елементів принципової схеми

2. Золотниковий перетворювач. Якщо його поршень переміщується вгору, робоча речовина під тиском потрапляє у верхню вихідну трубку, а нижня вихідна тру-

5

бка з'єднується з атмосферним тиском (р1 = рживл, р2 = р0): якщо ж поршень золотника переміщується донизу, то все відбувається навпаки: р2 = рживл, р1 = р0. Золотникові

перетворювачі бувають гідравлічні (робоча речовина - рідина під тиском) і пневматичні (робоча речовина - стиснене повітря).

3. Сильфонний перетворювач являє собою гофрований металевий стаканчик; переміщення його дна у = l залежить від тиску газу або рідини х = р усередині стаканчику.

Література

1.Бородин И.Ф., Кирилин А.И. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов. - М.: Колос, 1977. - 328 с.

2.Автоматика и автоматизация производственных процессов /И.И. Мартыненко, Б.Л. Головинский, Р.Д.Проценко, Т.Ф.Резниченко. - М.: Агропромиздат, 1985. -

335 с.

3.Бородин И.Ф., Кирилин А.И. Практикум по основам автоматики и автоматизации производственных процессов. - М.: Колос, 1974. - 255 с.

4.Топчеев Ю.И., Цыпляков А.П. Задачник по теории автоматического регулирования. - М.: Машиностроение, 1977. - 592 с.

5.Теория автоматического управления. Ч.1. Теория линейных систем автоматического управления /Под ред. А.А. Воронова. - М.: Высшая школа, 1977.-303с.

6.Скрыпник Н.Н. Справочник по приборам и средствам автоматизации для контроля качества сельскохозяйственной продукции. - К.: Урожай, 1988.-128 с.

7.Бородин И.Ф. Технические средства автоматики. - М.: Колос, 1982.-303 с.

8.Елистратов П.С. Электрооборудование сельскохозяйственных предприятий: (Справочник) - Мн. Ураджай, 1986. - 328 с.

9.Конспект лекцій з дисципліни "ТОА" (частина 1).

10.Конспект лекцій з дисципліни "ТОА" (частина 2)

11.Бохан Н.И., Фурунжиев Р.Н. Основы автоматики и микропроцессорной техники: Учеб. Пособие. – Мн. Ураджай, 1987. – 376 с.

12.Справочник по механизации и автоматизации в животноводстве и птицеводстве /А.С. Марченко, Г.Е. Кистень, Ю.Н. Лавриненко и др.; под ред. А.С. Марченко.

–К.: Урожай, 1990. – 456 с

13.www.asv-tdatu.narod.ru – сайт кафедри АСВ

6

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 02

ДОСЛІДЖЕННЯ ТИМЧАСОВИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛІНІЙНИХ ДИНАМІЧНИХ ЛАНОК

Мета роботи - вивчення тимчасових характеристик типових динамічних ланок і придбання практичних навичок визначення параметрів передатних функцій, цих ланок, по отриманих експериментальних перехідних характеристиках.

СТИСЛІ ТЕОРЕТИЧНІ ДАННІ

Робота проводиться на комп'ютерах з використанням програми "SamSim" (Додаток В). Динамічні властивості систем автоматичного управління і їхніх ланок можуть бути однозначно визначені тимчасовими характеристиками: перехідною і імпульсною. Для одержання зазначених характеристик на вхід ланки подають визначеного виду вплив x(t) і досліджують реакцію ланки y(t) на цей вплив.

Динамічні властивості ланки аналізуються за допомогою вхідного стрибкоподібного сигналу (східчастий вплив). Реакцію аналізованої ланки системи, на одиничний східчастий вплив l(t), у математичній формі описує, так звана, перехідна функція або її графічне представлення - перехідна характеристика h(t). Реакцію об'єкта на цей вплив іноді називають кривою розгону, що відрізняється від перехідної кривої лише масштабом.

Для порівняння перехідних функцій використається стандартний вхідний сигнал - одиничний стрибок, що визначається як зміна вхідної величини в повному діапазоні зміни (для відносного відхилення - на одиницю l(t)).

До прикладеного цього впливу ланка або система перебуває в стані спокою. Передбачається, що одиниця має ту ж розмірність, що й фізична змінна на вході ланки, системи. У реальних умовах подібний вплив відповідає швидкому включенню сигналу, що задає. Основою класифікації елементарних ланок є їхні динамічні характеристики. Функціональні блоки різної фізичної природи можуть бути представлені у вигляді однакових динамічних ланок, якщо їхні динамічні властивості описуються однаковими диференціальними рівняннями (не вище другого порядку).

Залежно від властивостей, усі ланки можна розбити на три групи: статичні (пропорційні), ланки що диференціюють і інтегрують.

У таблиці (Додаток А) наведені відповідні диференціальні рівняння, передатні функції й перехідні характеристики елементарних ланок.

Безінерційна ланка передає сигнал без перекручування й зрушення в часі, але змінений у К раз. Необхідно відзначити, що реальні ланки можуть бути віднесені до даного типу умовно, тому що мають інерційність. Однак, перехідний процес у деяких елементах протікає за час зневажливо мале в порівнянні із часом перехідного процесу системи в цілому, а тому не роблять на нього впливу. Динамічний параметр К називають коефіцієнтом підсилення. Перехідна характеристика повторює східчастий вплив l(t) збільшене в К раз (при К > 1).

Ланка, що інтегрує. Часто рівняння інтегруючої ланки записують у вигляді dy/dx = Kx, тобто швидкість зміни вихідної величини пропорційна вхідний. У ре-

7

зультаті рішення цього рівняння при одиничному сигналі на вході y = Ktl(t), що графічно зображується у вигляді похилої лінії, що переходить через початок координат. Коефіцієнт передачі цієї ланки:

Аперіодична (інерційна) ланка. Динамічні властивості визначаються значеннями двох величин К і Т. К- коефіцієнт передачі (посилення) ланки; Т - постійна часу. Вихідна величина ланки в перехідному режимі з деякою кінцевою швидкістю обумовленою величиною Т випливає за зміною вхідної величини. Тому їх називають інерційними. Сигнал на вході ланки наростає по експоненті, тому ланку називають аперіодичною. При t сигнал досягає стале значення hСТ. Приблизно величина постійної часу Т може бути визначена по перехідній характеристиці як час, за яке вихідний сигнал досягає значення 0,63hСТ, тому що при t = T

де К = hСТ при одиночної дії.

Постійна часу Т визначається по перехідної характеристиці як величина проекції на вісь часу t відрізка, що відтинає на горизонтальній прямій, проведеної на рівні hСТ вертикально, що проходить через довільно обрану крапку експоненти й дотичній, відновленої в цій крапці. Для експериментально отриманої перехідної характеристики провівши дотичну в крапці 0, можна визначити постійну часу ланки. Ця дотична на рівні hСТ = К відітне відрізок рівний Т. За час t = T вихідна величина досягне значення 0,63 hСТ. Прийнято вважати, перехідний процес закінчується, якщо вихідна величина досягає сталого значення з погрішністю 5%. Це відповідає тривалості перехідного процесу tПР = 3Т. Такі ланки в САУ зустрічаються дуже часто, зокрема, більшість об'єктів регулювання.

Коливальна ланка ставиться до ланок другого порядку. Параметр називають коефіцієнтом коливальності (ступенем загасання) ланки. Динамічні властивості ланки другого порядку залежать від корнів характеристичного рівняння:

Ланка буде аперіодичною другого порядку, якщо корінь речові; коливальною, якщо корні комплексні. Корні характеристичного рівняння визначаються:

звідки видно, що комплексні корні можуть бути отримані при виконанні умови 0 < < 1. Наявність сполучених комплексних корінь є обов'язковою умовою коливального режиму, що видний з перехідної характеристики, тобто перехідний процес являє собою загасаючі коливання щодо сталого значення hСТ. Для коливальної ланки коефіцієнт передачі визначається за сталим значенням перехідної характеристики К = hСТ. Постійна часу й коефіцієнт демпфірування , знаходяться із рівнянь:

8

де Тк - період коливань; h1 і h2 - амплітуди двох сусідніх полу коливань одного знаку відносно сталого значення (табл. 1).

Якщо визначено перерегулювання

то коефіцієнт демпфірування може бути розраховано за виразом:

або визначено за графіком залежності ^ %, який показано на рис. 1.

Ланка, яка диференціює. В ідеальній ланці, що диференціює, вихідна величина пропорційна похідній від вхідної:

Рисунок 1 – Графічний метод визначення коефіцієнт демпфірування

Передатна функція ланки

Коефіцієнт Кд має розмірність часу Тд (постійна диференціювання). Ідеальною ланкою, що диференціює може бути звичайний тахогенератор постійного струму (ЕПС тахогенератору пропорційна кутовій швидкості обертання валу), операційний підсилювач в режимі диференціювання. В реальних ланках, що диференціюють є інерційність. Перехідна характеристика є експоненціальною кривою, яка має в мо-

мент часу t = 0 значення . Постійна часу Т визначається за правилами визначення

постійної часу аперіодичної ланки, а також визначається постійна диференціювання

КД.

Аперіодична нестійка ланка описується рівнянням:

Перехідна характеристика в цій ланці має розбіжний характер:

Ланка, яка затримує. Передатна функція ланки:

9

де Т - час чистого запізнювання.

Ця ланка передає сигнал без перекручення, але зрушеним в часі на величину Т. Перехідна характеристика ланки:

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1.Запустити на комп'ютері програму SamSim.

2.Скласти з типових блоків, які представлені у бібліотеці елементів програми, досліджувану модель (відповідно завдання), у вигляді структури (рис. 2, а). Як джерело сигналу обрати генератор східчастого сигналу. Провести досліди з пропорційною ланкою, ланкою, що інтегрує,аперіодичною ланкою 1 порядку, коливальною ланкою.

б) схема досліду з елементарною ланкою, що інтегрує для зміни К та Т; в) схема досліду АЧХ ланки

3. Задати чисельні значення параметрів досліджуваних ланок К, Т і d згідно завдання (таблиця 2).

Таблиця 2 – Варіанти завдань

4.Одержати перехідну характеристику ланки при заданих параметрах ланки за варіантом і генератора одиничного східчастого впливу (ГОСВ) (для отримання характеристик потрібно встановити контрольні точки на виходах елементів).

5.Для заданої елементарної ланки (за вибором викладача) проаналізувати вплив параметрів К і Т на перехідну характеристику змінюючи Т у 2 або 4 рази при постійному значенні К і змінюючи К у 10 разів при постійному значенні Т. Резуль-

10