Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

лаб.раб.1-8.doc

Скачиваний:

Добавлен:

07.12.2018

Размер:

1.85 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 66

Исследование системы

Поставить переключатель режимов работы индикатора ИМ-5М в положение «2». При этом начнется периодический процесс решения задачи, что можно видеть по показаниям вольтметра V₁ на модели МН-7. Включив «луч» индикатора, ручками «яркость», «фокусировка» и ручками перемещения луча, получить на экране картину процесса.

Определить характер процесса в системе и записать дифференциальное уравнение, описывающее поведение системы в данном случае. Зарисовать форму сигнала.

Определить частоту собственных колебаний системы, используя метод сравнения с эталонной частотой (частотой генератора НГПК-3М). Переключив на передней панели НГПК-3М тумблер «установка нуля – работа» в положение «работа» и включив коммутатор на панели индикатора И5-М, на экране получим одновременно кривую процесса в системе и выходной сигнал генератора. Изменяя плавно частоту генератора от одного периода решения задачи к другому, добиться равенства частот (совпадения частот по нулевой линии за все время решения). По лимбу НГПК с учетом положения переключателя диапазонов частот определить частоту колебаний системы f₀ и рассчитать угловую частоту ω₀. Отключить генератор НГПК от индикатора.

Исследовать влияние параметра h на характер процессов в системе. Изменяя коэффициент передачи делителя Д от 0 до 1 и наблюдая за характером процесса, выяснить влияние величины h на характер процесса.

Определить диапазоны изменения коэффициента h, в котором характер процесса будет апериодическим и колебательным. Зарисовать вид процесса в этих случаях.

Изменяя величину коэффициента передачи делителя, найти значение h, при котором в системе устанавливается критический режим (при этом, наблюдая процесс на экране индикатора, удобно пользоваться вольтметром V₁). Найденное значение h сравнить с рассчитанным ω₀.

Работа №7. Исследование переходных процессов в линейных системах

При исследование линейных систем обычно полагают, что они находятся и однотипных (стандартных) условиях и испытывают воздействие типовых сигналов. Это дает возможность проводить сравнительную оценку систем, характеризуя их обобщенным образом.

Предполагают, что начальное состояние системы – это состояние покоя, т.е. как сама реакция системы, так и все ее производные (если они существуют) равны нулю. К числу стандартных (испытательных) воздействий относятся единичная (ступенчатая) функция

и единичный импульс (дельта-функции) , обладающая следующими свойствами:

а) в)

б) г)

Реакция системы на эти воздействия называются временными характеристиками h(t) u g(t) соответственно, причем h(t) – переходная функция, g(t) – импульсная переходная (или весовая) функция системы. Они связаны соотношением

Знание временных характерных имеет важнейшее значение, поскольку они позволяют определить другие характеристики линейных систем:

а) передаточную функцию

б) комплексный коэффициент передачи, т.е. частотные характеристики системы.

в) реакцию системы x(t) с помощью интеграла Дюамеля, если известно воздействие

y(t)

В реальных условиях аналогом является достаточно короткий одиночный импульс, если завал спектра последнего в пределах полосы пропускания линейной системы пренебрежимо мал. При воздействии такого импульса реакция системы будет практически совпадать с ее весовой функцией.

Физический смысл последней – свободные колебания системы при мгновенно воспринимаемой начальной скорости, т.е. чисто инерционное движение.

Содержание работы

Изучение теоретических основ, исследование поведения линейной системы под импульсом и гармоническими воздействиями.

Ознакомление с устройством электронной моделирующей установки МН-7 и работой на ней.

Определение импульсной переходной функции системы по результатам моделирования.

Изучение реакции системы на гармоническое воздействие.

Необходимые инструменты и приборы.

Электронная моделирующая установка МН-7 с блоком питания ЭСВ-6.

Электронно-лучевой генератор И5-М.

Низкочастотный генератор периодических колебаний НГПК-ЭМ

Двойной пиковый вольтметр ДПВ-ЭМ.

Блок питания ЭСВ-2М.

Порядок выполнения работы

Ознакомиться с принципом работы и техническими характеристиками используемых приборов. В соответствии с инструкцией по эксплуатации произвести включение приборов в сеть и подготовить установку к работе (произвести установку нулей усилителей модели МН-7 и генератора ИГПК-ЭМ, вольтметра ДПВ-ЭМ, настроить индикатор).

Краткое описание схемы набора

Уравнение (12) исследуемой линейной системы реализуется на модели схемой рис.9, включающей У1, У5 и У6. Усилитель У5 выполняет роль сумматора-интегратора. Напряжение на его выходе равно –U. Усилитель У1 служит инвертором с коэффициентом передачи I, поэтому его выходной сигнал равен !!! . Демпфирование вводится в решение делителем Д модели, выходной сигнал с делителя подается на вход У5. Коэффициент передачи У5 по этому входу I0 (сопротивлением о,1 МОм), что дает возможность получить коэффициент !!! уравнения (13) максимально равным 10.

Внешнее воздействие подается на У5 через добавочное сопротивление 1,0 Мом, подключенное к его входу (суммирующей точке).

Для изучения воздействия на линейную систему импульсного возмущения на модели МН-7 осуществляется формирование прямоугольного импульса переменной амплитуды и длительности. При изменении амплитуды происходит изменение длительности так, что площадь импульса !!! остается постоянной. Для этого регулируемое постоянное напряжение от источника «начальные условия» подается через нормально открытые контакты реле РИ, срабатывающего при пуске, и нормально закрытые контакты реле РО на вход суммирующего усилителя У5. Одновременно с контактов РИ это напряжение попадает на вход усилителя – интегратора У8.

Для изменения длительности импульса применен усилитель У17 в «программном режиме», который производит переключение контактов реле РО. Усилитель имеет два входа и охвачен нелинейной обратной связью, на выход усилителя подключается обмотка реле РО. Когда напряжения на входах усилителя имеют одинаковую величину ( знаки напряжений равные ), происходит срабатывание реле РО. На один вход усилителя подается постоянное напряжение с источника – Е8 модели, на другой вход – линейно возрастающее на выходе У8 напряжение. Так как скорость возрастания напряжения на выходе У8 прямо пропорциональна подаваемому на его вход напряжению, то сигналы по входам 1 и 2 усилителя У17 сравниваются тем скорее, чем больше входное напряжение У8. Следовательно, длительность импульса, подаваемого на вход У8, обратно пропорциональна напряжению на выходе источника “начальные условия”. Напряжение на выходе У8, линейно возрастая, может превысить величину +100В, что является перегрузкой для усилителя. Поэтому усилитель У8 также охвачен нелинейной обратной связью через диод Д5 и источник Е6, которые ограничивают рост выходного напряжения усилителя. Данная схема обеспечивает постоянство .

При исследовании реакции системы на гармоническое воздействие последнее берется с выхода генератора НГПК-ЗМ.

Набор задачи

Набрать задачу (12) на наборном поле модели в соответствии с рис. 9, на котором показаны соединения проводниками и перемычками.

Внимание! Для удобства контроля набор задачи производить проводами желтого цвета. Белыми проводами набрана схема формирования импульсного возмущения, красными проводами к схеме подключаются индикатор И5-М и вольтметры модели.

Входы сопротивлений 3,17,19,21,35 располагаются в центральном квадрате наборного поля, выходы усилителей – в среднем (вокруг центрального).

После проверки правильности набора перевести тумблеры в положение “работа”, включить тумблер “ 220В “ и тумблер режима работы перевести в положение “повтор”.

Переключив индикатор И-5М в режим “2”, получить на экране изображения воздействия и реакции системы.

Перед началом работы проверить положения тумблеров, определяющих знак воздействия и момент его выключения: тумблер полярности напряжения начальных условий поставить в положение “+”, тумблер, расположенный под выключателем реле останова РО, поставить в положение “-”.

Ручкой “начальные условия I” на модели установить по вольтметру амплитуду импульса Um около + 50В.

Исследование влияния затухания в системе на характер реакции. Изменяя затухание в системе (меняя коэффициент передачи делителя от 0 до 0,5), исследовать влияние затухания на реакции системы. Записать в отчет выводы.

Исследовать влияния длительности импульсную переходную характеристику. Соединить клеммы V1 вольтметра ДПВ с выходом У6 и гнездом "земля". Нажать кнопку сброс ва панели вольтметра. Во время обратного хода луча индикатора И5-М нажать кнопку "пуск" на панели ДПВ. При этой зажигается сигнальная лампа. Черва Нс стрелка прибора ДИВ покажет значение максимального выгодного сигнала У6 за время измерений. Для производства нового цикла измерений нужно предварительно сбросить показания вольтметра кнопкой “сброс”.

Установка коэффициент передачи делителя 0,02; 0,05;. 0,1;0,2; 0,4 ( по указанию преподавателя), изучить влияние длительности импульса на реакции, системы, изменяя амплитуду Um импульса от +10 до +100 В, фиксировать по вольтметру. ДПВ максимальное значение напряжения Uвых реакции системы. Результаты измерения свести в табл.4.

Таблица 4

Um	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Uвых

Зная Um, определить длительность импульса () и рассчитать величину относительной длительности импульса (Т₀ - период собственных колебаний системы, равный 2 с).

Результаты вычислений завести в таблицу и построить график . По графику найти значение ()мах, при котором реакция системы на импульсное воздействие практически совпадает с импульсной переходной характеристикой системы.

Установить амплитуду входного сигнала такой, чтобы относительная длительность воздействия была меньше ()max.

Просмотреть вид реакции системы и зарисовать в отчете.

Умеиымть до нуля амплитуду импульса и отключить от гнезда 35 схему формирования импульсного воздействия.

Исследовать влияние гармонического внешнего воздействия на линейную систему.

.Изменить схему набора, установив коэффициент передачи усилителя У6 равным 10 (). Для этого выход усилителя У5 подключить ко входу сопротивления 21, а не к сопротивлению 23, как было раньше. Соединить выход сопротивления 21 перемычкой со входом У6. Подключить выход I генератора НГПК-ЗМ ко входу У5 черва гнездо 35, а выход П к клемме “земля”.

Перевести НГПК-ЗМ в положение "работа".

Установить выходное напряжение генератора равным 10 В, частоту - в пределах 0,05-0,1Га. Пустив модель, изучить влияние затухания в системе на характер реакции. Зарисовать в отчет вид полученных кривых.

Установить выходное напряжение равным I В, частоту равной 0,495 Гц. Коэффициент передачи делителя установить равным 0. Длительность развертки индикатора 50-250 с.

.Ввести небольшое затухание (0,01+0,05). Установить выходное напряжение равным 10 В, частоту равной 2 Гц. Коэффициент передачи делителя равен 0. Зарисовать вид реакции. Объяснить наблюдаемое явление и влияние демпфирования на характер процесса.

Работа №8 . Исследование автогенераторов

Цель работы заключается в ознакомлении с принципами работы автоколебательных систем на примере лампового генератора .

Автогенератор представляет собой автономное устройство , способное совершать незатухающие периодические колебания без подвода внешнего возбуждающего воздействия . Автогенератор включает в себя следующие основные элементы: колебательный контур , нелинейный элемент ( электронная лампа или транзистор ) и цепь обратной связи. Здесь нелинейный элемент выполняет роль клапана, регулирующее поступление энергии в колебательный контур, а обратная связь синхронизирует этот процесс с работой контура , компенсируя потери, обусловленные наличием активного сопротивления (рис.10).

В зависимости от величины обратной связи в автогенераторе могут иметь место различные режимы колебаний: при слабой обратной связи они затухают, при сильной обратной связи сопротивление контура становится отрицательным , что приводит к неустойчивости. Однако уровень возникающих колебаний возрастает лишь до определенной величины за счет нелинейности системы.

После этого устанавливается устойчивое незатухающее колебание и имеет место баланс энергии , т.е. полная компенсация активных потерь.

Различают мягкое и жесткое самовозбуждение автогенератора в зависимости от выбора начальной рабочей точки на характеристике лампы. При жестком самовозбуждении необходимо создать начальный толчок , амплитуда которого должна быть больше той , которая соответствует неустойчивому равновесию системы.

Графически свойства автогенераторов характеризуют с помощью их фазовых портретов , выделяя предельные циклы , соответствующие устойчивым и неустойчивым незатухающим колебаниям.

Содержание работы

Изучение теоретических основ работы автогенераторов.

Ознакомление с устройством электронной моделирующей установки “ Аналог-1” и работой с ней.

Ознакомление с методикой электрического моделирования автогенератора.

Исследование режимов работы модели автогенератора.

Необходимые инструменты и приборы

Электронная моделирующая установка “Аналог-1”.

Электронный лучевой индикатор И-5М (И-5,И-10).

Блок делителей напряжения БДН-2.

Порядок выполнения работы

Перед началом работы органы управления моделью поставить в положения, указанные ниже.

На блоке управления и измерения

Тумблер “х1” или ”х0,1” установить в положение “х1”.

Три переключателя , расположенных на желтом поле , установить в положение “999”, ключи вольтметра “1-” и “ 1-100-10В” – в нейтральное положение. Два переключателя на голубом поле поставить в нулевое положение.

На операционных блоках

Тумблеры “ ручной - автомат” установить в положение “автомат”. На каждом блоке нажать кнопку “ пуск”. На блоках 1 и 2 тумблеры “накал ограничителей” поставить в положение “вкл”. Потенциометр КЗ-2 вывести в крайнее правое положение.

Внимание! Шлипы сопротивлений “+1-”, ” +2-” на блоках не вращать !

Включить в сеть индикатор. Вертикальный вход 2 соединить с выходом множительного устройства (выход усилителя 4 на 2-м операционном блоке). Вход 1 соединить с выходом усилителя 3 на 1-м операционном блоке.

Поставить режим развертки – “однократный”.

Переключатель “усилитель-развертка” поставить в положение “развертка”. Время развертки “50-250” и “плавно” – 7с. “Вертикальный” в положение “1”, горизонтальный – в положение “5”.

Проверить правильность набора задачи в соответствии с рис.11.

Включить высокое напряжение кнопкой “высокое” на блоке питания. При этом на блоке управления загорается лампа “останов”. Установить модель в исходное положение , нажав на кнопку “возвр”.

Дать модели прогреться не менее пяти минут !

Подключить вольтметр на блоке управления (Вх.V ) к выходу функционального преобразователя (выход усилителя 3 на 3-м операционном блоке). Переключатель полярности вольтметра поставить в положение “-”. Вращая ручку потенциометра К4 на 2-м блоке из крайнего левого положения в правое, проследить на изменением выходного напряжения ФП , пропорционального крутизне S (потенциометр имеет 10 оборотов).

Установить потенциометр в положение , примерно соответствующее максимуму измеряемого напряжения . Это соответствует положению рабочей точки лампы на линейном участке характеристики. На внешнем делителе поставить коэффициент 0,5.

Переключить вольтметр на выход усилителя 1 блока 2.

Напряжение на его выходе пропорционально (). Вращая потенциометр К5-2, проследить за изменением знака напряжения.

Вращая потенциометр К5-2, сделать это напряжение отрицательным от 5 до 30 В. Подключить вольтметр на выход усилителя 3 блока 1 (величина Uв) и установить предел измерения +1В, пустить машину кнопкой “пуск”.

Убедиться , что случайные колебания, которые могут возникать в момент пуска, затухают, так как ()<0.

Поставить предел измерения вольтметра 100 В и подключить его к выходуУ1-2. Изменяя величину потенциометром К5-2, установить величину напряжения () в пределах от +8 до +10 В . Отключить вольтметр , поставив ключ “+ -” в нейтральное положение.

Включить “луч” индикатора И5-М и вывести его в левый угол экрана. Пустить модель кнопкой “пуск” , после чего сразу перевести индикатор в режимы “1”. Проследить Ра развитием процессов в автогенераторе (процесс сначала идет медленно и движение луча становится заметным примерно через 30с). Зарисовать в отчет полученную кривую.

Исследовать устойчивость полученного режима. Для этого остановить решение и нажать кнопку “ возврат”. Гнездо “ну ” усилителя УЗ-1 соединить с гнездом +100 В или -100 В . Переключить индикатор в режим “ однократн” , а усиление на вертикальном канале установить так, чтобы луч не выходил за экран. Переведя индикатор в режим “1”, пустить модель. Проследить за процессом установления колебаний в системе. Не останавливать решение. Зарисовать в отчет полученную кривую. Просмотреть фазовую диаграмму автоколебаний. Для этого вертикальный вход 1 индикатора соединить с выходом У1-1, а вход 2 с выходом У4-2. Горизонтальный усилитель “развертка” поставить в положение “усилитель”. Усиление по каналам установить таким , чтобы кривая имела размеры около 30х30м.

Замкнутая кривая есть фазовая диаграмма . Измерить период автоколебаний, для чего остановить модель и , заметив на экране положение точки, переключить тумблер (Х1-0,1) на блоке управления в положение “0,1” и нажать кнопку “сброс”. Пустить машину и дать точке совершить один полный оборот.

Остановить модель, и по показаниям счетчика времени замерить период,0 умножить его на 0,1. Записать в отчет найденное значение. Измерить амплитуду колебаний, для чего остановить модель в одном из крайних положений луча (левом или правом ).

Подключив вольтметр к выходу УЗ-1, замерить амплитуду и записать ее в отчет. Нажать кнопку “возврат”. Сняв напряжение с гнезда “ну”, просмотреть процесс установления колебаний в системе по фазовой диаграмме. Включить коммутатор и пустить модель. Появившаяся при этом кривая показывает изменение сигнала, поступающего в генератор по цепи обратной связи. Крайние петли кривой показывают напряжение потерь в генераторе, а центральная часть- энергию, восполняющую потери. В стационарном режиме в генераторе наблюдается баланс энергий и площадь центральной части кривой равна сумме площадей крайних частей.

Исследовать влияние затухания на автоколебания. Измерить , повернув потенциометр К5-2 влево не более, чем на 1 оборот. Отметить изменения в соотношениях сигналов обратной связи и изменения параметров колебаний. Записать выводы в отчет.

Исследовать влияние коэффициента обратной связи. Для этого изменить коэффициент передачи внешнего делителя, сделав его равным 0,35-0,65. Отметить изменения в соотношениях сигналов обратной связи и в параметрах колебаний. Записать выводы в отчет.

Найти минимальный коэффициент обратной связи, при котором возможны автоколебания. Для этого изменять коэффициент передачи внешнего делителя до тех пор , пока напряжение обратной связи в средней части фигуры не станет равным нулю. Величину коэффициента записать в отчет.

После окончания измерений установить коэффициент равным 0,5. Исследовать жесткий режим возбуждения. Сместить рабочую точку лампы в сторону нижнего загиба характеристик. Нажать кнопку “останов” и “возврат”. Установить потенциометром К4-2 напряжение на выходе ФП в пределах 20-30 В. Переключить вольтметр на измерение напряжения ( ) . Отрицательная величина напряжения () говорит о невозможности самовозбуждения колебаний в системе. Увеличить коэффициент обратной связи внешним делителем так, чтобы величина () стала равной 1-2 В. При этом самовозбуждение в системе невозможно. Дать системе начальный толчок, подав на клемму “ну” усилителя У1-1 напряжение +100 В или -100 В. Пустить модель и проследить процесс установления в системе предельного цикла. Сделать выводы о характере процесс возбуждения.

Установить модель в исходное положение и снять напряжение с клеммы “ну”. Изменить так, чтобы величина () стала равной нулю. Записать найденное значение в отчет. При большем в системе должно быть мягкое самовозбуждение. Установив величину () около 0,1-0,5 В, проверить существование режима самовозбуждения. Выводы записать в отчет.