
- •Введение
- •Часть 1. Основы теории автоматического управления
- •Глава 1. Принципы построения автоматизированных производств
- •1.1. Автоматизация производства
- •1.2. Основные термины и определения автоматизированных производств
- •1.3. Конструкторская документация - схемы систем автоматики
- •Глава 2. Принципы построения сау и режимы ее работы
- •2.1. Фундаментальные принципы управления
- •2.2. Основные виды сау
- •Глава 3. Режимы работы сау
- •3.1. Статические режимы работы сау
- •3.1.1. Статические характеристики
- •3.1.2. Статическое и астатическое регулирование
- •3.2. Динамический режим сау
- •3.2.1. Уравнение динамики сау
- •3.2.2. Передаточная функция
- •3.2.3. Элементарные динамические звенья
- •3.3. Структурные схемы в сау
- •Глава 4. Временные характеристики сау
- •4.1. Понятие временных характеристик
- •4.2. Переходные характеристики элементарных звеньев
- •4.2.1. Безынерционное (пропорциональное, усилительное) звено
- •4.2.2. Интегрирующее (астатическое) звено
- •4.2.3. Инерционное звено первого порядка (апериодическое)
- •4.2.4. Инерционные звенья второго порядка
- •4.2.5. Дифференцирующее звено
- •4.2.6. Запаздывающее (чистого или транспортного запаздывания) звено
- •Глава 5. Частотные характеристики сау
- •5.1. Понятие частотных характеристик
- •5.2. Частотные характеристики типовых звеньев
- •5.2.1. Безынерционное звено
- •5.2.2. Интегрирующее звено
- •5.2.3. Апериодическое звено
- •5.2.4. Правила построения чх элементарных звеньев
- •5.3. Частотные характеристики разомкнутых одноконтурных сау
- •Глава 6. Законы регулирования и качество сар
- •6.1. Характеристики объекта управления
- •6.2. Законы регулирования
- •6.3. Понятие устойчивости системы
- •6.4. Основные условия устойчивости
- •6.5 Частотные критерии устойчивости сау
- •6.6 Качество регулирования сау
- •6.7 Синтез и коррекция сар
- •Часть 2. Технические средства автоматики
- •Глава 7. Элементная база устройств автоматики
- •7.1. Элементная база автоматики
- •7.2. Аналоговые схемы устройств автоматики
- •Глава 8. Цифровые схемы автоматики
- •8.1. Комбинационная логика
- •8.2. Элементы комбинационных логических устройств
- •8.3. Цифровые автоматы
- •Глава 9. Датчики параметров технологического процесса
- •9.1. Характеристики датчиков
- •9.2. Чувствительные элементы датчиков
- •9.2.1. Механические чувствительные элементы датчиков
- •9.2.2. Потенциометрические чувствительные элементы
- •9.2.3. Тензочувствительные элементы
- •9.2.4. Индуктивные чувствительные элементы
- •9.2.5. Индукционные чувствительные элементы
- •9.2.6. Емкостные чувствительные элементы
- •9.2.7. Пьезоэлектрические чувствительные элементы
- •9.2.7. Фотоэлектрические чувствительные элементы
- •9.2.8. Элементы, чувствительные к температуре
- •Глава 10. Принципиальные схемы датчиков
- •10.1. Датчики температуры
- •10.2. Датчики перемещений
- •10.3. Термоанемометр постоянной температуры
- •10.4. Датчик давления с ёмкостным преобразователем
- •10.5. Датчик влажности газов
- •10.6. Датчики, использующие фотоэлектрические элементы
- •Глава 11. Задающие, сравнивающие и усилительные устройства сар
- •11.1. Задающие устройства
- •11.2. Сравнивающие устройства
- •11.3. Усилители
- •Глава 12. Исполнительные устройства автоматики
- •Глава 13. Микропроцессорные средства и их использование в автоматике
- •13.1. Базовые средства микропроцессорной техники
- •13.2. Системы сбора информации с датчиков на базе микроЭвм
- •Глава 14. Программируемые регуляторы
- •Список терминов
- •- Преобразования
- •Список используемой литературы
- •Мичуринский государственный аграрный университет
- •393760, Тамбовская обл., г.Мичуринск, ул. Интернациональная, 101,
- •Лабораторный Практикум
- •«Автоматика»
- •110302 « Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»,
- •110303 – «Механизация переработки сельскохозяйственной продукции»,
- •110304 – «Технология обслуживания и ремонта машин в апк»
- •Рецензент:
- •Содержание
- •Общие сведения
- •Выпрямительный диод
- •Стабилитрон
- •Полупроводниковые выпрямители
- •3. Описание лабораторного стенда
- •4. Рабочее задание
- •5. Контрольные вопросы
- •Рабочая точка транзисторного каскада
- •Работа транзисторного каскада в режиме малого сигнала
- •3. Описание лабораторного стенда
- •4. Рабочее задание
- •5. Контрольные вопросы
- •Схемы с оу, охваченные обратной связью
- •Инвертирующий усилитель
- •Неинвертирующий усилитель
- •Дифференциальный усилитель
- •Суммирующая схема
- •Интегрирующая схема
- •Дифференцирующая схема
- •3. Описание лабораторного стенда
- •4. Рабочее задание
- •5. Контрольные вопросы
- •Однопороговый компаратор
- •Гистерезисный компаратор
- •3. Описание лабораторного стенда
- •4. Рабочее задание
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №5 Исследование цифровых систем
- •1. Цель работы
- •Сведения необходимые для выполнения работы
- •Логические элементы
- •Дешифраторы
- •Мультиплексоры
- •Триггеры
- •Счетчики
- •3. Рабочее задание
- •4. Контрольные вопросы
- •Литература
- •Методические указания по выполнению лабораторных работ
- •Цель работы
- •Общие сведения
- •Описание лабораторного стенда
- •Указания по выполнению работы
- •Содержание отчета
- •Цель работы
- •Оборудование и приборы лабораторного стенда
- •Общие сведения
- •Указания по выполнении работы
- •Содержание отчета
- •Рекомендуемая литература
- •Контрольные вопросы
- •Цель работы
- •Общие понятия
- •Оборудование и приборы лабораторного стенда
- •Указания по выполнению работы
- •Содержание отчета
- •Рекомендуемая литература
- •Контрольные вопросы
- •Цель работы
- •Общие сведения
- •Оборудование и приборы лабораторного стенда
- •Указания по выполнению работы
- •Рекомендуемая литература
- •Контрольные вопросы
- •Цель работы
- •Общие сведения
- •Описание лабораторного стенда
- •Указания и порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Рекомендуемая литература
- •Контрольные вопросы
- •Практикум по основам автоматики
- •110302 « Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»,
- •110303 – «Механизация переработки сельскохозяйственной продукции»,
- •110304 – «Технология обслуживания и ремонта машин в апк»
- •Рецензент:
- •Содержание
- •Выбор варианта задания
- •1. Преобразователи и усилители электрических сигналов
- •2. Исполнительные устройства и электропривод
- •Автоматика
- •Рецензент:
- •1. Цели и задачи курса
- •2. Объем и содержание курса
- •3. Вопросы контрольного задания
- •Номера вопросов контрольного задания.
- •4. Выполнение контрольного задания
- •5. Литература
Интегрирующая схема
Схема интегратора на основе ОУ получается путем замены в инвертирующей схеме резистора обратной связи на конденсатор (рисунок 3.7).
Рисунок 3.7 - Принципиальная схема интегратора на ОУ
Известно, что заряд на конденсаторе Q и ток через него iС определяются выражениями:
Q=C∙U, (3.22)
.
(3.23)
С учетом этих соотношений для схемы, изображенной на рисунке 3.7, получим: ioc = Coc(dUBblХ/dt). (3.24)
Для идеального ОУ ioc = UBX/R1 и i1 = ioc, отсюда:
(3.25)
или в интегральной форме:
(3.26)
где ТИ - время интегрирования.
Таким образом, значение напряжения на выходе интегратора пропорционально интегралу от входного напряжения, а масштабный коэффициент равен 1/R1Сос и имеет размерность сек-1.
Если входное напряжение постоянно, то выражение (26) принимает вид:
(3.27)
Уравнение (3.27) описывает линию с наклоном -(UВХ/RC). При UBX =1 В, С = 1 мкФ, R = 1 МОм наклон равен 1 В/с. Выходное напряжение будет нарастать линейно с указанной скоростью до тех пор, пока ОУ не перейдет в режим насыщения.
Дифференцирующая схема
Дифференцирующая схема на основе ОУ напоминает интегратор, у которого изменены места подключения резистора и конденсатора (рисунок 3.8). Для идеального ОУ легко получить передаточную функцию дифференцирующего устройства.
Рисунок 3.8 - Принципиальная схема дифференцирующего устройства на ОУ
Если на вход схемы подано напряжение UBX, оно практически полностью приложено к конденсатору, так как схема ОУ устроена таким образом, что потенциалы прямого и инвертирующего входов дифференциального усилителя совпадают. В результате через конденсатор протекает ток, равный:
(3.28)
Так как входное сопротивление ОУ достаточно велико и входной ток ОУ можно считать равным нулю, весь ток конденсатора протекает через резистор ROC:
(3.29)
Выходной
сигнал определяется падением напряжения
на сопротивление обратной связи
:
. (3.30)
Таким образом, выходное напряжение пропорционально скорости изменения входного сигнала.
3. Описание лабораторного стенда
В состав лабораторного стенда входит лабораторный стенд на базе компьютера с программой Electronics Workbench.
4. Рабочее задание
Запустите программу Electronics Workbench.
Задание 1. Получение переходной характеристики инвертирующего усилителя
Для исследования характеристик инвертирующего усилителя соберите электрическую схему, изображенную на рисунке 3.9.
Рисунок 3.9 – Принципиальная электрическая схема для исследования, инвертирующего усилителя
1.1 Задайте значение источника напряжения V1=V2 в соответствии с вариантом. С помощью элементов управления Rr изменяйте входной сигнал.
1.2 Получить зависимость выходного напряжения от входного Uvix=f(Uvx).
Uvix
Uvx
1.3
Определите коэффициент усиления
инвертирующего усилителя. Для этого на
переходной характеристике с помощью
визирных линий определите координаты
двух произвольных точек на наклонном
участке характеристики и произведите
вычисления по формуле:
.
Результаты запишите в отчет.
Таблица 3.1 - Результаты
№ |
Rr Setting, % |
Uvx, В |
Ivx, А |
Uvix, В |
Ivix, А |
|
1 |
0 |
|
|
|
|
|
2 |
10 |
|
|
|
|
|
3 |
20 |
|
|
|
|
|
4 |
30 |
|
|
|
|
|
5 |
40 |
|
|
|
|
|
6 |
50 |
|
|
|
|
|
7 |
60 |
|
|
|
|
|
8 |
70 |
|
|
|
|
|
9 |
80 |
|
|
|
|
|
10 |
90 |
|
|
|
|
|
11 |
100 |
|
|
|
|
Задание 2. Исследование работы инвертирующего усилителя
Рисунок 3.10 –Электрическая схема для исследования, инвертирующего усилителя
2.1 Собрать схему рисунке 3.10. С помощью элементов управления установите следующий режим измерения: форма сигнала – синусоидальная, частота сигнала – 200 Гц. Амплитуда входного сигнала выбирается такой величины, при которой выходной сигнал, наблюдаемый на графическом индикаторе, не имеет искажений и удобен для наблюдений и измерений. Скопируйте полученное изображение выходного сигнала в буфер обмена и затем вставьте на страницу отчета.
2.2
Используя изображение входного и
выходного сигналов на графических
индикаторах, определите амплитуды
входного
и выходного
сигналов. С помощью полученных данных
вычислите коэффициент усиления
инвертирующего усилителя по формуле:
.
Примечание.
Для определения амплитуды сигнала
необходимо замерить его максимальное
и минимальное
мгновенные значения и произвести
вычисление по формуле:
.
Используя изображения на графических индикаторах, сравните фазы сигналов на входе и выходе инвертирующего усилителя. Сделайте вывод о характере изменения фазы сигнала инвертирующим усилителем и запишите в отчет.
2.3
Рассчитайте коэффициент усиления
инвертирующего усилителя. Для расчетов
воспользуйтесь соотношением
.
Результаты запишите в отчет. Сравните
значения коэффициентов усиления,
полученные по переходной характеристике
(п. 1.3), на основе результатов измерений
(п. 2.2) и расчетным путем (п. 2.3). Сделайте
вывод и запишите в отчет.
Таблица 3.2
-
№
F, Гц
Uvx, В
Uvix, В
К
1
100
2
200
Задание 3. Исследование работы интегратора напряжения.
Для исследования работы интегратора напряжения соберите электрическую схему, изображенную на рисунке 3.11.
Рисунок 3.11 –Принципиальная электрическая схема для исследования, интегратора напряжений
3.1 С помощью элементов управления установите следующий режим измерения: форма сигнала – прямоугольная, частота сигнала 200 Гц. Амплитуда сигнала на входе интегратора выбирается такой величины, чтобы сигнал на выходе не имел видимых искажений и был удобен для наблюдения и измерений.
На графическом индикаторе появится выходной сигнал (результат интегрирования), имеющий форму, близкую к треугольной. Скопируйте полученное изображение выходного сигнала в буфер обмена и затем вставьте на страницу отчета.
3.2
Используя изображение выходного сигнала,
полученное на графическом индикаторе
определите и запишите в отчет скорость
его изменения. Для этого измерьте
максимальное
,
и минимальное
мгновенные значения сигнала и вычислите
значение размаха сигнала
к полупериоду его изменения
:
.
Рассчитайте и запишите в отчет скорость изменения выходного сигнала по значениям параметров компонентов схемы, используя формулу идеального интегратора:
.
Сравните значения скорости изменения сигнала на выходе интегратора, полученные на основе результатов измерений и расчетным путем. Сделайте вывод о степени идеальности интегратора.
3.3 Получите и вставьте в отчет осциллограммы выходного сигнала интегратора напряжения для синусоидальной, треугольной и пилообразной форм входного напряжения. Объясните полученные результаты.
При синусоидальной форме входного сигнала оцените разность фаз между входным и выходным сигналами интегратора. Объясните полученный результат.
Задание 4. Исследование работы дифференциатора напряжения
Для исследования работы дифференциатора напряжения, соберите схему, изображенную на рисунке 3.12.
Рисунок 3.12 –Принципиальная электрическая схема для исследования, дифференциатора напряжений
4.1 С помощью элементов управления установите следующий режим измерения: форма сигнала – треугольная, частота сигнала – 200 Гц. Амплитуда сигнала на входе интегратора выбирается такой величины, чтобы сигнал на выходе не имел видимых искажений и был удобен для наблюдения и измерений.
На графическом индикаторе появится выходной сигнал (результат дифференцирования), имеющий форму, близкую к прямоугольной.
Скопируйте полученное изображение выходного сигнала на страницу отчета.
4.2
Используя изображение выходного сигнала,
полученное на графическом индикаторе,
определите его амплитуду
в области установившегося значения.
Результат запишите в отчет.
4.3
Определите и запишите в отчет скорость
изменения входного сигнала треугольной
формы, используя для расчетов отношение
удвоенной амплитуды входного сигнала
к полупериоду изменения
выходного напряжения:
.
4.4 По заданным параметрам схемы и найденному значению скорости изменения входного сигнала рассчитайте амплитуду выходного напряжения по формуле идеального дифференциатора:
.
4.5 Сравните результаты измерений (п. 4.2) и расчетов (п.4.4). Сделайте вывод о степени идеальности дифференциаторов напряжения.
4.6 Получите и вставьте в отчет изображения сигнала на выходе дифференциатора напряжения для синусоидальной, треугольной и пилообразной форм входного напряжения. Объясните полученные результаты.
4.7 При синусоидальной форме входного сигнала оцените разность фаз между входным и выходным сигналами дифференциатора. Объясните полученные результаты.