Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет

«ЛЭТИ»

Кафедра АПУ

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №4

«Исследование механического объекта управления» («Вертолет»)

Выполнил:

Студент группы 4322

Факультет КТИ

Миненков Д.В.

Проверил:

Соловьев Н.В.

СПб 2006

Цель работы:

1. Исследование механического объекта управления, представляющего собой поворотную платформу. Экспериментальное определение вида математической модели ОУ и значений ее параметров.

2. Сравнение результатов, полученных аналитически в ходе проведения эксперимента с результатами расчета на ЭВМ.

На рис.1 представлена система стабилизации углового положения платформы, являющейся механическим объектом управления (ОУ). Платформа 1 свободно вращается в вертикальной плоскости вокруг оси 3. На одном конце этой оси закреплен цифровой датчик угла поворота МП-9 6, а на другом потенциометрический датчик обратной связи ПОС. На конце платформы жестко закреплен исполнительный двигатель с пропеллером 2, заключенный в кожух. При такой конструкции сила тяги пропеллера всегда перпендикулярна плоскости платформы. На противоположном конце платформы расположен статический 4 и вращающийся с помощью двигателя противовес 5. Так как исполнительный двигатель расположен ниже плоскости платформы и имеет существенную массу, центр тяжести объекта находится ниже плоскости платформы. На рис. 4.1 показаны следующие элементы структурной схемы управления: ЗП - задающий потенциометр; ПКЦ - последовательная корректирующая цепь; УПТ – усилитель постоянного тока; ПУ - промежуточный усилитель; ПКГ - преобразователь кода Грея в обычный двоичный код; ЭВМ - электронная вычислительная машина.

Рис. 1.

1)Определение тягового усилия пропеллера , когда противовес находится в положениях 1 и 4.

Рис.2. Схема проведения эксперимента.

В ходе проведения эксперимента, представленного на рисунке 2 были получены следующие результаты:

Положение противовеса	mг, г	lг ,см	lт ,см	αц ,град
1	140	41,5	45	30
4	160	42	45	21

Откуда:

Н

Н

И из выражения:

;

Получим:

Т.е. для положения противовеса №1:

Н·м

И для положения №4:

Н·м

Для заданных значений α и положений противовеса найдём тяговое усилие , с учетом сил, действующих на ОУ, как показано на рисунке 3:

Рис.3. Силы, действующие на ОУ.

Из уравнения:

получим:

Подставив в полученное выражение заданные значения углов и рассчитанные произведения для двух положений противовеса, получим:

Н

Н

Н

Н

Сведем полученные результаты в таблицу:

Положение противовеса	1	4
Угол, град	, Н	,Н
81	1.12	1.23
90	1.25	1.37

2) Определение u и I якоря для заданных положений платформы при положениях противовеса 1 и 4.

В ходе эксперимента были получены следующие результаты:

	Положение противовеса 1		Положение противовеса 4
α, град.	U,В	IЯ,А	U,В	IЯ,А
81	19	0.9	22	1,5
90	22	1.05	24	1,2

По полученным результатам рассчитаем значения и .

Из получим:

, где рассчитано в п.1, а необходимо рассчитать по результатам эксперимента по формуле:

, где , а=3 Ом.

Рассчитаем значения для заданных положений платформы и противовеса:

рад/с

рад/с

рад/с

рад/с

Полученные результаты сведем в таблицу:

Положение противовеса	1	4
Угол, град	, рад/с	,рад/с
81	417,95	448,72
90	483,33	523,08

С учетом этого, получим:

Полученные результаты сведем в таблицу:

Положение противовеса	1	4
Угол, град	,	,
81	2,68	2,74
90	2,59	2,62

3) Определение параметров свободных колебаний платформы при положениях противовеса 1 и 4.

Процедура определения значений J и k_С состоит в следующем. При F_Т=0, т.е. при отсутствии задающего напряжения U_З=0 фиксируется стационарное положение платформы по показаниям потенциометрического датчика α₀=α_Ц при заданных положениях противовеса 5. Затем вручную платформа перемещается в положение α=0 и отпускается, в результате чего она будет совершать колебания вокруг устойчивого положения равновесия α=α₀=α_Ц в соответствии с рис. 4:

Рис.4. Колебания ОУ.

В ходе проведения эксперимента получены следующие результаты:

Положение противовеса	αц ,град	α1max ,град	α2min ,град	τ, сек
1	30	48	14	4,4
4	21	36	10	4,31

По полученным результатам рассчитаем параметры свободных колебаний:

;

;

Рассчитаем ζ и Т:

0,037; 0,098;

0,69 0,68

;

;

;

;

4) Общий вид передаточной функции объекта управления:

Т.к. объект управления нелинейный, параметры передаточной функции для различных рабочих точек будут отличаться друг от друга. Рассчитаем их для заданных рабочих точек и положений противовеса по формулам:

, , , где .

Полученные результаты сведем в таблицу

	Положение противовеса 1		Положение противовеса 4
Угол, град	90	81	90	81
	1.38	1.10	1,77	1,27
	0.99	0.88	1,13	0,96
	0.053	0.047	0.162	0.137

:

Подставив полученные значения в общее выражение для ПФ объекта, получим четыре выражения для исследуемых рабочих точек.

Полученные результаты сведем в таблиц:

Угол, град	Положение противовеса 1	Положение противовеса 4
90
81