2. Описание лабораторного стенда

Стенд включает в себя электрические модели трех звеньев: апериодического, дифференцирующего и колебательного, входы и выходы которых подключены к соответствующим клеммам (схемы пе­речисленных звеньев нарисованы на стенде).

Для снятия переходных характеристик и определения парамет­ров звеньев в лабораторной работе используется осциллограф типа И-6 с длительным послесвечением экрана.

На лицевой панели стенда имеются клеммы: «ПИТАНИЕ» (Uп = Uвх = 160 В), клеммы "КОММУТАТОР" (коммутатор входит в состав осциллографа и предназначен для получения второго луча в ос­циллографе ) и входные клеммы осциллографа, обозначенные "У" .

Для контроля входного сигнала, а также выходных, на стенде установлен вольтметр.

Стенд подключается к сети переменного тока с помощью тумблера. При включении стенда, загорается сигнальная лампа HL1.

3. Порядок выполнения лабораторной работы

Включить осциллограф тумблером "СЕТЬ", через 1-2 минуты включить тумблер "Луч". В течение 5 минут осциллограф должен прогреться.

Провести калибровку осциллографа. Для этого подают напряжение источника питания Uпит = 160 В на вход осциллографа и с помощью ручек "Масштаб У" и "Смещение У" добиваться размаха сигнала по вертикали, равного восьми делениям масштабной сетки (цена деления масштабной сетки по вертикали будет 20 В/дел).

После калибровки подключить к входным клеммам осциллографа выходные клеммы исследуемого звена и подать напряжение питания на входные клеммы этого звена. Подключения выполнить согласно рис.6.

На экране осциллографа добиться четкого изображения переходного процесса (рис.7) с помощью переключателя и потенциометра "Развертка", потенциометров "Масштаб X" и "Смещение X".

По изображению переходного процесса на экране осциллографа определить выходное установившееся напряжение, зная цену деле­ния масштабной сетки осциллографа, постоянную времени Т звена. Для определения постоянной времени звена нужно мысленно (или приложить линейку) провести касательную к графику переходной характеристики. Пересечение касательной с установившимся зна­чением выходной величины дает отрезок времени, который будет равен постоянной времени апериодического звена.

Для числового определения времени Т используют метки вре­мени (график на экране осциллографа рисуется прерывистыми ли­ниями). Длительность (или время) между двумя соседними метками (черточками) задается с помощью переключателя "Метки времени". Постоянная времени в секундах будет определяться как произведение количества промежутков между метками, укладывающихся на интервале от 0 до t1.

[

Рис.6. Схема подключения звеньев для снятия переходных процессов

Провести измерения Uвых (максимальное значение) и Т для дифференцирующего звена. График переходного процесса на выходе дифференцирующего звена приведен на рисунок 8. Для определения постоянной времени этого звена нужно провести касательную к графику из точки Uвых до пересечения с осью времени.

Определить параметры колебательного звена по переходному процессу. График переходного процесса на выходе колебательного звена приведен на рис.9.

По графику определить выходное установившееся напряжение Uвых, амплитуды A₁ и А₂ первой и второй положительных полуволн, период собственных колебаний Т_c. Измерение параметров производится по приведенной выше методике.

После экспериментального определения заданных параметров произвести вычисления:

- коэффициента усиления (для каждого звена) по формуле

(10)

- для колебательного звена определить коэффициент затухания, частоту собственных колебаний, постоянную времени звена и параметр затухания по формулам:

(11)

(12)

(13)

(14)

В выражениях (11), (12), (13), (14) α и β- вещественная и мнимая части корней характеристического уравнения колебательного звена T²s² + 2ξTs +1 = 0 т.е. s_1,2 = α + jβ,

где: j = - мнимая единица;

Т - постоянная времени звена;

О < ξ < 1 - параметр затухания.

Для исследуемых звеньев записать передаточные функции с параметрами, которые определены по графикам. В общем виде передаточные функции:

- апериодического звена

- дифференцирующего звена

- колебательного звена

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

• цель работы;

• схемы моделей исследуемых динамических звеньев;

• экспериментально снятые графики переходных процессов;

• расчет основных характеристик звеньев;

• выражения передаточных и переходных функций с экспериментально найденными параметрами звеньев;

• проверить результаты своих измерений, подстановкой нескольких значений времени t в переходную функцию;

• записать выражения и построить амплитудно-частотные, фазо-частотные и амплитудно-фазовые характеристики звеньев;

• выводы по результатам исследований.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.Я.Ротач. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами.- М.:Энергоатомиздат, 2005.

2. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев Ф.В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования.- М.:Машиностроение. 2006.

3. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования./Справочное пособие под ред. А.С.Клюева.- М.: Энергоатомиздат,2006.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе "Исследование динамических характеристик типовых звеньев систем автоматического регулирования" для студентов неэлектротехнических специальностей очной и заочной форм обучения

Составители: С.А. Мусихин

Подписано к печати Объем 1 п.л.

Формат 60-4/16 Заказ №

Тираж 100 Печать плоская

Тюменский государственный нефтегазовый университет Ротапринт ТюмГНГУ, 625000. Тюмень, Володарского. 38.