Лабораторная работа

Исследование типовых звеньев САР. Усилительное и колебательное звенья

Цель работы: изучение и исследование характеристик усилительного и колебательного звеньев.

Краткие теоретические сведения

Любая САР состоит из ряда звеньев, каждое из которых обладает определенными динамическими свойствами.

Звеном системы называется ее элемент (часть), обладающий определенными свойствами в динамическом отношении.

В зависимости от характера протекания переходного процесса различают следующие типовые звенья САР:

1. Дифференцирующее звено.

2. Усилительное или безинерционное звено.

3. Интегрирующее звено.

4. Апериодическое звено.

5. Колебательное звено.

6. Звено с чистым запаздыванием.

Под переходной характеристикой понимают реакцию элемента САР на единичное входное воздействие.

1) Усилительным или безинерционным звеном является звено, позволяющее пропорционально изменять заданную величину в определенное число раз. При этом выходной сигнал без запаздывания повторяет входной.

Переходная характеристика усилительного звена в динамическом режиме описывается уравнением:

у = Kx (1)

Передаточная функция усилительного звена

W(p)= K (2)

Переходная характеристика усилительного звена имеет вид прямой, параллельной оси времени.

Примером усилительных звеньев являются трансформаторы, редукторы, усилитель, потенциометрический датчик (Рисунок 2), делитель напряжения и

другие элементы, выходной сигнал которых практически мгновенно следует за изменением входного с определенным коэффициентом пропорциональности К.

2) В колебательном звене переходная функция при скачкообразном изменении входного сигнала стремится к новому установившемуся значению, совершая при этом расходящиеся и сходящиеся колебания.

Колебательное звено, также как и апериодическое, содержит элементы, накапливающие энергию, и элементы, рассеивающие энергию. Переходный процесс колебательного звена описывается линейным дифференциальным уравнением второго порядка:

(3)

Передаточная функция колебательного звена имеет вид

, (4)

где x- коэффициент затухания (демпфирования), при условии x<1.

Переходный процесс колебательного звена имеет вид синусоиды, амплитуда которой затухает по экспоненте (штрихованные линии), Рисунок 3.

К колебательным звеньям можно отнести маятник, электрический контур RLC (Рисунок 4), центробежный тахометр, поплавковый уровнемер.

3) Запаздывающее звено - это звено, в котором выходная величина идеально повторяет входную, но с отставанием на постоянный отрезок времени t. Звено чистого запаздывания описывается уравнением (t-время запаздывания).

y(t) = x(t - t). (5)

Передаточная функция запаздывающего звена

(6)

Явление так называемого чистого запаздывания имеет место в системах, в которых используется магнитная запись и воспроизведение (в запоминающих устройствах); в трубопроводах гидравлических систем; в двигателе, начинающем разгоняться через некоторое время после включения (в момент, когда ток превысит значение, определяемое статической нагрузкой).

Оборудование: лабораторный стенд, соединительные провода, осциллограф.

Задание 1: Исследование безинерционного пропорционального звена.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с электрической схемой опыта (Рисунок 6).

2. Подсоединить выход “+5B” блока питания к переменному резистору R42 “a, град” на гнездо “+Uп”.

3. Подсоединить к гнезду “U_вых” того же переменного резистора вольтметр PV2 на предел измерения 10В.

4. Гнездо “*” вольтметра PV2 подсоединить к нулевому проводу стенда.

5. Поставить ручку регулятора R42 в крайнее левое положение.

6. Включить лабораторный стенд и, медленно поворачивая ручку регулятора R42, снять показания вольтметра.

7. Результаты измерений занести в таблицу 1.

Таблица 1 Результаты измерений и вычислений

a,град	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330
U_вых
К_прд

8. Подсчитать коэффициент передачи пропорционального звена, если U_вх принять равным 5В.

Задание 2: Исследование временных диаграмм колебательного звена

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с электрической схемой опыта (Рисунок 7).

2. Подключить к гнезду счетчика “50 Гц, 5В” вывод катушки индуктивности L1 (гнездо “X4”).

3. Подключить вывод конденсатора С1 (гнездо “X1”) к нулевому проводу стенда.

4. Установить рядом с лабораторным стендом осциллограф, подключить его к сетевой розетке.

5. Выставить делитель осциллографа в положение “2V/дел”. Ручку “Усиление” выставить в крайне правое положение. Режим “Измерение” по входу “Y” выставить в положение одновременного измерения постоянного и переменного напряжения. Ручку синхронизации поставить в положение “1 mS/дел”, а переключателя “синхр” в левое положение “-“.

6. Включить автомат подачи питания на стенд и сетевые тумблеры стенда и осциллографа.

7. Включить питание счетчика тумблером “+5B”.

8. Подключиться обоими щупами осциллографа с белым и красным проводами к нулевым гнездам стенда.

9. Ручки “Уровень” и “Стабильн.” выставить в крайне правое положение.

10. Ручками “Вверх-вниз” и “Вправо-влево” добиться появления на экране горизонтальной линейной осциллограммы, расположенной точно по центру экрана.

11. Ручками “Фокус” и “Яркость” добиться ее четкости.

12. Щуп с красным проводом подключить к выходу колебательного звена на гнездо “X3”.

13. Ручкой “Стабильн” осциллографа остановить мелькание осциллограммы.

14. Зарисовать полученную осциллограмму.

15. Поменять местами соединительные провода на гнездах конденсатора и катушки индуктивности ( “X1” и “X4” ).

16. Ручкой “Стабильн” осциллографа остановить мелькание осциллограммы.

17. Зарисовать полученную осциллограмму.

18. Сделать вывод на основании полученных результатов опыта.

Контрольные вопросы

1. Дать определение типовым динамическим звеньям.

2. Назвать основные виды типовых динамических звеньев.

3. По каким признакам классифицируются динамические звенья?

4. Привести примеры безинерционных звеньев.

5. Привести примеры колебательных звеньев.

6. Какую временную характеристику имеет колебательное звено?

Скачано с www.znanio.ru