Лабораторная работа № 5

«ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ»

Цель работы - исследование влияния времени запаздывания на устойчивость и показатели качества системы автоматического регулирования с регуляторами различных типов

Общие сведения

Компьютерная модель лабораторного стенда (рис.1) содержит:

- объект регулирования

- регулятор

- задающее устройство

- осциллограф

- выключатель SA

- кнопку выбора режима

ОБЪЕКТ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Объект регулирования представляет собой апериодическое звено первого порядка и последовательно соединенноё с ним звено чистого запаздывания. Время запаздывания является переменной величиной. Установка времени запаздывания осуществляется в режиме <Исходное положение>.

Для установки времени запаздывания следует навести указатель мыши на кнопку <установка времени запаздывания> и щелкнуть левой кнопкой мыши. В открывшемся окне, щелкая по кнопкам прокрутки, устанавливают требуемое время запаздывания. Фиксация, выбранного значения, осуществляется щелчком левой кнопки мыши по установленной цифре, при этом поле с выбранной цифрой должно окраситься в тёмный цвет.

Время запаздывания можно установить в пределах от 0 до 10 секунд.

Рис. 7. Компьютерная модель системы автоматического регулирования с запаздыванием

РЕГУЛЯТОР

В исследуемой системе регулятор может быть: пропорциональным (П), интегральным (И), пропорционально-интегральным, (ПИ) и пропорциональным с введением первой производной (ПД).

Установка типа регулятора и его параметров осуществляется в режиме <Исходное положение>.

Для установки типа регулятора следует установить указатель мыши на кнопку <установка W(р)> и, щелкая левой кнопкой мыши, установить нужную передаточную функцию регулятора.

Для установки параметров регулятора следует установить указатель мыши на кнопку <установка параметров> и, щелкнув левой кнопкой мыши, перейти в режим установки параметров. В открывшемся окне, щёлкая по кнопкам прокрутки левой клавишей мыши, устанавливают требуемые значения параметров. Фиксация выбранных значений осуществляется щелчком левой кнопки мыши по установленной цифре, при этом поле с выбранной цифрой должно окраситься в тёмный цвет.

ЗАДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Задающее устройство предназначено для задания величины напряжения, подаваемого на вход системы регулирования. Величина напряжения может быть установлена в пределах от 0 до 10 В.

Для установки напряжения следует установить курсор на движок задающего устройства и, нажав левую кнопку мыши, переставить курсор, а вместе с ним и движок в нужную позицию. Величина установленного напряжения отображается на индикаторе задающего устройства.

ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ SA

Выключатель SA предназначен для размыкания и замыкания системы. Чтобы разомкнуть или замкнуть систему следует установить курсор внутрь пунктирного прямоугольника и щелкнуть левой кнопкой мыши.

ОСЦИЛЛОГРАФ

Двухлучевой осциллограф предназначен для наблюдения за процессами в исследуемой системе автоматического регулирования. На экран осциллографа нанесена сетка.

На первый вход подается задающее напряжение, а на второй вход подается выходной сигнал системы. Задающее напряжение отображается лучом синего цвета, выходной сигнал системы отображается лучом красного цвета, а нулевая линия - лучом жёлтого цвета.

Развёртка осциллографа включается в режиме <РАБОТА>.

Возможны два режима развертки: непрерывный и ждущий.

В непрерывном режиме развертки, после достижения лучами правого края экрана, экран очищается, работа системы продолжается. После очистки экрана лучи продолжают движение от левого края.

В ждущем режиме развертки после достижения лучами правого края экрана, развертка выключается, и процессы в исследуемой системе останавливаются.

Для продолжения исследований в ждущем режиме используют кнопку <пуск>, расположенную в нижней части осциллографа. Щелчок левой кнопкой мыши по этой кнопке вызывает включение развертки, очистку экрана и продолжение наблюдений за работой системы.

Переход из непрерывного режима в ждущий и обратно осуществляется щелчком левой кнопкой мыши по кнопке <режим> осциллографа. Светодиоды «непр» и «ждущ» служат для индикации включенного режима развертки.

В нижней части экрана осциллографа генерируются отметки времени. Интервал между отметками времени равен 1 секунде. С помощью этих отметок можно определять время переходного процесса.

Виртуальный лабораторный стенд может находиться в двух режимах: <Исходное положение> и <Работа>.

Кнопка выбора режима находится в левой части экрана. Индикация установленного режима сопровождается надписью в окошечке, расположенном над кнопкой.

Для перехода из одного режима в другой следует щелкнуть левой клавишей мыши по кнопке < выбор режима >.

Режим <Исходное положение>

Этот режим служит для установки: передаточной функции регулятора; параметров регулятора; времени запаздывания объекта; величины входного напряжения системы.

Режим <Работа >

В этот режиме выполняется исследование системы. При переходе в этот режим на вход системы подаются напряжение, и включается развертка осциллографа. В процессе исследования задающее напряжение можно изменять.

Виртуальный лабораторный стенд обеспечивает проведение исследований для 50-ти сочетаний параметров объекта (коэффициента усиления и постоянной времени).

Установка параметров объекта производится перед началом исследований путем выбора одного из вариантов в пределах от 1 до 50.

Задание

Номер исследуемого объекта регулирования задается преподавателем. На Рис.8 показано, как можно выбрать номер объекта (номер варианта).

После выбора объекта приступайте к исследованиям.

Рис. 8

Порядок выполнения работы

1. Определение коэффициента передачи и постоянной времени объекта регулирования

Разомкните систему. Установите пропорциональный закон регулирования. Установите коэффициент усиления регулятора равным 1 . Установите любое время запаздывания объекта не равное нулю. Переключите осциллограф в ждущий режим работы. Установите задающее напряжение равным 10 В. Нажав кнопку < Выбор режима >, переведите виртуальный стенд в режим <Работа>. После остановки развертки осциллографа зарисуйте кривую переходного процесса объекта и входное воздействие. Постройте переходную ступенчатую характеристику объекта и определите по ней коэффициент передачи и постоянную времени объекта.

2. Исследование влияние времени запаздывания на показатели качества системы регулирования

Замкните систему автоматического регулирования. Установите пропорциональный закон регулирования с коэффициентом усиления регулятора равным 1. Установите начальное время запаздывания равным нулю. Установите задающее напряжение в пределах от 5 до 10 В. Переведите виртуальный стенд в режим <Работа>. По кривой переходного процесса в системе определите величину перерегулирования  и времени регулирования t_p. Полученные значение занесите в таблицу. Далее, увеличивая время запаздывания, наблюдайте за работой системы и определяйте величину перерегулирования и время регулирования. Полученные значения заносите в таблицу. Опыты продолжайте до значения времени запаздывания, при котором система станет неустойчивой. По экспериментальным данным постройте зависимости величины перерегулирования и времени регулирования от времени запаздывания  = f () ; t_p = f () .

3. Исследование влияния параметра настройки пропорционального регулятора на критическое время запаздывания

Включите пропорциональный регулятор. Установите величину коэффициента усиления регулятора такой, чтобы коэффициент усиления системы был меньше 1. Изменяя время запаздывания от нуля до максимального значения, наблюдайте за поведением системы.

Установите среднюю величину коэффициента усиления регулятора. Изменяя время запаздывания от нуля до максимального значения , определите критическое время запаздывания.

Повторите опыт для максимальной величины коэффициента усиления регулятора.

4. Исследование влияния параметра настройки интегрального регулятора на критическое время запаздывания

Включите интегральный регулятор. Определите критическое время запаздывания для минимального, среднего и максимального значений постоянной времени регулятора.

5. Исследование влияния параметров настройки пропорционально-интегрального регулятора на критическое время запаздывания

Включите пропорционально-интегральный регулятор.

Определите критическое время запаздывания для минимальных, средних и максимальных значений постоянных времени регулятора.

6. Исследование влияния параметров настройки пропорционально-дифференциального регулятора на критическое время запаздывания

Включите пропорционально-дифференциальный регулятор.

Выполните исследования, аналогичные предыдущим.

Требования к отчёту

Отчёт по лабораторной работе должен содержать:

• схему компьютерной модели системы автоматического регулирования с запаздыванием;

• структурную схему исследованной системы;

• переходную ступенчатую характеристику объекта;

• значения коэффициента передачи и постоянной времени объекта;

• таблицы с результатами измерений

• зависимости величины перерегулирования и времени регулирования от времени запаздывания;

• выводы о влиянии времени запаздывания на устойчивость и качество работы САР;

• выводы о влиянии типа регулятора на устойчивость системы с запаздыванием.

Вопросы для самоконтроля

• Каким образом можно экспериментально определить параметры передаточной функции объекта регулирования?

• Что такое критическое время запаздывания?

• Как критическое время запаздывания зависит от параметра настройки пропорционального регулятора?

• Как влияет величина постоянной времени интегрального регулятора на устойчивость системы автоматического регулирования с запаздыванием?