3. Переключатели:

Пр1 – переключатель постоянных времени усилителя рассогласования (положение “0” соответствует нулевой постоянной времени);

Пр2 - переключатель постоянных времени усилителя мощности

(положение “0” соответствует нулевой постоянной времени).

4.Клавиши:

S1 – клавиша для отображения значения уставки U₀, В;

S2 – клавиша для отображения значения выходного напряжения со СС, В;

S3 – клавиша для отображения значения выходного напряжения с УР, В;

S4 – клавиша для отображения значения выходного напряжения с Σ, В;

S5 – клавиша для отображения значения выходного напряжения с УМ, В;

S6 – клавиша для отображения значения тока якоря iя Дв, А;

S7 – клавиша для отображения значения выходного напряжения с Г, В;

S8 – клавиша для отображения значения скорости Дв, об/с;

S9 – клавиша для отображения значения выходного напряжения с ДС, В;

S10 – клавиша для отображения режима работы ГЗВ.

5.Клеммы:

1 – клемма контроля напряжения уставки U₀;

2 – клемма контроля напряжения 1 суммирующего входа СС;

3 – клемма контроля напряжения выхода СС и входа УР;

4 – клемма контроля напряжения выхода УР;

5 – клемма контроля напряжения входа интегратора;

6 – клемма контроля напряжения выхода интегратора;

7 – клемма контроля напряжения входа Σ;

8 – клемма контроля напряжения выхода Σ и входа УМ;

9 – клемма контроля напряжения выхода УМ;

10 - клемма контроля тока якоря Дв ;

11, 14 – клеммы контроля напряжения выхода с Г;

12 - клемма контроля скорости Дв;

13, 19 - клеммы контроля напряжения выхода ДС;

15 - клемма контроля напряжения 2 входа СС;

16 - клемма контроля синусоидального выходного сигнала с ГЗВ;

17 - клемма контроля меандрического выходного сигнала с ГЗВ;

18, 20 – общая точка схемы.

• Лабораторный стенд позволяет исследовать следующие линейные системы стабилизации.

1. Скорости вращения вала двигателя

а) Статическая система

Функциональная схема указанной структуры приведена на рис.2 Она образована последовательным соединением блоков СС, УР, Σ, УМ и Дв с нагрузкой в виде генератора, образующих прямой тракт системы. В цепь обратной связи входит ДС.

Примечание. В данной структуре, как и во всех последующих, производятся внешние соединения клемм, показанные на функциональных схемах пунктирной линией.

Рисунок 2

б) Астатическая система

Она отличается от предыдущей схемы введением в прямой тракт аналогового интегратора и приведена на рис 3.

Рисунок 3

2. Напряжение генератора

а) Статическая система

Она образована последовательным соединением блоков СС, УР, УМ, Σ и сборки Дв – Г, образующих прямой тракт системы. В качестве сигнала обратной связи здесь используется выходное напряжение генератора, подаваемое на вход (клемма 15) СС. Функциональная схема указанной структуры приведена на рис.4.

Рисунок 4

б) Астатическая система

Данная структура аналогична предыдущей и отличается лишь введением интегратора в прямой тракт системы.

Для наблюдения и исследования формы сигналов различных точках схемы, а также для измерения их временных и амплитудных значений используется осциллограф С1-68, входящий в состав лабораторного стенда. Передняя панель прибора изображена на рис.5

Рисунок 5

Функционально она разделена на три основных блока:

Усилитель Y, развертка и синхронизация.

Рассмотрим назначение основных органов управления каждого из блоков.

Усилитель Y

Переключатель входа ” ˜=” определяет вид связи канала с исследуемым сигналом. В положении ” ˜=” связь осуществляется по постоянному току. Этот режим используется практически всегда В режиме “~’ входной конденсатор не пропускает постоянную составляющую и связь осуществляется по переменному току.

Дискретный потенциометр “V/см”, “mV/см” (большая ручка переключателя) – для изменения цены деления вертикального канала, причем, отображенные на передней панели значения будут соответствовать истинным только лишь при правом крайнем положении ручки плавной регулировки коэффициента отклонения (малая ручка переключателя). При измерении сигналов достаточно большой амплитуды используют тумблер “х10, х 1”, предназначенный для загрубения чувствительности усилителя.

Ручка, обозначенная “↕” – для вертикального перемещения луча.

Ручка “БАЛАНСИР” – для балансировки усилителя вертикального канала..

Развертка

Ручка, обозначенная “↔” – для перемещения луча по горизонтали.

Переключатель “→x, x1, x0,2 ” – для пятикратного растяжения сигнала по горизонтальной оси (x0,2) и подключения внешнего сигнала синхронизации (→x).

Гнездо “→x” – для подачи внешнего сигнала.

Переключатель “ВРЕМЯ/cm” – для дискретного изменения длительности развертки (большая ручка переключателя). Значения длительности развертки, обозначенные на передней панели, верны только при правом крайнем положении ручки “ДЛИТЕЛЬНОСТЬ” (малая ручка переключателя).

Ручка “СТАБ” – для выбора режима работы генератора развертки (ждущий, автоколебательный).

Синхронизация

Переключатель “СЕТЬ, ВНУТР., ВНЕШ.”- для выбора вида синхронизации.

Переключатель “±..~: ±~”- для установки открытого или закрытого (без постоянной составляющей “~”) входа синхронизации и выбора полярности сигнала, запускающего развертку.

Ручка “УРОВЕНЬ” – для выбора уровня запуска развертки.

Гнездо “∏2 kHz,100 mМ ” – для съема калибровочного сигнала.

Подготовка осциллографа к работе

• Перед включением осциллографа ручки управления необходимо установить в положения, указанные в таблице 1.

• Перед проведением измерений, спустя 5-10 минут после включения, необходимо произвести балансировку усилителя вертикального канала. Для этого необходимо:

1) установить тумблер “x10, x1” в положение “x10” и ручкой “↕” сместить луч в центр экрана;

2) установить тумблер “x10, x1” в положение “x1” и ручкой “БАЛАНСИР” снова установить луч в центр экрана.

• Указанные операции необходимо повторять до тех пор, пока при переключении тумблера “x10, x1” из одного положения в другое луч не будет отклоняться от центральной линии.

• При определении таких параметров исследуемого сигнала, как частота, временные интервалы, необходимо иметь на экране устойчивое изображение, что достигается выбором режима работы развертки и видом синхронизации.

• Наиболее часто используются ждущая развертка с синхронизацией исследуемым сигналом .Для реализации данного режима необходимо при поданном на вход Y исследуемом сигнале вращать ручку “СТАБ” влево до положения, при котором развертка срывается.

Затем поворачивать ручку “УРОВЕНЬ” до положения, при котором появляется устойчивое изображение сигнала.

Таблица 1

Ручка	Положение
“ЯРКОСТЬ” “ФОКУС” Переключатель ” ˜=” Переключатель “V/см”, “mV/см” “УСИЛЕНИЕ” Тумблер “x10, x1” “↕” “↔” “БАЛАНСИР” Тумблер “→x, x1, x0,2 ” Переключатель “ВРЕМЯ/cm” “ДЛИТЕЛЬНОСТЬ” “СТАБ” “УРОВЕНЬ” Переключатель “±..~: ±~” Переключатель “СЕТЬ, ВНУТР., ВНЕШ.”-	среднее среднее ” ˜=” 0,1 V/cм правое крайнее (“КАЛИБР”) “ x1” среднее среднее среднее “ x1 ” 0,5 ms правое крайнее правое крайнее среднее “ ±~” “ ВНУТР.”

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что Вы понимаете под функциональной схемой системы автоматического регулирования? Приведите пример.

2. Как системы автоматического регулирования классифицируются по виду задания на регулирования?

3. Какие виды регулирования Вы знаете?

4. Какие системы автоматического регулирования классифицируются по характеру динамических процессов?

5. Что Вы понимаете под регулятором автоматической системы?

6. Как объекты управления классифицируются по степени устойчивости?

7. Что является возмущающим воздействием в системе стабилизации скорости вращения вала двигателя.

Лабораторная работа № 1

Статические характеристики элементов линейных систем автоматического регулирования

Теоретическое введение

В общем случае линейные непрерывные системы автоматического регулирования (САР) в целом, либо каждое звено в отдельности, описыва­ются линейными дифференциальными уравнениями произвольного поряд­ка.

Рисунок 6

Для звена, изображенного на рис. 6, дифференциальное уравнение имеет следующий вид:

. (1)

Данное уравнение характеризует связь между входной и выход­ной величинами при произвольных входных воздействиях и называется уравнением динамики.

При постоянном входном воздействии x=x₀=const, после оконча­ния переходных процессов, выходная координата также принимает постоянное значение у = у₀ = const.

Режим работы звена или системы в целом, при котором все действующие сигналы не являются функциями времени, называется статическим.

Уравнение, описывающее статический или установившийся режим работы, называют уравнением статики.

Для рассматриваемого звена оно имеет вид

F(x₀,y₀) = 0. (2)

Статический режим работы можно описать графически с исполь­зованием статических характеристик.

Статической характеристикой звена (или системы) называют за­висимость выходной величины Y от входной X в установившемся режи­ме. Для линейного звена эта зависимость определяется как

Y = К  Х, (3)

где К – статический коэффициент передачи.

Статическая характеристика может быть построена эксперимен­тально, если подавать на вход звена ряд постоянных входных воз­действий и измерять выходную величину в установившемся режиме. Процесс аппроксимации статической характеристики представлен на рис.7.

Рисунок 7

Коэффициент передачи К определяется по статической характе­ристике звена как отношение приращения выходной величины Y к приращению входной величины X

(4)

 Структурная схема замкнутой статической системы стабилизации скорости вращения вала двигателя в установившемся режиме приведе­на на рис. 8.

Рисунок 8

Здесь K₁ – коэффициент передачи усилителя рассогласования УР;

К₃ – коэффициент передачи первого сумматора;

К₄ – коэффициент передачи усилителя мощности УМ;

K₅ – коэффициент передачи двигателя по скорости;

К₆ – коэффициент передачи датчика скорости ДС;

К₈ – коэффициент передачи звена, учитывающего влияние изме­нения момента нагрузки на изменение скорости вращения вала двигателя.

 Если положить U₀ = 0, M_H = 0 и разорвать цепь обратной связи в точке А, то получим структурную схему разомкнутой статической системы стабилизации скорости, изображенную на рис. 9.

Рисунок 9

Подавая на вход первого звена ряд значений сигнала U, на выходе разомкну­той системы будем иметь соответствующие значения сигнала u_ОС. Таким образом, по полученным данным может быть построена статическая характеристика разомкнутой системы. Отноше­ние изменения выходного напряжения U_ОС к вызвавшему это изменение входному напряжению (UΔ) называется коэф­фициентом передачи разомкнутой системы К_р.

(5)

Из формулы (5) следует, что К_р является безразмерной величиной.

Величина К_р является одной из важнейших характеристик при оценке работы САР.

С другой стороны, значение К_р может быть рассчитано, как произведение коэффициентов передачи всех звеньев, входящих в кон­тур регулирования:

(6)

 Следующей исследуемой структурой является система стабилизации напряжения генератора постоянного тока. Структурная схема замкну­той статической системы регулирования приведена на рис.10, где K₉ – коэффициент передачи устройства двигатель-генератор.

Рисунок 10

Структурная схема разомкнутой статической системы стабилиза­ции напряжения генератора постоянного тока приведена на рис.11.

Рисунок 11

Коэффициент передачи разомкнутой системы в данном случае будет равен

(7)

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

Снять статические характеристики звеньев САР, а именно:

1. усилителя рассогласования;

2. первого сумматора;

3. усилителя мощности;

4. двигателя по скорости;

5. датчика скорости;

6. устройства двигатель-генератор.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Подготовка к работе.

Перед включением лабораторного стенда, убедиться в том, что на его лицевой панели отсутствуют внешние соединения, а органы управления установлены в исходное состояние (тумблеры Кл1, Кл2 находятся в положении 1, переключатели Пр1, Пр2 - в положении 0, клавиши S1-S10 отжаты).

Примечание. В случае, если указанные требования не соблюдены необходимо устранить выявленные нарушения.

Включение стенда

После включения лабораторного стенда на индикаторном табло выводится сообщение “CLB“, которое указывает на окончание проведения внутренних тестовых и калибровочных операций. Для дальнейшей работы необходимо перевести тумблер Кл1 в положение 2.