5. Снятие статической характеристики двигатель-генератор ( Дв –г)

Снятие статической характеристики Дв – Г, U_дв-г(B)= f[U_дв(B)] производят при левом крайнем положении потенциометра П2 и правом крайнем положении потенциометра П4.

а) Нажать на клавишу S5 и зафиксировать на индикаторном табло значение входного напряжения Дв, В (точка 9).

б) Отжать клавишу S5 и после гашения экрана, нажать на клавишу S7. Зафиксировать на индикаторном табло значение выходного напряжения Г, В (точка11). Отжать клавишу S7 и дождаться гашения экрана.

Задавая последовательно потенциометром П1 четыре – пять значений уставки U₀, выполнить пункты а) и б).

д) Установить потенциометр П1 в крайнее левое положение.

Окончание работы.

После проведения лабораторной работы следует:

а) выключить стенд;

б) привести лабораторный стенд в исходное состояние:

- убрать все внешние соединения на лицевой панели;

- тумблеры Кл1 и Кл2 установить в положение 1;

- переключатели Пр1,Пр2 установить в положении 0;

- потенциометры П1- П7 в крайнее левое положение;

- отжать все клавиши.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.По полученным экспериментальным данным построить статические характеристики звеньев САР.

2. Определить коэффициенты передачи звеньев на линейных участках характеристик.

3. Привести структурные схемы разомкнутых статических систем стабилизации скорости вращения вала двигателя и напряжения генератора постоянного тока с рассчитанными коэффициентами передачи звеньев.

4. Рассчитать максимальный и минимальный коэффициенты передачи разомкнутых систем для систем стабилизации скорости вращения вала двигателя и напряжения генератора постоянного тока.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое статический режим работы САР?

2. Чем характеризуются звенья системы в режиме статики?

3. Как получить статическую характеристику звена экспериментальным путем?

4. Как по статической характеристике звена рассчитать его коэффициент передачи?

5. Дать определение коэффициента передачи разомкнутой системы?

6. Как экспериментально рассчитать К_р?

7. В чем отличие астатических систем регулирования от статических?

8. Что такое системы стабилизации?

9. Какова размерность К_р в статической системе?

10. Какова размерность коэффициентов передачи отдельных звеньев: УР, УМ, устройства Дв-Г, двигателя по скорости, датчика скорости?

Лабораторная работа N 2

Статические характеристики систем автоматического регулирования

Теоретическое введение

Структурная схема статической системы стабилизации скорости вращения вала двигателя приведена на рис. 8 (см. лабораторную ра­боту № 1).

Сигнал рассогласования U на выходе СС в установившемся режи­ме характеризует точность регулирования и называется статической ошибкой регулирования. Рассматриваемая система принципиально не­работоспособна при U =0, так как в этом случае U_УР =0, а также U_УМ =0, и, следовательно, двигатель не будет вращаться.

САР, в которой при установившемся режиме работы ошибка регулирования не равна нулю и изменяется пропорционально изменению U₀, называется статической.

При расчете САР в установившемся режиме требуется найти ко­эффициенты передачи усилителей, исходя из заданной точности регу­лирования, а также выбрать значение уставки U₀, так как от выбора U₀ зависит значение регулируемой величины .

Одним из методов расчета систем в установившемся режиме яв­ляется расчет с использованием понятия "статизма регулирования".

Статизмом называется взятое со знаком "" отношение относи­тельного изменения регулируемой величины к вызвавшему его относи­тельному изменению возмущающей величины.

В данном случае возмущающим воздействием является момент нагрузки на валу двигателя. Тогда значение статизма  может быть определено как

(8)

Обычно статизм определяют при изменении возмущающего воз­действия от М_Н=0 (режим х.х.) до М_Н = М_Нmax, при этом скорость вращения вала изменится от ₀ до _min

(9)

Если в рассматриваемой системе объект регулирования не вклю­чен в замкнутый контур, то при изменении момента нагрузки от М_Н=0 до М_Нmax, при U₀ = const, скорость вращения вала двигателя умень­шится от величины ₀ до ₁.

Статическая характеристика объекта регулирования (двигателя) =f(M_Н) будет иметь вид, показанный на рис.13 (прямая 1)

Рисунок 12

В этом случае статизм объекта ₀ будет равен:

(10)

В замкнутой системе регулирования при аналогичном изменении М_Н скорость уменьшится до величины . Статическая характе­ристика замкнутой системы =f(М_Н) при U₀=const, изображена на рис.12 (кривая 2).

Как видно из рис.12, замкнутая система также обладает статизмом регулирования _С, величина которого равна:

(11)

Величина статизма системы значительно меньше, чем статизм объекта регулирования.

Оценим уменьшение статизма системы по сравнению со статизмом объекта регулирования.

 Для объекта регулирования:

- если М_Н = 0, то ,

- если М_Н  0, то .

При этом

(12)

 Для замкнутой системы регулирования:

- если М_Н  0, то

- если М_Н = 0, то

причем, изменяя напряжение уставки U₀, можно получить .

Тогда

(13)

Таким образом, статизм системы в (1 + К_р) раз меньше, чем статизм объекта

(14)

Из данного выражения, задаваясь необходимой величиной статизма системы _с, и зная статизм объекта регулирования, можно определить требуемую величину К_р.

Из выражения (13) следует, что чем большим мы будем выбирать К_р, тем меньшим будет статизм системы, т.е. тем выше будет точность регулирования, и в пределе при , . Однако уве­личение К_р напрямую связано с условиями обеспечения устойчивости системы.

Если в контур регулирования включить астатическое звено (интегратор),

выходной сигнал которого описывается уравне­нием

(15)

то данное звено будет находиться в состоянии равновесия только в том случае, когда будет равно 0, а это произой­дет только при UΔ = 0, т.е. когда регулируемая величина будет равна заданному значению.

С истема автоматического регулирования, в которой при посто­янном входном воздействии ошибка регулирования в установившемся режиме равна нулю, называется астатической.

Однако в реальных астатических системах ошибка регулирования существует, что объясняется наличием зоны нечувствительности в характеристике двигателя (см. рис.14).

Минимальное напряжение, начиная с которого двигатель начнет вращаться, называется напряжением трогания двигателя U_TP. Следо­вательно, в установившемся режиме величина ошибки регулирования может достигать величины:

(16)

Величина называется напряжением трогания двигателя, при­веденным к входу системы. характеризует реальную точность астатической системы.

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

1. Снять статическую характеристику замкнутой системы стаби­лизации частоты вращения вала двигателя =f(U₀) при минимальном и максимальном значениях коэффициентов передачи УР и УМ.

2. Снять статическую характеристику разомкнутой системы U_ОС=f(U₀) при минимальном и максимальном значениях коэффициентов передачи УР и УМ.

3. Снять статическую характеристику замкнутой системы стаби­лизации напряжения генератора постоянного тока U_Г=f(U₀) при мак­симальных значениях коэффициентов передачи УР и УМ.

4. Снять статическую характеристику разомкнутой системы U_Г=f(U₀) при минимальном и максимальном значениях коэффициентов передачи УР и УМ.

5. Снять статическую характеристику разомкнутой системы ста­билизации частоты вращения вала двигателя  = f(М_Н) при U₀ = const.

6. Снять статическую характеристику замкнутой системы стаби­лизации  = f(М_Н) при U₀ = const.

7. Измерить напряжение трогания двигателя U_TP.

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.

1.Снятие статической характеристики ω= f (U₀)

Для снятия статической характеристики ω= f (U₀), необходимо собрать замкнутую систему стабилизации частоты вращения вала двигателя, согласно рис.2.

а) Задать минимальные значения коэффициентов передачи УР и УМ установив потенциометры П2 и П4 в крайнее левое положение.

б) Нажать на клавишу S1 и зафиксировать на индикаторном табло значение входного напряжения U₀, В (точка 1).

в) Отжать клавишу S1 и после гашения экрана, нажать на клавишу S8. Зафиксировать на индикаторном табло значение скорости Дв, об/с (точка 12), с помощью осциллографа наблюдать частоту следования импульсов f, с оптопары. Отжать клавишу S8 и дождаться гашения экрана.

Задавая последовательно потенциометром П1 четыре – пять значений уставки U₀, выполнить пункты б, и в.

г) Задать максимальные значения коэффициентов передачи УР и УМ установив потенциометры П2 и П4 в крайнее правое положение.

д) Нажать на клавишу S1 и зафиксировать на индикаторном табло значение входного напряжения U₀, В (точка 1).

е) Отжать клавишу S1 и после гашения экрана, нажать на клавишу S8. Зафиксировать на индикаторном табло значение скорости Дв, об/с (точка 12), с помощью осциллографа наблюдать частоту следования импульсов f, с оптопары. Отжать клавишу S8 и дождаться гашения экрана.

Задавая последовательно потенциометром П1 четыре – пять значений уставки U₀, выполнить пункты д) и е).

ж) Установить потенциометр П1 в крайнее левое положение.

2. Снятие статической характеристики разомкнутой системы U_ос= f (U₀)

Для снятия статической характеристики разомкнутой системы U_ос= f (U₀) необходимо:

а) Задать минимальные значения коэффициентов передачи УР и УМ установив потенциометры П2 и П4 в крайнее левое положение

б) Разомкнуть клеммы 13 и15.

в) Установить тумблер Кл2 в положение 2.

г) Нажать на клавишу S1 и зафиксировать на индикаторном табло значение входного напряжения U₀, В (точка 1).

д) Отжать клавишу S1 и после гашения экрана, нажать на клавишу S9. Зафиксировать на индикаторном табло значение скорости ДC (точка 19). Отжать клавишу S9 и дождаться гашения экрана.

Задавая последовательно потенциометром П1 четыре – пять значений уставки U₀, выполнить пункты г и д.

е) Установить потенциометр П1 в крайнее левое положение.

ж) Задать максимальные значения коэффициентов передачи УР и УМ установив потенциометры П2 и П4 в крайнее правое положение.

з) Нажать на клавишу S1 и зафиксировать на индикаторном табло значение входного напряжения U₀, В (точка 1).

и) Отжать клавишу S1 и после гашения экрана, нажать на клавишу S9. Зафиксировать на индикаторном табло значение выходного напряжения ДС, В (точка19). Отжать клавишу S9 и дождаться гашения экрана.

Задавая последовательно потенциометром П1 четыре – пять значений уставки U₀, выполнить пункты з)и и).

к) Установить тумблер Кл2 в положение 1.

л) Установить потенциометр П1 в крайнее левое положение.

3. Снятие статической характеристики замкнутой системы стабилизации напряжения U_г= f (U₀)

Для снятия статической характеристики замкнутой системы стабилизации напряжения U_г= f (U₀), необходимо собрать схему согласно рис.4 и выполнить следующие действия:

а) Задать минимальные значения коэффициентов передачи УР и УМ установив потенциометры П2 и П4 в крайнее левое положение.

б) Нажать на клавишу S1 и зафиксировать на индикаторном табло значение входного напряжения U₀, В (точка 1).

в) Отжать клавишу S1 и после гашения экрана, нажать на клавишу S7. Зафиксировать на индикаторном табло значение выходного напряжения Г, В (точка11). Отжать клавишу S7 и дождаться гашения экрана.

Задавая последовательно потенциометром П1 четыре – пять значений уставки U₀, выполнить пункты б) и в).

г) Задать максимальные значения коэффициентов передачи УР и УМ установив потенциометры П2 и П4 в крайнее правое положение.

д) Нажать на клавишу S1 и зафиксировать на индикаторном табло значение входного напряжения U₀, В (точка 1).

е) Отжать клавишу S1 и после гашения экрана, нажать на клавишу S7. Зафиксировать на индикаторном табло значение выходного напряжения Г, В (точка11). Отжать клавишу S7 и дождаться гашения экрана.

Задавая последовательно потенциометром П1 четыре – пять значений уставки U₀, выполнить пункты д) и е).

ж) Установить потенциометр П1 в крайнее левое положение.

4. Снятие статической характеристики разомкнутой системы стабилизации напряжения U_г= f (U₀)

Для снятия статической характеристики разомкнутой системы стабилизации напряжения U_г= f (U₀), необходимо:

а) Разомкнуть клеммы 14 и15.

б) Задать минимальные значения коэффициентов передачи УР и УМ установив потенциометры П2 и П4 в крайнее левое положение.

в) Установить тумблер Кл2 в положение 2.

г) Нажать на клавишу S1 и зафиксировать на индикаторном табло значение входного напряжения U₀, В (точка 1).

д) Отжать клавишу S1 и после гашения экрана, нажать на клавишу S7. Зафиксировать на индикаторном табло значение выходного напряжения Г, В (точка11). Отжать клавишу S7 и дождаться гашения экрана.

Задавая последовательно потенциометром П1 четыре – пять значений уставки U₀, выполнить пункты г) и д).

е) Установить потенциометр П1 в крайнее левое положение.

ж) Задать максимальные значения коэффициентов передачи УР и УМ установив потенциометры П2 и П4 в крайнее правое положение.

з) Нажать на клавишу S1 и зафиксировать на индикаторном табло значение входного напряжения U₀, В (точка 1).

и) Отжать клавишу S1 и после гашения экрана, нажать на клавишу S7. Зафиксировать на индикаторном табло значение выходного напряжения Г, В (точка11). Отжать клавишу S7 и дождаться гашения экрана.

Задавая последовательно потенциометром П1 четыре – пять значений уставки U₀, выполнить пункты з) и и).

к) Установить тумблер Кл2 в положение 1.

л) Установить потенциометр П1 в крайнее левое положение.

5. Снятие статической характеристики разомкнутой системы стабилизации частоты вращения вала двигателя ω= f (М_н ) при U₀=const

Для снятия статической характеристики разомкнутой системы стабилизации частоты вращения вала двигателя ω= f (М_н ) при U₀=const необходимо:

а) Установить тумблер Кл2 в положение 2.

б) Задать максимальные значения коэффициентов передачи УР и УМ установив потенциометры П2 и П4 в крайнее правое положение.

в) Установить П8 в крайнее левое положение, что соответствует минимальной нагрузке.

г) Нажать на клавишу S9 и установить с помощью потенциометра П1 значение выходного напряжения ДС, В (точка19) равное 1,5 В.

д) Отжать клавишу S9 и дождаться гашения экрана.

е) Нажать на клавишу S8 и зафиксировать на индикаторном табло значение скорости Дв, об/с (точка 12). Отжать клавишу S8 и дождаться гашения экрана.

ж) Нажать на клавишу S6 и зафиксировать на индикаторном табло значение выходного напряжения тока якоря I_я (точка10). Отжать клавишу S6 и дождаться гашения экрана.

Задавая последовательно потенциометром П8 четыре – пять значений скорости Дв, об/с , выполнить пункты е) и ж).

з) Установить тумблер Кл2 в положение 1.

и) Установить потенциометр П1 в крайнее левое положение.

к) Установить потенциометр П8 в крайнее левое положение.

Поскольку величина момента нагрузки пропорциональна якорному току I_я, то характеристику ω= f (М_н ) строить в координатах ω= f I_я).