Главная страница
Навигация по странице:

  • ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) «исследование характеристик типовых динамических звеньев сау»

  • Цель работы

  • Исследование апериодического (инерционного) звена.

  • Исследование инерционного форсирующего звена.

  • Исследование колебательного звена.

  • Исследование апериодического звена второго порядка.

  • Анализ результатов работы.

  • Ответы на контрольные вопросы

  • ТАУ. 1- 6_Лабораторная_ТАУ. Исследование характеристик типовых динамических звеньев сау теория автоматического управления Автор учебнометодического пособия Ю. М. Лебедев Томск 2000 Лабораторная работа 1


    Скачать 233.5 Kb.
    НазваниеИсследование характеристик типовых динамических звеньев сау теория автоматического управления Автор учебнометодического пособия Ю. М. Лебедев Томск 2000 Лабораторная работа 1
    Дата18.05.2023
    Размер233.5 Kb.
    Формат файлаdoc
    Имя файла1- 6_Лабораторная_ТАУ.doc
    ТипИсследование
    #1140612

    Федеральное агентство образования
    ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

    (ТУСУР)

    «исследование характеристик типовых

    динамических звеньев сау»

    «теория автоматического управления»

    Автор учебно-методического пособия: Ю.М. Лебедев

    Томск 2000

    Лабораторная работа №1
    Вариант №6


    Выполнил студент группы
    « » 2008 г.


    2008

    Цель работы: получение навыков разработки электронных моделей типовых динамических звеньев САУ, исследование их частотных и переходных характеристик.

    Программа работы
    Исследование апериодического (инерционного) звена.

    1. Рассчитаем параметры элементов и соберем схему модели апериодического (инерционного) звена. Чтобы выходной сигнал не сдвигался на 180о, нам необходимо последовательно включить еще одну схему пропорционального звена с единичным коэффициентом передачи.

    k=3; T=60 мс; R2=100 кОм; R1=R2/k=33.3 кОм; C=T/R2=0.6 мкФ.



    2. Снимем переходную характеристику и определим время переходного процесса tпп.

    Переходной процесс считается закончившимся при достижении 95% от установившегося значения, т.е. амплитуда сигнала = 6.006 В, 95% = 5.7057 В. Время переходного процесса составляет tпп = 0.185 с.
    3. Получим экспериментальные ЛАЧХ и ЛФЧХ, замерим частоту среза ωср и значение фазы φ ср на этой частоте.




    Как видно из рисунков частота среза ωср=2πfср=47.26 Рад/с, а значение фазы φср=-70.43°.
    4. Увеличим значения постоянной времени T звена в 2, 3 и 4 раза. Выполним задания п. 2 и 3. Для увеличения T увеличим емкость конденсатора соответственно в 2, 3 и 4 раза. Полученные данные занесем в таблицу:

    T, с

    tпп, с

    ωср, рад/с

    φср, °

    0,06

    0,185

    47,26

    -70,43

    0,12

    0,365

    23,64

    -70,43

    0,18

    0,545

    15,72

    -70,43

    0,24

    0,724

    11,81

    -70,43


    5. Построим зависимости tпп = f(T), ωср = f(T) и φ ср = f(T).





    Исследование инерционного форсирующего звена.

    1. Рассчитаем параметры элементов и соберем схему модели инерционного форсирующего звена. Чтобы выходной сигнал не сдвигался на 180о, нам необходимо последовательно включить еще одну схему пропорционального звена с единичным коэффициентом передачи.

    k=2; T1=60 мс; T2=120 мс; R2=100 кОм; R3= T2/C-R2=100 кОм; R1=R3/k=50 кОм; C=T1/R2=0.6 мкФ.


    2. Снимем переходную характеристику и определим время переходного процесса tпп.

    U0 = 2 В, Uуст = 3.8 В. Время переходного процесса составляет tпп = 0.285 с.

    Параметр λ=(U0/Uуст )*100% =(2/3.8)*100%=52.63%
    3. Получим экспериментальные ЛАЧХ и ЛФЧХ, замерим частоту среза ωср и значение фазы φ ср на этой частоте.


    Частота среза ωср = 1416.77 Рад/с, а значение фазы φ ср = -0.34°.
    Установим соотношения значений постоянных времени T2=3T1, T2=4T1, T2=5T1. Выполним задания п. 2 и 3. Для изменения постоянной времени Т2 изменим значение сопротивления R3, а что бы коэффициент передачи оставался неизменным, изменим также значение сопротивления R1.

    Полученные данные занесем в таблицу:


    T2, с

    tпп, с

    λ, %

    ωср, рад/с

    φср, °

    0,12

    0,285

    52,63

    1416,77

    -0,34

    0,18

    0,475

    36,98

    12,5

    -29,15

    0,24

    0,655

    27,93

    8,23

    -36,74

    0,3

    0,841

    22,42

    6,28

    -41,4


    5. Построим зависимостиλ = f(T2), tпп = f(T2), ωср = f(T2) и φ ср = f(T2).





    Исследование колебательного звена.

    1. Рассчитаем параметры элементов и соберем схему модели колебательного звена.

    k=6; T=35 мс; R2=R5=R6=100 кОм; C1= C2=1 мкФ; ξ=0.7.




    2. Снимем переходную характеристику и определим время переходного процесса tпп, зафиксируем максимальное Uмакс и установившееся Uуст значения выходного напряжения.

    Uмакс = 12.54 В, Uуст = 11.98 В. Время переходного процесса составляет tпп = 0.573 с.
    3. Рассчитаем значение перерегулирования.



    Значение не превышает 5%, следовательно, параметры электронной модели колебательного звена рассчитаны правильно.
    4. Получим экспериментальные ЛАЧХ и ЛФЧХ, замерим частоту среза ωср и значение фазы φ ср на этой частоте и определим запас устойчивости по фазе Δφ.


    Как видно из рисунков частота среза ωср = 69.08 Рад/с, значение фазы φ ср = -144.7°.

    Δφ = 180 - │φ ср= 35.3°
    5. Установим значения ξ=0.5, ξ=0.3, ξ=0.1 и повторим выполнение задания п. 2 и 3.

    Полученные данные занесем в таблицу.


    ξ

    tпп, с

    σ, %

    ωср, рад/с

    φ ср, °

    Δφ, °

    0,7

    0,573

    4,67

    69,08

    -144,7

    35,3

    0,5

    0,822

    16,28

    70,77

    -154,3

    25,7

    0,3

    1,225

    36,98

    74,54

    -164,8

    15,2

    0,1

    3,287

    66,95

    75,36

    -174,9

    5,1


    6. Построим зависимости tпп = f(ξ), σ = f(ξ), ωср = f(ξ) и φ ср = f(ξ), Δφ = f(ξ).






    Исследование апериодического звена второго порядка.

    1. Рассчитаем параметры элементов и соберем схему модели колебательного звена.

    k=6; T=35 мс; R2=R5=R6=100 кОм; C1= C2=1 мкФ; ξ=1.





    2. Снимем переходную характеристику и определим время переходного процесса tпп.


    Время переходного процесса составляет tпп = 0.171 с.
    3. Получим экспериментальные ЛАЧХ и ЛФЧХ, замерим частоту среза ωср и значение фазы φ ср на этой частоте.




    Как видно из рисунков частота среза ωср = 63.93 Рад/с, значение фазы φ ср = -131.6°.
    4. Установим значения ξ=2, ξ=3, ξ=4. Выполним задания п. 2 и 3.

    Полученные данные занесем в таблицу:

    ξ

    tпп, с

    ωср, рад/с

    φ ср, °

    1

    0,171

    63,93

    -131,6

    2

    0,404

    42,04

    -101,1

    3

    0,625

    28,01

    -89,62

    4

    0,838

    21,35

    -85,52

    5. Построим графики зависимостей tпп = f(ξ), ωср = f(ξ) и φ ср = f(ξ).





    Анализ результатов работы.

    Влияние постоянной времени на апериодическое звено:

    - при увеличении постоянной времени увеличивается время переходного процесса, уменьшается частота среза, сдвиг фазы не меняется, т.е. запас устойчивости по фазе не зависит от постоянной времени.

    Влияние форсирующего звена на инерционное:

    - увеличивается время переходного процесса, полоса пропускания частот уменьшается снижается запас устойчивости по фазе.

    Влияние коэффициента демпфирования на колебательное звено:

    - коэффициент демпфирования колебательного звена увеличивает полосу пропускания частот, время переходного процесса увеличивается, перерегулирование увеличивается, запас устойчивости по фазе снижается.
    Ответы на контрольные вопросы:
    - Исходя из экспериментальных данных (график, таблица), можно увидеть зависимость tпп =3T, следовательно постоянная времени T инерционного звена пропорционально увеличивается с увеличением времени переходного процесса tпп.
    - Характеристики изменятся следующим образом:

    в начальный момент будет скачок напряжения, время переходного процесса уменьшится tпп=0,18с.

    АЧХ и ФЧХ будут иметь следующий вид:



    Исчезнет частота среза ωср (т.е. звено будет иметь усилительные свойства на всех частотах). Значение фазы φ сризменяется от близкого к нулю, затем с увеличением АЧХ принимает отрицательное значение, а потом снова близкое к нулю.
    - Колебательное звено становится консервативным, когда коэффициент демпфирования равен нулю, колебания переходного процесса становятся незатухающими, амплитуда на сопрягающей частоте становится бесконечной, фаза скачком из 0 становится равной -π.
    - Исключив сопротивление R3-обратной связи первого каскада, получим из колебательного звена консервативное.
    - Апериодическое звено второго порядка состоит из двух последовательно соединенных апериодических звеньев первого порядка, в связи с этим при суммировании двух экспоненциальных составляющих происходит перегиб.


    написать администратору сайта