Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "электромеханические системы" (стр. 4 из 7)
3. Рассчитать значение установившейся ошибки по возмущающему воздействию в процентах к естественному перепаду скорости двигателя при значении тока в якорной цепи 1.5 А.
4. Перед включением тумблера "СЕТЬ" установить потенциометр задающего напряжения Uз в положение "0" (при этом тумблер К1 должен быть в верхнем положении 2), коэффициент усиления усилителя в положение "10", момент сопротивления - "0", т. е. тумблер включения муфты К2 в положение "ВЫКЛЮЧЕНО".
5. Собрать двухконтурную систему регулирования скорости двигателя с подчиненным токовым контуром. Обратная связь по току реализуется с помощью сопротивления RШ , включенного в якорную цепь двигателя и равного 1 Ом.
6. Установить параметры регуляторов тока и скорости в соответствии с расчетом по п. 2 при заданном значении kУ, выставить значение kУ, включить тумблер "СЕТЬ".
7. С помощью задающего потенциометра Rз установить максимальное значение напряжения на выходе усилителя UУ = 20 В, соответствующее максимальному значению регулируемой скорости двигателя ωmax. Рассчитать значение ωmax и определить ее экспериментально, используя измерительные приборы.
8. Подключить к дополнительным клеммам тахогенератора осциллограф и при ступенчатом изменении задающего напряжения ΔUз (тумблером К1) по кривой переходного процесса, наблюдаемого на экране осциллографа, определить время регулирования tр и максимальное перерегулирование σmax% исследуемой двухконтурной системы.
9. При значении UУ = 20 В включить муфту тумблером К2 и установить потенциометром "МОМЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ" ток якоря двигателя IЯ=1.5 А, определив при этом значение установившейся ошибки Δωр от возмущающего воздействия:
, а UУ - напряжение на выходе УПТ на холостом ходу двигателя, UТГс - напряжение тахогенератора при IЯ = 1.5 А. Подключив вольтметр к выходу элемента сравнения и измерив ΔU, определить суммарную ошибку системы регулирования скорости 
. Включая и выключая муфту зарисовать переходный процесс ω(t) и IЯ(t) с экрана осциллографа при сбросе и набросе нагрузки.10. С помощью задающего потенциометра Rз установить минимальное значение напряжения на выходе усилителя UУ = 5 В, соответствующее минимальному значению регулируемой скорости ωmin и при заданном значении скорости повторить эксперименты по пп. 8 и 9.
11. Перейти к системе, реализующей настройку контура скорости на СО, рассчитать параметры регулятора скорости для заданного варианта (параметры рассчитать заранее), включить систему без использования входного звена.
12. Повторить эксперимент, аналогичный предыдущему, в соответствии и в последовательности с пп. 7–10.
13. Включить входное звено и полностью повторить эксперимент (пп. 8 и 10).
Оформление отчета
Результаты выполненной работы должны быть представлены в виде отчета, содержащего:
1. Принципиальную схему макета установки.
2. Структурные схемы двухконтурной системы регулирования скорости для различных вариантов реализации согласно пп. 2, 11, 13.
3. Расчеты параметров регуляторов при настройке контуров на МО и СО.
4. Расчет параметров входного звена при настройке контура скорости на СО.
5. Расчет установившихся ошибок по возмущающему воздействию в процентах к естественному перепаду скорости двигателя Δωс в системе с настройкой контура скорости на МО.
6. Обработку результатов эксперимента по пп. 8–10, 12, 13, т. е. определение tр, σmax%, Δωр, Δω и сопоставление их с теоретическими, между собой и с результатами, получаемыми в лабораторной работе № 1 исследования одноконтурной системы регулирования скорости (представить в виде сводной таблицы).
7. Анализ влияния входного звена на характер переходных процессов при настройке контура скорости на СО.
8. Сравнительный анализ переходных процессов в контуре тока для всех исследуемых структур.
9. Выводы по работе.
Лабораторная работа № 3
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ
ПОЛОЖЕНИЯ МАГНИТНОГО ТЕЛА
Целью работы являются:
1. Изучение принципа действия и математического описания системы стабилизации положения магнитного тела.
2. Уточнение математической модели объекта управления и системы в целом.
3. Расчет параметров корректирующих устройств (в том числе машинными методами).
4. Экспериментальное определение статических и динамических характеристик системы регулирования.
Общие указания
На рис. 3.1 представлена структурная схема системы автоматического регулирования положения ферромагнитного тела (ФМТ), на которой приняты следующие обозначения: ОУ (объект управления) - ФМТ (полый шарик из Ni), подвешиваемое в поле электромагнита (ЭМ) под действием электромагнитной силы (FЭМ) на расстоянии d от ЭМ; ДОС (датчик обратной связи) - датчик положения, дающий информацию о положении ФМТ относительно ЭМ; УПТ - усилитель постоянного тока, питающий обмотку ЭМ (IЭМ). Напряжение UЭМ на выходе усилителя, подаваемое на обмотку ЭМ, изменяется в соответствии с сигналом рассогласования (DU). Процесс изменения тока в обмотке ЭМ имеет вид
, (3.1)где rЭМ - сопротивление обмотки, Ом; w - число витков в обмотке; Ф - магнитный поток, Вб.
Умножая (3.1) на IЭМdt, получаем:
. (3.2) 
Предположим, что в рассматриваемой системе происходит перемещение подвешиваемого ФМТ вдоль направления, противоположного направлению силы тяжести на dl (рис. 3.2). При этом магнитная энергия системы W изменяется на dW и совершается механическая работа FЭМdl. Из закона сохранения энергии следует, что энергия, сообщаемая источником напряжения за время dt, должна равняться сумме энергии, выделяющейся в виде теплоты в сопротивлении обмотки ЭМ, энергии, затрачиваемой на совершение механической работы, и приращения энергии магнитного поля dW: 
. (3.3)Из сопоставления (3.2) и (3.3) следует:
.Электромагнитная сила FЭМ может быть выражена через магнитную проводимость G воздушного зазора:
, (3.4)
, (3.5)
. (3.6)С учетом (3.4) – (3.6) выражение для электромагнитной силы имеет вид
. (3.7)Знак "–" в (3.7) означает, что положительному электромагнитному усилию FЭМ соответствует уменьшение воздушного зазора d. Для вычисления FЭМ по (3.7) необходимо иметь выражение для расчета проводимости воздушного зазора между плоскостью и сферой для электромагнита броневого типа. Согласно [1], магнитную проводимость воздушного зазора под сердечником можно определить по формуле:
, (3.8)где
; Rсф - радиус сферы, см; rс - радиус сердечника, см.Уравнение движения подвешиваемого ФМТ имеет вид:
, (3.9)где m - масса ФМТ, кг; H - расстояние от ЭМ до центра тяжести ФМТ, см.
Вычисляемая согласно формул (3.7) и (3.8) электромагнитная сила FЭМ(d, IЭМ) представляет нелинейную зависимость, вследствие этого уравнение (3.9) оказывается нелинейным. Однако, учитывая малый диапазон регулирования, можно выделить участок, на котором с допустимой точностью можно принять линейную модель ОУ (ФМТ). Для этого, разлагая правую часть выражения (3.9) в ряд Тейлора и ограничиваясь только первыми членами ряда, получим линеаризованное уравнение движения подвешиваемого ФМТ в отклонениях:
Откуда получаем
, (3.10)так как
игде
где d0 - зазор, соответствующий уравновешенному положению ферромагнитного тела;
- значение тока в обмотке ЭМ, соответствующее уравновешенному положению ФМТ.Переходя в (3.10) к изображениям по Лапласу, получаем передаточную функцию:
. (3.11)