Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "электромеханические системы" (стр. 5 из 7)
Знак "–" в (3.11) означает, что увеличению тока в обмотке ЭМ соответствует уменьшение воздушного зазора. В соответствии со структурной схемой (рис. 3.1) входной величиной ОУ (ФМТ) является электромагнитная сила (FЭМ), а ПФ ОУ определяется как
. Однако при составлении математического описания движения подвешиваемого тела не удалось выделить FЭМ как координату и получить передаточную функцию ОУ в виде 
. Поэтому приведенный вывод математической модели ОУ (ФМТ) неразрывно связан с выводом математической модели электромагнита. Изложенное можно проиллюстрировать структурной схемой, приведенной на рис. 3.3. Обмотка ЭМ имеет передаточную функцию инерционного звена 1-го порядка: 
, (3.12)где
; 
.Передаточную функцию (3.11), представляющую собой согласно рис. 3.3 последовательное соединение ЭМ и ОУ, лучше представить в стандартном виде
(3.13) 
. 
= 1.5 А, d0 = 2.2 cм]; [ = 1.6 А, d0 = 2.4 cм]; [ 
= 1.7 А, d0 = 2.6 cм]; [ = 1.8 А, d0 = 2.8 cм]; [ = 1.9 А; d0 = 2.95 cм]; rс = 6 см; L = 0.185 Гн; rЭМ = 23 Ом. Расчет параметров a и b в (3.11) и (3.13) из-за сложности вычислений осуществлялся машинным способом. Результаты расчета приведены для точки равновесия [ = 1.7 А, d0 = 2.6 cм]: a = 39.2; b = 12.7. Результаты расчетов параметров а и b для других точек равновесия не приводятся, так как их значения отличаются не более чем на 3 % от представленных значений параметров.Для расчета системы регулирования положения ФМТ согласно рис. 3.1 необходимо определить вид передаточных функций УПТ и ДОС, а также значения их параметров. При проведении лабораторных занятий на этом же макете по курсу "Элементы и устройства систем управления" указанные элементы являются объектом исследования, в результате проведения которого необходимо получить статические и динамические характеристики УПТ и ДОС, используемые в дальнейшем при выполнении работ по данному курсу. Передаточные функции УПТ и ДОС имеют следующий вид:
, 
.Таким образом, структурная схема системы регулирования, подлежащая исследованию и расчету, представлена на рис. 3.4. В представленной структурной схеме на входе и выходе каждого звена указаны отклонения соответствующих переменных от установившихся значений. Приращение регулируемой величины системы Dd обусловлено переходным процессом, вызванным изменениями задающего воздействия на величину DUз. Коэффициент передачи датчика ДОС взят со знаком
 |
"–", так как статическая характеристика ДОС, исходя из которой определялся kДОС, δ показывает, что уменьшение воздушного зазора ведет к увеличению выходного напряжения, снимаемого с ДОС.
Поскольку рассматриваемая система имеет в своем составе неминимально-фазовое звено, то согласно частотному критерию устойчивости Найквиста при K = kУkобм. ЭМkОУkДОС >1 данная система будет неустойчива и для обеспечения ее работоспособности требуется применение корректирующих устройств. Детальный анализ данной системы регулирования показал, что для ее стабилизации единственно приемлемым решением является использование последовательных корректирующих устройств. Для реализации системы регулирования положения ФМТ необходимо рассчитать корректирующие цепи двух типов:
1) дифференцирующую пассивную RC-цепь (Д-RC-цепь);
2) интегро-дифференцирующую пассивную RC-цепь (ИД-RC-цепь), при заданном значении коэффициента передачи УПТ в соответствии с вариантом: 1) kУ = 50; 2) kУ = 60; 3) kУ = 80; 4) kУ = 90; 5) kУ = 100.
 |
Структурная схема системы регулирования с последовательной коррекцией (ПК) представлена на рис. 3.5. Здесь же показано наличие возмущающего воздействия f, реализуемого в системе с помощью вентилятора, сдувающего при его включении ФМТ.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с общими указаниями к выполнению данной лабораторной работы, изучив принцип действия лабораторного макета.
2. Получить математическую модель системы регулирования на основе общих указаний и выполнения лабораторной работы по исследованию элементов заданной установки.
3. Рассчитать параметры двух типов последовательной коррекции Д-RC-цепи и ИД-RC-цепи при заданном значении kУ. Расчет необходимо провести заранее вручную или с использованием ЭВМ.
4. Ознакомиться с расположением и назначением элементов системы и органов управления на лицевой панели макета.
5. Собрать схему регулирования положения ФМТ с последовательной коррекцией 1-го типа (Д-RC-цепью) и установить ее параметры, полученные в результате расчета.
6. Перед включением тумблера "СЕТЬ" установить заданное значение коэффициента усиления УПТ, положить шарик (ФМТ) на подставку установки, регулятор управляющего напряжения поставить в положение "0", тумблеры "СКАЧОК" и "ВОЗМУЩЕНИЕ" в положение "ВЫКЛ.".
7. Включить тумблер "СЕТЬ". Плавно увеличивая управляющее напряжение, наблюдать подъем и зависание ФМТ, установив ток ЭМ на уровне 1.7 А.
8. Подключить осциллограф на выход системы к клемме y (y = Δδ) и вольтметр к клемме ε (ε = ΔU). Включить и настроить осциллограф.
9. При ступенчатом изменении задающего напряжения тумблером "СКАЧОК" зарисовать с экрана осциллографа кривые переходного процесса y(t) и определить по ним максимальное перерегулирование, время регулирования и значение установившейся ошибки по показаниям измерительного прибора, подключенного к выходу элемента сравнения.
10. Включить тумблер "ВОЗМУЩЕНИЕ", наблюдать процесс изменения y(t) и ε(t) на экране осциллографа.
11. Уменьшить заданный kУ на 10…20 % по отношению к заданному значению и повторить пп. 9 и 10.
12. Собрать схему регулирования положения ФМТ с последовательной коррекцией 2-го типа (ИД-RC-цепью) и установить ее параметры, полученные в результате расчета.
13. Повторить пп. 6–11.
Оформление отчета
Результаты выполненной работы должны быть представлены в виде отчета, содержащего:
1. Принципиальную схему макета установки.
2. Структурную схему системы регулирования положения ФМТ.
3. Математическую модель отдельных элементов структуры и системы в целом.
4. Расчет параметров корректирующих цепей двух типов.
5. Результаты экспериментального исследования системы в соответствии с пп. 9–11, по которым согласно п. 9 должны быть определены показатели качества системы регулирования.
6. Расчет установившихся ошибок для системы регулирования Д-RC-цепью при двух значениях kУ по формуле
,где
(см. ПК). И для случая использования ИД-RC-цепи также при двух значениях kУ по формуле 
.7. Результаты моделирования системы регулирования на ЭВМ.
8. Сравнение экспериментальных, расчетных данных и результатов моделирования по всем однотипным вариантам.
9. Определение лучшего варианта из всех исследованных и рассчитанных.
10. Выводы по работе.
Лабораторная работа № 4
СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ
ПЛАТФОРМЫ ("ВЕРТОЛЕТ")
Целью работы являются:
1. Изучение возможных принципов построения системы управления положением механического объекта.
2. Исследование одноконтурной системы регулирования углового положения платформы, расчет и реализация возможных вариантов корректирующих устройств.
3. Определение качественных показателей работы одноконтурной системы регулирования углового положения платформы для различных вариантов структурной организации.
4. Изучение принципов построения системы подчиненного (многоконтурного) регулирования положения платформы.