Методические указания к лабораторным работам, практическим занятиям и курсовому проектированию по дисциплинам "Электромеханические системы" (стр. 4 из 8)
Из структурной схемы (рис. 2.3) можно записать передаточную функцию разомкнутой системы:
, (2.1) 
.Реализация замкнутой системы требует предварительного анализа на устойчивость. Существует много различных критериев устойчивости. В теории автоматического управления широкое применение получил критерий Гурвица, позволяющий судить об устойчивости системы непосредственно по коэффициентам характеристического уравнения без вычисления его корней. Критерию Гурвица безразлично, какое характеристическое уравнение разомкнутой или замкнутой системы, т. е. D(s) или Dз(s) будет предложено для анализа. В данном случае нас интересует поведение системы в замкнутом состоянии, т. е. анализ Dз(s). Запишем (2.1) в виде
.Передаточная функция замкнутой системы имеет вид
.В данном случае
. (2.2)Из уравнения (2.2) видно, что мы имеем дело с системой четвертого порядка. Для системы четвертого порядка характеристическое уравнение имеет вид
. (2.3)Условием устойчивости по Гурвицу является положительность всех коэффициентов характеристического уравнения (2.3) и выполнение неравенства
> 
.В данной лабораторной работе необходимо применить критерий Гурвица для определения влияния значения kУ на устойчивость следящей системы.
Важнейшим показателем, характеризующим качество следящей системы, является точность отработки заданного перемещения. Так как исследуемая система обладает астатизмом первого порядка, то в установившемся режиме ошибка по положению должна быть равна нулю. Присутствие ошибки, значение которой требуется определить в ходе работы, обусловлено наличием люфта в механической передаче между осями двигателя и датчика. Ошибка также обусловлена нелинейностью двигателя (зоной нечувствительности).
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с лабораторной установкой, с расположением и назначением органов управления на лицевой панели макета.
2. Получить математическую модель следящей системы на основе общих указаний и выполнения лабораторной работы по I этапу.
3. Провести расчет устойчивости системы по критерию Гурвица при значениях kУ = 33 и 200.
4. Подключить осциллограф к соответствующим клеммам макета, ручкой задающего потенциометра задать угловое положение, равное 150°. Включая и выключая тумблер "СКАЧОК", зарисовать переходной процесс, наблюдаемый на экране осциллографа, для четырех значений kУ = 33; 65; 123; 200.
5. Для определения значения ошибки нужно подключить вольтметр к входным клеммам УПТ, kУ установить равным 33. Задающим потенциометром плавно изменить угловое положение на 5…10° и записать показания вольтметра. Задав пять различных угловых положений, записать для каждого показания вольтметра. Усреднить полученные значения. Повторить данный пункт для kУ = 65; 123; 200.
Оформление отчета
Результаты выполненной работы должны быть представлены в виде отчета, содержащего:
1. Структурную схему следящей системы.
2. Математическую модель отдельных элементов структуры и системы в целом.
3. Анализ системы на устойчивость.
4. Обработку результатов эксперимента по п. 4, т. е. определение времени регулирования tр и максимального перерегулирования σmax% исследуемой системы, и сравнение их с результатами моделирования на ПЭВМ.
5. Определение значения ошибки и выявление связи между коэффициентом усиления УПТ и ее значением.
6. Выводы по работе.
Лабораторная работа № 3*
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ПРЯМОГО ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ
С ДАТЧИКОМ ТИПА ЛИР-20
Данная работа подразделяется на два этапа.
I ЭТАП
Целью первого этапа работы являются:
1. Изучение принципа действия и условий формирования выходных сигналов унитарно-кодового датчика ЛИР-20.
2. Знакомство с устройствами формирования широтно-импульсной модуляции (ШИМ) в системе прямого цифрового управления.
3. Определение характеристик исполнительного двигателя в режиме ШИМ.
Общие указания
Согласно схеме, представленной на лицевой панели лабораторного стенда, исследуемая система прямого цифрового управления включает в себя персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ) со встроенной платой цифрового ввода/вывода типа ЛА-ТМР, усилитель-преобразователь, исполнительный двигатель, инкрементный датчик угла ЛИР-20, схему формирования сигнала направления вращения двигателя.
ПЭВМ совместима с IBM PC и содержит встроенную плату цифрового ввода/вывода типа ЛА-ТМР. Указанная плата является частью устройства связи с объектом и выполняет определенные задачи, присущие технологическим контроллерам. Через данную плату осуществляется обмен информацией между объектом управления и электронно-вычислительной машиной, плата формирует ШИМ-сигнал. Используемая плата ЛА-ТМР содержит:
· шесть шестнадцатиразрядных счетчиков-таймеров Intel P82C54;
· высокостабильный кварцевый генератор с частотой 10 МГц;
· 16 цифровых линий, организованных как 8 входов и 8 выходов;
· линии стробирования;
· две независимые линии запроса прерывания для IBM PC.
На счетчики-таймеры через делитель или внешний сигнал могут быть поданы сигналы с частотой 10 или 1 МГц .
Плата ЛА-ТМР используется в системах контроля и управления временными параметрами. ПЭВМ в системе играет роль не только управляющего устройства, реализующего некоторые из возможных вариантов организации управления в одно- или многоконтурном исполнении системы управления с возможностью выбора структуры и параметров регуляторов, но и средства отображения информации при проведении исследований как элементов, так и системы в целом.
Усилитель-преобразователь (УП) является усилителем мощности с гальванической развязкой (реализованной при помощи оптопары) и, кроме того, обеспечивает преобразование двух сигналов (ШИМ-сигнала и сигнала направления) в сигнал, пропорциональный напряжению и позволяющий осуществлять изменение направления вращения двигателя.
В данной системе ШИМ-сигнал формируется схемой из двух счетчиков-таймеров. Управление направлением вращения двигателя осуществляется при помощи выхода 0 (PA0) цифрового порта платы ЛА-ТМР: 0 – вперед, 1 – назад.
В качестве исполнительного двигателя в лабораторном стенде используется типовой для данной лаборатории двигатель Д-25Г.
Обратная связь в исследуемой системе прямого цифрового управления осуществляется с помощью инкрементного датчика угла ЛИР-20, в основе работы которого лежит принцип фотоэлектрического сканирования штриховых растров. В качестве осветителей используются инфракрасные светодиоды, а приемниками излучения служат кремниевые фотодиоды. Число дискрет измерения на оборот определяется числом штрихов круговой шкалы "Z". В лабораторном стенде применен датчик с величиной "Z", равной 1000 штрихов. На рис. 3.1 представлены временные диаграммы выходных сигналов датчика. Из рис. 3.1 видно, что датчик ЛИР-20, как и все датчики инкрементного типа, обеспечивает сдвиг фаз между выходными сигналами А и В на четверть шага. Несложная логическая схема (схема формирования сигнала направления вращения двигателя), обозначенная на макете как триггер с входами D и C, выходами
, формирует на основе обработки последовательностей А и В сигнал направления вращения двигателя. 
Рис. 3.1
Датчик связан с двигателем через редуктор с передаточным числом
.Ввод данных с датчика в ПЭВМ осуществляется следующим образом. Импульсы с датчика поступают на вход запроса прерывания (IRQ5). Сигнал направления подается на вход 0 (РВ0) цифрового порта платы ЛА-ТМР. Программа обработки прерывания в зависимости от сигнала направления инкрементирует или декрементирует счетчик перемещения. Скорость определяется путем измерения времени между двумя импульсами, т. е. времени между двумя прерываниями. Для точного измерения времени используется счетчик, на счетный вход которого подана задающая частота
= 1 МГц, что позволяет измерять время с точностью до 1 мкс. Счетчик является 32-разрядным (во избежание переполнения) и реализован при помощи двух счетчиков-таймеров платы ЛА-ТМР.