Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «основы автоматики и сау» (стр. 2 из 8)
При начальном вводе задачи выбирается режим «Ввод/Редактирование» раздела «Файл/Модель» главного меню (клавиша F10). Для размещения звена на рабочем столе следует установить курсор в желаемое место и нажать клавишу «Enter» (не следует размещать звенья слишком близко друг к другу). Если звено необходимо развернуть на 180о, следует нажать клавишу «Пробел».
Доопределение звена функцией передачи выполняется в режиме редактирования параметров звена (через главное меню, либо с помощью дублирующей клавиши «Таб»). Далее последовательно вводятся значения коэффициентов многочлена числителя функции передачи и, после нажатия клавиши «Enter», - знаменателя., причем последовательный ввод коэффициентов начинается со свободного члена, а переход к следующему члену многочлена осуществляется после нажатия клавиши «PgUp» (обратно – «PgDn»). Выход из режима редактирования параметров звена выполняется повторным нажатием клавиши «Таб».
Для установления связей между звеньями выбирается режим «Провести связь» (через главное меню, либо с помощью дублирующей клавиши «F5»). Далее курсор устанавливается на место звена-источника, осуществляется подтверждение его выбора (клавиша «Enter») и проводится линия, связывающая два звена (при достижении линией границы следующего звена с символом Σ автоматически рисуется стрелка и процесс установления связи завершается.
Для задания входа и выхода САУ следует установить курсор на место соответствующего звена и назначить вход (клавиша «F7») или выход (клавиша «F8»).
После задания структурной схемы САУ рекомендуется занести результаты визуального моделирования в файл (раздел главного меню «Файл/Модель», режим «Запись в файл»). При вводе имени файла необходимо убрать символ «*» и ввести номер группы и бригады (файлы с иными идентификаторами периодически удаляются из ЭВМ). В дальнейшем для задания структурной схемы САУ достаточно выполнить операцию чтения данных из файла.
2.1.2. Анализ САУ
В режиме «Анализ» (раздел «Расчеты главного меню) ЭВМ строит 4 графика: распределение нулей и полюсов, переходный процесс, ЛХ и АФХ.
Детальное исследование графиков выполняется через главное меню (клавиша «F10»). Характерные точки графиков рассматриваются в режиме «Значения». Для перехода с одного графика к другому (например, от ЛАЧХ к ФЧХ) используются клавиши «PgUp» и «PgDn». Для изменения границы графика следует выбрать раздел меню «Масштаб», режим «Изменить» и нажать клавишу «Ins». Переход от значения одной границы к значению другой осуществляется нажатием клавиши «Таб». После изменения границы следует, нажав клавишу F10, выбрать в меню режим «Пересчет».
2.1.3. Коррекция САУ
Перед началом коррекции САУ следует назначить варьируемое звено (раздел «Назначить/Отменить» главного меню). Начальное значение функции передачи варьируемого звена должно быть равно 1. Также следует убедиться, что функция передачи звена в цепи обратной связи имеет значение -1/1.
Коррекция выполняется в режиме «Частотный синтез» (раздел «Расчеты» главного меню). При этом на экране отображаются ЛХ исходной системы, а также ЛАЧХ варьируемого звена. Коррекция САУ осуществляется путем добавления в функцию передачи варьируемого звена форсирующих и апериодических звеньев (в строго равном количестве). Для этого следует
-с помощью курсора установить частоту сопряжения вводимого звена;
-в меню (клавиша «F10») выбрать режим «Умножить на …» и подтвердить выбор нажатием клавиши «Enter»;
-выбрать функцию передачи форсирующего (Ts+1) или апериодического (1/(Ts+1)) звена и повторно нажать клавишу «Enter».
В результате указанной процедуры на экране появятся:
- ЛАЧХ исходной системы;
- ЛХ текущей системы;
- ЛАЧХ варьируемого звена.
Выбранная частота сопряжения введенного звена отображается на оси частот в виде треугольника. При выходе из режима «Частотный синтез» (через меню) рекомендуется записать функцию передачи скорректированной САУ в файл (можно с прежним именем). Анализ скорректированной САУ выполняется в соответствии с рекомендациями п.2.
2.2. Задание по работе
1. Построить асимптотические ЛХ исходной САУ.
2. Выполнить исследование характеристик исходной САУ на ЭВМ (см. п.2 разд.1.2.1). В результате исследований должны быть получены:
- значения нулей и полюсов функции передачи замкнутой САУ;
- переходная характеристика с указанием характерных точек и соответствующих числовых характеристик;
- ЛХ и АФХ системы.
Замечание: при построении ЛХ и АФХ системы следует предварительно разомкнуть обратную связь, заменив значение функции передачи звена в цепи обратной связи с -1/1 на 0/1.
3. Сравнить асимптотические и точные ЛХ, выявить отличия ЛАЧХ и ФЧХ.
4. С помощью последовательного метода и типовых корректирующих элементов выполнить коррекцию САУ (см. п.3 разд.1.2.1). Повторить исследования по п.2 для скорректированной САУ.
5. Сопоставить результаты анализа САУ с помощью ЛХ с экспериментальной переходной характеристикой. Уточнить расчетные соотношения для tН и σ (для исходной и скорректированной САУ).
2.3. Содержание отчета
1. Структурные схемы исходной и скорректированной САУ.
2. Функции передачи САУ и элементов коррекции.
3. Асимптотические и точные ЛХ для исходной и скорректированной САУ.
4. Распределение нулей и полюсов, переходные характеристики и АФХ для исходной и скорректированной САУ.
5. Уточненные соотношения для расчета tН и σ.
2.4. Контрольные вопросы
1. Как влияет величина и знак запаса устойчивости по фазе на характер переходного процесса САУ?
2. Какая связь существует между ЛХ и распределением полюсов функции передачи САУ?
3. Какая связь существует между ЛХ и АФХ САУ?
4. С какой целью корректируют САУ?
5. Указать характер изменения АФХ при коррекции САУ.
3. Исследование системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ)
(лабораторная работа 3)
Цель работы:
1) ознакомление с функциональными элементами системы ФАПЧ и принципом ее работы;
2) исследование точности в зависимости от структуры и параметров системы;
3) исследование возможностей изменения динамических своств системы методами последовательной и параллельной коррекции.
3.1. Описание лабораторной установки
Лабораторная установка состоит из макета системы ФАПЧ, генератора гармонических сигналов и осциллографа. Система ФАПЧ в простейшей комплектации содержит фазовый дискриминатор (преобразует разность фаз двух сигналов в управляющее напряжение), цепи коррекции и управляемый генератор (во времязадающей цепи этого генератора включен управляемый напряжением реактивный элемент). Если входной и выходной сигналы системы ФАПЧ расстроены по фазе (или частоте), то фазовый дискриминатор вырабатывает управляющее напряжение соответствующего знака, под действием которого изменяются параметры времязадающей цепи управляемого генератора и, соответственно, изменяется частота (и фаза) выходного сигнала так, чтобы уменьшить первоначальную расстройку. Без учета нелинейности статических характеристик функциональных элементов и инерционности фазового дискриминатора функция передачи системы ФАПЧ в разомкнутом состоянии можно представить в виде:
где
– функция передачи корректирующей цепи; 
– коэффициент усиления.В САУ 1 порядка астатизма динамическая ошибка слежения зависит от скорости изменения воздействия (в нашем случае – фазы) и коэффициента усиления системы:
где
– остаточная ошибка слежения за фазой в градусах (полезно фазу считать размерной величиной); 
– начальная расстройка частот генераторов [Гц].Предусмотрены 3 варианта включения простейшей системы ФАПЧ (переключатель S1):
- без коррекции (
=1);- с последовательной коррекцией вида:
;- с последовательной коррекцией вида:
,причем постоянные времени цепей коррекции T1, T2 и T3 зависят от номиналов резисторов и емкостей, указанных на макете.
Частотные и фазовые соотношения сигналов управляемого и внешнего генераторов наблюдаются по фигурам Лиссажу на экране осциллографа. Для измерения ошибки слежения
используется фазовращатель, включенный на выходе управляемого генератора. Предварительно устанавливают ручку «Расстройка» внешнего генераторав положение «0» и в разомкнутом состоянии системы ФАПЧ (положение 1 переключателя S1) выполняют ручную грубую подстройку частоты внешнего генератора по конечному результату (фигура Лиссажу – эллипс). Затем замыкают кольцо слежения и с помощью фазовращателя фигура Лиссажу преобразуется к удобной для наблюдения форме (линия или «восьмерка»). В дальнейшем частоту внешнего генератора изменяют ручкой «Расстройка». Плавное изменение частоты входного сигнала влияет на ошибку слежения, что приводит к деформации фигуры Лиссажу. Возвращая фигуру в прежнее положение с помощью фазовращателя, можно измерить (по шкале фазовращателя) величину остаточной ошибки .