Смекни!
smekni.com

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «основы автоматики и сау» (стр. 3 из 8)

Следует иметь в виду, что реальная зависимость

из-за нелинейности статической (дискриминационной) характеристики фазового дискриминатора описывается нелинейной нечетной функцией. При этом экспериментально удается получить лишь фрагмент зависимости
, на котором следует выявить линейный участок для расчета коэффициента
.

Для качественной оценки быстродействия и степени колебательности переходных процессов в системе ФАПЧ в цепи входного сигнала предусмотрена фазосдвигающая цепь, включаемая тумблером «Скачок фазы».

В полной комплектации система ФАПЧ содержит не один, а два интегратора: подключается двигатель, управляющий ротором конденсатора переменной емкости, который, в свою очередь, включен во времязадающую цепь управляемого генератора. При этом сохраняется и основной канал управления частотой генератора с помощью реактивного элемента, также включенного во времязадающую цепь управляемого генератора. Благодаря этому обстоятельству обеспечивается устойчивость системы ФАПЧ второго порядка астатизма. Функция передачи такой системы в разомкнутом состоянии имеет вид:

Замечание: включение двигателя выполняет лаборант или преподаватель.

3.2. Задание по работе

1. Выполнить исследование системы ФАПЧ первого порядка астатизма. Для этого следует

1) снять экспериментальную зависимость

; для построения графика
требуется 3-5 точек при расстройке частоты в одну сторону и столько же точек – в другую; результаты свести в таблицу и построить график;

2) на графике

выявить линейный участок, для которого рассчитать экспериментальное значение
; результат согласовать с преподавателем;

3) используя найденное значение

, построить асимптотические ЛХ для 3-х вариантов включения системы ФАПЧ первого порядка астатизма (все ЛХ построить на одном графике для удобства сравнения);

4) оценить качество переходных процессов для всех 3-х вариантов системы; зарисовать схемы корректирующих цепей и указать быстродействие и степень колебательности переходных процессов в системе ФАПЧ при включении этих цепей;

5) сопоставить расчетные (построенные с помощью ЛХ) и экспериментальные характеристики переходных процессов.

2. Выполнить исследование системы ФАПЧ второго порядка астатизма. Для этого следует

1) при выключенном двигателе вручную установить ротор конденсатора переменной емкости в среднее положение;

2) выполнить грубое сведение частот генераторов и обеспечить ввод системы в режим слежения (без цепей последовательной коррекции);

3) включить двигатель и плавно изменяя частоту внешнего генератора ручкой «Расстройка» убедиться

- в наличии реакции конденсатора переменной емкости на изменении частоты генератора;

- в отсутствии ошибки слежения при постоянной расстройке частоты генератора (по фигуре Лиссажу);

- в наличии ошибки слежения при изменении частоты генератора (при повороте ручки генератора «Расстройка»);

4) изобразить структурную схему формирующего фильтра для ситуации Δf=const и объяснить причины изменения свойств системы ФАПЧ при включении двигателя.

3.3. Содержание отчета

1. Функциональная схема системы ФАПЧ (первого и второго порядка астатизма), схемы корректирующих элементов с указанием номиналов резисторов и емкостей, функции передачи разомкнутой системы для всех исследуемых вариантов.

2. Таблица и график зависимости

, расчет
и постоянных времени корректирующих элементов.

3. Асимптотические ЛХ для 3-х вариантов построения системы ФАПЧ первого порядка астатизма.

4. Сравнительные характеристики переходных процессов и их объяснение.

5. Структура формирующего фильтра для ситуации Δf=const и объяснение эффектов синхронности (равенства частот) и синфазности (

) входного и выходного сигналов системы ФАПЧ второго порядка астатизма.

3.4. Контрольные вопросы

1. Как работают функциональные элементы системы ФАПЧ и вся система в целом?

2. Какой параметр входного сигнала является информативным для системы ФАПЧ?

3. Какой вид имеет структура формирующего фильтра в случае Δf(t)=0, Δf(t)=const, Δf(t)=vt? Какой вид имеет структура согласованной САУ?

4. Как изменяются свойства системы ФАПЧ при увеличении (уменьшении) коэффициента усиления

?

5. С какой целью включаются корректирующие элементы в системе ФАПЧ первого порядка астатизма?

6. Как изменяются свойства системы ФАПЧ при увеличении порядка астатизма?

7. Что произойдет с системой ФАПЧ, если при включенном двигателе отключить реактивный элемент?

4. Исследование привода с тахометрической обратной связью

(лабораторная работа 4)

Цель работы:

1) изучение характеристик электрического двигателя;

2) исследование возможностей изменения динамических свойств САУ методом коррекции с помощью местной обратной связи;

3) ознакомление с аппаратными способами линеаризации САУ.

4.1 Описание лабораторной установки

Лабораторная установка содержит (рис.1) двигатель (Д), подключенный к нагрузке через редуктор (Р), элементы коррекции, вольтметры и осциллограф (индикаторы на рисунке не показаны). Выходной величиной исследуемой системы является угол поворота вала на выходе редуктора φ. Элементы коррекции включают в себя тахогенератор (Т) (его вал механически связан с валом двигателя), усилитель (У) и вычитающий элемент. Тахогенератор представляет собой высокоточный измерительный прибор, обладающий линейной зависимостью выходного напряжения UT от угловой скорости вращения вала Ω. Напряжение управления двигателем UУ либо снимается с выхода усилителя У, либо подается непосредственно с вычитающего элемента.

Рис.1

С помощью вольтметров контролируются входное напряжение UВХ и напряжение тахогенератора UT . Для измерения длительности переходных процессов используется осциллограф, подключенный к выходу тахогенератора.

Лабораторная установка работает в 2-х режимах:

- режим исследования характеристик двигателя (цепь обратной связи размыкается, усилитель отключается);

- режим исследования привода с тахометрической обратной связью (функционируют все элементы лабораторной установки).

Непосредственное использование электрического двигателя в качестве привода механических элементов САУ (антенных систем, устройств управления частотой генератора и т.п.) затруднено следующими обстоятельствами:

1) Двигатель имеет функцию передачи

,

где KДВ – коэффициент усиления двигателя; τДВ – постоянная времени двигателя.

Апериодическое звено, входящее в состав

, обусловлено наличием момента инерции ротора двигателя и нагрузки, который и определяет величину постоянной времени τДВ (чем больше мощность двигателя , тем больше τДВ). В САУ инерционные звенья с большой постоянной времени нежелательны, поэтому параметр τДВ необходимо снизить до пренебрежимо малой величины.

2) Статическая характеристика двигателя, связывающая входное напряжение UУ и скорость вращения вала Ω существенно нелинейная (особенно нежелательна нелинейность типа «зона нечувствительности», обусловленная силами трения). Используемый в составе САУ привод должен иметь линейную характеристику, причем размер зоны нечувствительности необходимо также уменьшить до пренебрежимо малой величины.

Первая задача решается следующим образом. Функция передачи привода с тахометрической обратной связью равна:

,

где

­ коэффициент усилителя У;
­ функция передачи тахогенератора;
и
­ коэффициент усиления и постоянная времени тахогенератора.

Поскольку тахогенератора ­ устройство малоинерционное, то в интересующей нас частотной области допустима аппроксимация вида:

.

Подстановка в выражение для

функций передачи
и
приводит к результату: