Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "элементы и устройства автоматических систем" (стр. 2 из 7)

По экспериментально снятым характеристикам двигателя можно определить параметры, необходимые для расчета впоследствии системы регулирования скорости вращения вала двигателя. Т_ЭМ определяется по переходной характеристике (рис. 1.1), Δω_С по электромеханическим характеристикам (рис. 1.2), как Δω_С=ω₀-ω_Н. Из этих же характеристик вычисляется

, а затем . В рассматриваемой системе единиц .

R_Я вычисляется по формуле (1.5):

.

Для уточнения математической модели двигателя можно рассчитать значение

, где L_Я вычисляется по формуле , где , p=2 - число пар полюсов, c_Х=0.4 для машин без компенсационной обмотки.

Если снять кривую свободного выбега двигателя, то по ней можно определить величину J суммарного момента инерции, приведенного к валу двигателя, исходя из уравнения (1.2), в котором M_Д=0, т.е.

. Отсюда , где Δω изменение скорости за интервал Δt, взятое по кривой свободного выбега. Величина M_С=с_мI_С, где I_С - значение тока якоря двигателя, обусловленного силами трения в кинематике привода, снимаемого по показаниям амперметра в момент отключения двигателя.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с расположением и назначением органов управления на лицевой панели макета. Перед включением тумблера "СЕТЬ" органы управления должны быть в следующих положениях: управляющее напряжение - "0", коэффициент усиления - "10", момент сопротивления - "0", тумблер включения муфты К2 - "ВЫКЛЮЧЕНО".

2. Собрать схему для снятия электромеханических характеристик двигателя, установив значения коэффициента усиления усилителя в диапазоне k_УПТ=10…20 и подключить необходимые измерительные приборы (см. "Общие указания").

3. При номинальном потоке возбуждения (R_Д2=0) и R_Д1=0 снять семейство из четырех характеристик двигателя (рис. 1.2) ω=f(I_Я) при следующих значениях напряжения на выходе усилителя: U=5; 10; 15; 20 В. Количество снимаемых точек по каждой из характеристик равно четырем.

4. При R_Д1=R_Д2=0 определить напряжение трогания двигателя U_ТР и снять регулировочную характеристику ω=f(U) при постоянном моменте сопротивления, определяемом трением в кинематических парах устройства задания нагрузки (тумблер К2 включен, потенциометр "МОМЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ" - в положении "0"). Значения напряжения выбирать таким же, как в предыдущем п. 3.

5. При номинальном потоке возбуждения (R_Д2=0) и напряжении питания якорной цепи U=20 В снять семейство характеристик (рис. 1.3) ω=f(I_Я) при следующих значениях сопротивления якорной цепи: R_Д1=0; 3; 6; 9; 12; 15 Ом. Процедура снятия и количество точек такие же как в п. 3.

6. При R_Д2=0 подключить к дополнительным клеммам тахогенератора осциллограф и при ступенчатом изменении напряжения ΔU на выходе усилителя зарисовать с экрана осциллографа кривые переходного процесса ω(t) для трех значений R_Д1. Ступенчатое изменение напряжения ΔU задается тумблером К1. Масштаб по осям t и ω должны быть оцифрованы в соответствии с положением ручек развертки и усиления осциллографа.

7. При R_Д1=R_Д2=0 и отключенном тумблере К2 установить на выходе УПТ напряжение U=20 В. Включить муфту, увеличив ток якоря потенциометром "МОМЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ" до значения I_Я=1.5 А; путем включения и выключения К2 зарисовать с экрана осциллографа кривые переходного процесса при сбросе и набросе нагрузки. Используя значение масштаба по оси ординат, определить экспериментально величину Δω_С.

8. Снять кривую свободного выбега двигателя ω(t) при отключении напряжения питания якорной цепи. Для этого установить на выходе УПТ напряжение U=20 В. При выключенном К2 определить I_Я по амперметру в якорной цепи и значение U_ТГ. Вынув провод, соединяющий задающее напряжение со входом УПТ, зарисовать с экрана осциллографа кривую свободного выбега двигателя ω(t), определив масштабы по осям абсцисс и ординат.

Оформление результатов работы

Результаты выполнения работы должны быть оформлены в виде отчета, в котором представляются:

1. Принципиальная схема исследуемой системы.

2. Статические характеристики, снятые по пп. 3-5, представленные в виде таблиц и графиков, отдельных по каждому пункту. На графиках по пп. 3 и 5 должна быть представлена естественная характеристика.

3. Определение T_ЭМ по осциллограммам п. 6 и оценка влияния R_Д1 на величину T_ЭМ.

4. Определение значений основных параметров двигателя по снятым характеристикам в соответствии с последней частью "Общих указаний".

5. Сравнение значений Δω_С, полученных на разных этапах проведения экспериментов.

6. Выводы по работе.

Лабораторная работа № 2

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ДВУХКОНТУРНОЙ СИСТЕМЫ

ПОДЧИНЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ

ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Целью работы являются:

1. Ознакомление с функциональными элементами системы подчиненного регулирования скорости.

2. Расчет частотных характеристик регуляторов системы подчиненного регулирования.

3. Расчет частотных характеристик входного звена.

4. Экспериментальное определение частотных характеристик указанных выше звеньев.

5. Сравнение результатов расчета и эксперимента.

6. Экспериментальное определение постоянной времени усилителя постоянного тока (УПТ).

Общие указания

Структурная схема системы регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока с подчиненным токовым контуром представлена на рис. 2.1. Приведенная структурная схема включает следующие элементы: Дв - двигатель постоянного тока независимого возбуждения, скорость которого необходимо регулировать; на структурной схеме он представлен в виде двух звеньев Д1 и Д2; УПТ - усилитель постоянного тока, питающий якорную цепь двигателя; РТ - регулятор контура тока; ДТ - звено обратной связи по току (датчик тока); ДС - звено обратной связи по скорости (датчик скорости, в качестве которого используется тахогенератор); Ф - фильтр; ВХ - входное звено.

На передней панели лабораторной установки представлены принципиальные схемы всех указанных элементов структуры и приведены значения необходимых параметров. Регуляторы являются теми звеньями, которые придают контурам, а следовательно, и системе в целом необходимые статические и динамические свойства, зависящие от выбора типа настроек контуров. В аналоговых системах регуляторы строятся на базе операционных усилителей, работающих в режиме суммирования токов (рис. 2.2). Входные сигналы U₁,…,U_nподаются на внешние входные R- или RC-цепи, обозначаемые через Z₁,Z₂,…,Z_n и включенные на инвертирующий вход усилителя. На этот же вход включается обратная связь Z_ОС. Неинвертирующий вход через балластный резистор R_БЛ замыкается на общую шину. За счет выбора комплексного сопротивления обратной связи и внешних входных сопротивлений регулятору придаются нужные динамические свойства. Поскольку операционные усилители, особенно интегрального исполнения, имеют весьма большой коэффициент усиления и широкую полосу пропускания, то передаточная функция по некоторому входу i может быть записана как

(2.1)

В соответствии с расчетами, которые проводятся при выполнении лабораторной работы №2 по курсу "Электромеханические системы", для реализации двухконтурной системы (см. лицевую панель) используется два ПИ-регулятора, один П-регулятор, два элемента сравнения ЭС1 и ЭС2 и входное звено, представляющее собой в данном случае инерционное звено первого порядка.

В соответствии с выражением (2.1) и схемой на лицевой панели установки ПИ-регулятор контура тока имеет передаточную функцию

,