1. Зарисовать схему лабораторной установки и записать номиналы ее элементов.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет
“ЛЭТИ” имени В.И.Ульянова (Ленина)»
(СПбГЭТУ)
------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Методические указания
к лабораторным работам по дисциплине
«ОСНОВЫ АВТОМАТИКИ И САУ» (часть 1)
Санкт-Петербург
2007
УДК 621.37/39 (076)
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине
«Основы автоматики и САУ» (часть 1)/ Сост.: А.И.Соколов, К.К.Бехтерев; СПбГЭТУ. – С.-Пб., 2007 – 35с (в редакции 2013 г. - 41с).
Приведено описание восьми работ стандартного лабораторного цикла дисциплины. Содержатся сведения о принципах построения моделей устройств автоматического управления и порядке их исследования. Изложена методика проведения исследований физических и математических моделей изучаемых в дисциплине систем. Предназначено для студентов радиотехнических специальностей.
Утверждено редакционно-методическим советом университета в качестве методических указаний
Введение
Представленные в данном методическом пособии работы обеспечивают лабораторную поддержку для основных разделов дисциплины «Основы автоматики и САУ». При одновременных лекционном и лабораторном курсах рекомендуется лабораторный цикл начать с выполнения первых 4-х работ. Последовательность выполнения работ этого цикла может быть любой. Остальные 4 работы рекомендуются к исполнению при наличии достаточной лекционной поддержки. В случае модернизации лаб.работ (отмечены *) с использованием нового оборудования к описанию добавляются приложения (см. в конце пособия). При выполнении лаб.работы 2 уточнить вариант представленного макета.
1. Исследование простейшей САУ - физическая модель
(лабораторная работа 1)*
Цель работы:
1) экспериментальное определение показателей качества САУ и
установление их связи со структурой и параметрами САУ;
2) приобретение навыков работы с ЛХ.
1.1. Описание лабораторной установки
Лабораторная установка состоит из физической модели САУ, генератора сигналов и осциллографа и позволяет исследовать переходные и частотные характеристики системы. Физическая модель САУ включает в себя неизменную часть: амплитудный дискриминатор (вычитающий элемент), электронный интегратор (усилитель с частотнозависимой отрицательной обратной связью) и
изменяемую часть: четырехполюсник, структура которого задается с помощью переключателя, а параметры изменяются переменным резистором.
Передаточная функция электронного интегратора содержит усилительное звено и апериодическое звено, однако при большом коэффициенте усиления и исследовании САУ вблизи частоты среза ωСР допускается аппроксимация передаточной функции электронного интегратора вида: К/jω, где значение коэффициента К определяется параметрами частотнозависимой обратной связи.
В результате имеется возможность исследования 4-х типов САУ с передаточными функциями в разомкнутом состоянии:
, 
, 
, 
.
Переходные характеристики наблюдаются на экране осциллографа при подаче на вход системы ступенчатого воздействия путем нажатия кнопки на макете (и ее удержании в нажатом состоянии в течение необходимого для наблюдения времени). Частотные характеристики исследуются при подаче на вход САУ сигнала от генератора. Частота сигнала устанавливается по шкале генератора, а амплитудные и фазовые соотношения исследуемых сигналов регистрируются по шкалам осциллографа.
1.2. Задание по работе
Для всех 4-х типов САУ (первые три типа САУ задаются переключателем при нулевом значении переменного резистора, 4-й тип САУ соответствует 3-й позиции переключателя при отличном от нуля значении переменного резистора) провести следующие расчеты и эксперименты.
1. Зарисовать схему лабораторной установки и записать номиналы ее элементов.
2. Построить асимптотические ЛХ для всех 4-х типов САУ (параметры передаточных функций должны соответствовать схеме, изображенной на макете). ЛХ всех САУ должны быть построены в одних координатных осях. С помощью ЛХ определить значения частоты среза ωСР и запаса устойчивости по фазе γ и по ним воспроизвести осциллограммы переходных процессов.
3. Записать характеристические уравнения САУ и построить распределения полюсов передаточных функций замкнутых систем на плоскости комплексной переменной.
4. Посмотреть на осциллографе и зарисовать экспериментальные переходные процессы, сопоставив их с расчетными.
5. Экспериментально определить значения ωСР и γ. Для этого изменять частоту гармонического входного сигнала до ωСР , при которой модуль передаточной функции разомкнутой системы равен единице;
. Значение fСР ( ωCР=2π fСР ) фиксируется при равенстве амплитуд входного и выходного напряжений разомкнутой системы (гнезда e и y на макете). Величина γ фиксируется при частоте ωCР по относительному смещению осциллограмм указанных напряжений (для САУ 1-го типа величина γ априори известна и она может использоваться в качестве «контрольной точки» эксперимента).
6. Снять экспериментальные амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) замкнутых САУ, фиксируя отношение амплитуд выходного и входного напряжений (гнезда y и g на макете). Частоту входного гармонического сигнала изменять от минимально возможного (близкого к нулю) значения до значений, при которых модуль функции передачи замкнутых САУ падает до уровня 0,1 (количество экспериментальных точек определяется ресурсом времени выполнения лабораторной работы). Обязательно обратить внимание и зафиксировать резонансные явления. Построить графики АЧХ в одних осях (для оси частот использовать линейный масштаб).
7. Сопоставить расчетные и экспериментальные данные и сделать заключение о
- соотношениях, связывающих время нарастания tН, перерегулирование σ% и степень колебательности μ переходных процессов от параметров ωCР и γ;
- связи ЛХ и переходных процессов с АЧХ САУ;
- связи переходных процессов с распределением полюсов передаточной функции замкнутых САУ.
1.3. Содержание отчета
1. Схема лабораторной установки с указанием номиналов ее элементов.