ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ РЕЛЕНО-ИМПУЛЬСНОГО
РЕГУЛЯТОРА
Цель работы
Целью работы является изучение структуры регулирующего блока и его взаимодействие с исполнительным механизмом постоянной скорости при формировании ПИ-закона регулирования.
Задание на работу
Задание №1. Ознакомиться со структурной схемой релейно-импульсного регулятора и определить характеристики входящих в неё элементов.
Задание №2. Снять кривую разгона ПИ-регулятора.
Задание №3. Определить динамические параметры релейно-импульсного ПИ-регулятора по характеристикам его элементов и по его кривой разгона
Методические указания
Динамические характеристики релейно-импульсного регулятора определяются двумя основными узлами - регулирующим блоком РБ и исполнительным механизмом ИМ с постоянной скоростью. Структурная схема регулятора показана на рис. 4.1. На этом рисунке:
Y(t) - текущее значение регулируемого объекта;
Yзд - заданное значение параметра;
ε(t) - сигнал рассогласования (разность между заданным и текущем значением параметра);
Xос(t) - сигнал обратной связи;
σ(t) - входной сигнал релейного элемента σ(t)=ε(t)-Xос(t)
Рис. 4.1. Структурная схема релейно-импульсного регулятора
ИБ - измерительный блок. ИБ в соединении с РБ составляют регулирующий прибор РП. ИМ содержит асинхронный электродвигатель, который при появлении управляющего сигнала Z(t) производит перемещение регулирующего органа (РО) μ(t) с постоянной скоростью So.
|
|
|
Получение перемещения μ(t) в соответствии с заданным законом регулирования (например, ПИ) производиться с помощью импульсного способа управления ИМ.
Среднее значение скорости регулирования Sp характеризуется отношением перемещения РО в течение одного импульса Δμu=So ∙ Δtu к периоду следования импульсов (Δtu - Δtn):
где 
- длительность включающего импульса, с.;
- длительность пауз, с.;
Зависимость скорости регулирования от скважности импульсов показана на рис. 4.2
Рис.4.2. Зависимость скорости регулирования от скважности импульсов
Перемещение регулирующего органа μ(t) при этом связано с изменением скважности по интегральному закону
т.е. по каналу 
рассматриваемый ИМ является линейным интегрирующим звеном с передаточной функцией:
Формирование управляющих импульсов Z(t) производиться в регулирующем блоке РБ.
Для получения ПИ-закона регулирования необходимо, чтобы:
где 
- входной сигнал РБ.
Передаточная функция ПИ-регулятора имеет вид:
При технической реализации ПИ-закона регулирования используют структуру РБ, показанную на рис. 4.1, где ∑ - сумматор, РЭ - релейный трехпозиционный элемент с зоной нечувствительности Δн и зоной возврата Δв (см. рис. 4.3), ФОС - узел функциональной обратной связи.
|
|
|
Рис.4.3. Характеристика релейного трехпозиционного элемента
Поскольку РБ и ИМ как звенья, соединены последовательно, то для выполнения условия (2), ФОС выполняется в виде апериодического звена первого порядка с передаточной функцией
ФОС имеет разделенные цепи заряда и разряда, характеризуемые постоянными времени Тз и Тр , где Тос=Тз - при зарядке (Z = 
) и Тос= Тр -при разрядке (Z=0).
Разделение цепей заряда и разряда ФОС производится с целью обеспечения независимости органов настройки параметров Кр и Ти ПИ-регулятора. Кривая разгона ФОС показана на рис. 4.4.
При действии ступенчатого входного сигнала ε(t)=ε0∙1(t) реакция релейно-импульсного регулятора (кривая разгона) имеет вид, показанный на рис. 4.5. В момент времени t0 , сразу после подачи входного сигнала 
, срабатывает релейный элемент и подает сигнал Z=+C на вход звена обратной связи, вследствии чего Хос(t) начинает возрастать, а сигнал σ(t) на входе релейного элемента уменьшаться. В момент времени t1 сигнал достигает порога отключения σоткл, РЭ отключается, сигнал Z(t) на входе звена ФОС становиться равным нулю, Х0(t)начинает убывать, а σ(t) возрастать. Когда сигнал σ(t) достигает σср (в момент t2), происходит повторное включение РЭ.
|
|
|
Рис.4.4. Кривая разгона ФОС
Далее процесс характеризуется импульсами Δtи, чередующимися с паузами длительностью Δtn . Сигнал σ(t) будет изменяться при этом в пределах зоны возврата Δв (от σср σотп и обратно), а сигнал Хос на выходе ФОС будет изменяться от ε0 - σср до ε0 - σот и обратно, т.е. Хос(t) будет практически следовать за входным сигналом с погрешностью, определяемой порогами σср и σотп.
Рис.4.5. Кривые переходных процессов в релейно-импульсном регуляторе
Следует отметить, что первое включение Δt=t1-t0 более продолжительно по сравнению с оcтальными импульсами Δtu, так как в момент начала первого включения сигнал Хос(t) начинает возрастать с нуля, что требует большего времени для достижения порога отключения РЭ.
Под действием управляющих импульсов Z(t) Им с постоянной скоростью будет перемещать регулирующий орган по ломаной линии (риc. 4.5). Эта линия при достаточно большой скорости изменения Хос(t) и достаточно малой зоне возврата Δв близка к кривой разгона идеального ПИ-регулятора, описываемого выражением:
|
|
|
Аппроксимировав кривую разгона регулятора идеализированной кривой 
ид ПИ-регулятора (как показано на рис.4.5), можно оценить его эквивалентные параметры:
где 
- время удвоения реакции ПИ-регулятора по сравнению с первоначальным сигналом 
;
Приведенные формулы (5,6) следуют из уравнения кривой разгона ПИ-регулятора (4).
Можно ли по параметрам ФОС и ИМ определить Кр и Ти ПИ-регулятора? С этой целью найдем соответствующие выражения для 
и 
, используя рис. 4.5.
где 
- скорость изменения сигнала Хос(t) под действием сигнала Z(t)= 
C при включении РЭ (см. рис. 4.4).
Поскольку 
, то единицей измерения можно пренебречь.
Тогда
Длительность импульсов и пауз можно выразить следующим образом:
где 
- скорость разряда, т.е. скорость изменения сигнала Хос(t) при Z = 0 (РЭ выключен).
где 
- постоянная времени кривой разряда (рис. 4.4).
Подставим выражения (10) и (11) в уравнение (9):
Подставив (7), (8), (12) для Δμ0 и в формулы (5) и (6), находим:
Из приведенных формул видно, что для обеспечения независимости органов настройки параметров Кр и Ти необходимо, чтобы постоянная времени заряда Тз не была связана с Тр.
Из формул (10) и (11) следует, что в нормальном пульсирующем режиме длительность импульса 
практически не зависит от ε0, а длительность пауз 
изменяется обратно-пропорционально 
Скважность 
управляющих импульсов с ростом ε0 увеличивается по зависимости, близкой к линейной. Таким образом, рассматриваемая структура регулирующего блока в совокупности с ИМ постоянной скорости реализует закон регулирования, близкий к линейному ПИ-закону.
Описание стенда
На стенде смонтирован действующий ПИ-регулятор. Стенд позволяет выполнять следующие задачи:
1. Записать на КСП4 временную характеристику исполнительного механизма в режиме постоянной скорости μ(t) = F[ε(t)].
2. Записать на КСП4 кривые разгона звена функциональной обратной связи ФОС регулирующего блока Хос(t) = φ[Z(t)] при различных параметрах настройки звена.
3. Записать на КСП4 кривую разгона ПИ- регулятора при различных параметрах настройки μ(t) = f[ε(t)].
4. Снять статическую характеристику релейного элемента регулирующего блока.
Общий вид стенда показан на рис 4.6. там же перечислены элементы стенда, расположенные на лицевой панели, и комплектующие приборы.
Внутри стенда смонтированы: регулирующий прибор РП, исполнительный механизм типа МЭО-4-78, бесконтактный реверсивный пускатель типа ПБР-2-3, мост постоянного тока, источник стабилизированного питания типа ИПС3-02, трансформатор.
Принципиальная схема стенда приведена на рис 4.7. Ключ управления S1 служит для подачи питания на комплектующий стенд приборы S2 - на элементы регулятора. Подача питания сигнализируется с помощью световых табло Н1и Н2.
Регулирующий блок имеет структуру, показанную на рис.4.2. К РБ через блок управления БУ и реверсивный пускатель ПУ последовательно подключён исполнительный механизм постоянной скорости ИМ.
Ступенчатый входной сигнал Uв, подается от переносного потенциометра ПП-63 через гнезда «У» на измерительный блок регулятора, усиливается и через демпфирующее устройство подается на регулирующий блок в виде сигнала ε. При снятии кривой разгона регулятора выходной сигнал Хо, звена ФОС подключается на вход второго сумматора РБ с помощью переключателя П1 (положение «1»).
При снятии кривых разгона звена ФОС выходной сигнал Хо отключается от входа второго сумматора РБ (П1 в положение «2»), при этом к входу второго сумматора подключается сопротивление Rэкв эквивалентное общему сопротивлению звена ФОС. Этим обеспечивается нормальная работа усилительной части РБ при отключенном звене ФОС.
Рукоятки всех параметров настройки РБ находятся на соответствующих элементах мнемосхемы стенда.
Гнезда «ε» и «Z» предназначены для подключения вольтметра катодного повторителя.
Гнезда «Х» предназначены для подключения катодного повторителя КП при измерении и записи выходного сигнала Хо(t) в процессе снятия кривых разгона звена ФОС.
С помощью тумблера П3 к потенциометру КСП4 подключается либо сигнал от моста М, пропорциональный углу поворота вала ИМ -μ(t), либо выходной сигнал катодного повторителя, пропорциональный сигналу Хос(t) звена ФОС.
Рис.4.6. общий вид стенда
Рис 4.7 принципиальная схема стенда
Порядок выполнения работы
Задания №1. Определение характеристик элементов, входящих в структурную схему релейно-импульсного регулятора.
1. Определение параметров релейного элемента:
напряжение срабатывания - 
,
напряжение отпускания - 
,
зона возврата – Δв,
зоны нечувствительности – Δн.
Включить стенд и регулятор. Включить КП, установить режим “Подготовка”. Подключить на вход РП (клеммы “У”) переносной потенциометр, подать на вход РП напряжение , равное 40 мВ. На блоках регулирующего прибора установить 
(переключатель по часовой стрелке до упора); 
(переключатель против часовой стрелки до упора); 
с; Δ = 0,2%.
Переключатель режимов на блоке управления БУ-21 поставить в положение “Р”, переключатель П1 в положение 2.
Сбалансировать РП с помощью корректора, т.е. добиться погасания обеих лампочек релейного элемента.
Последовательно устанавливая значения зоны нечувствительности (Δ%) РП 0,6; 1; 2% и плавно увеличивая или уменьшая напряжение на входе РП, по показаниям переносного потенциометра ПП-63 и состоянию лампочек релейного элемента определить значения , 
[мВ], а затем выразить зоня возврата и зону нечувствительности в процентах от номинального входного сигнала.
Результаты записать в таблицу 1.
Таблица 1
| Зона Δ, % |  мВ
|  мВ
| 
мВ
|  мВ
| +Δв, мВ | -Δв, мВ | +Δв % | -Δв % | Δн мВ В | Δн, % |
| 0,6 | ||||||||||
| 1,0 | ||||||||||
| 2,0 |
Установить Δ равную 0,2%. Подать на вход РП напряжение, равное 40 мВ, сбалансировать РП.
2. Определение скорости исполнительного механизма.
Включить автоматический потенциометр КСП4. В режиме управления “Р” кнопками БУ установить стрелку КСП4 на 50% стопроцентной шкалы. Установить скорость движения диаграммной ленты 5400 мм/час. Убедиться в движении ленты. Нажать одну из кнопок БУ и держать, пока стрелка КСП4 и перо не переместятся на 18 делений стопроцентной шкалы. Кнопку отпустить, привод диаграммы КСП4 выключить.
3. Снятие кривых разгона звена функциональной обратной связи.
Переключатель П1 поставить в положение “2” (на вход КСП4 подается через КП выходной сигнал звена ФОС). Входной кабель КП подключить к гнездам “Z” входа ФОС. Ручкой “Настройка” на КП выставить стрелку прибора на “0”. Переключатель КП поставить в положение “Измерение”, переключатель “Шкала” – в положение 10В.
Подать на вход РП, скачком, напряжение разбаланса плюс или минус 2мВ и с помощью КП измерить напряжение на входе в узел обратной связи 
, зафиксировать его значение. Снять скачок. КП отключить от гнезда “Z” и подключить к выходу звена ФОС (гнезда “X”).
Установить предел измерения КП по данным таблицы 2.
На КСП4 установить скорость диаграммной ленты 720 мм/час. Включить КСП4.
Установить на панели ФОС значения 
и 
в соответствие с заданным вариантом их таблицы 2, время импульса 
с.
Таблица 2
| Вариант | 
| 
| Шкала КП |
| 1 2 3 4 5 | 1 1 2 2 3 | 2 3 4 3 3 | 5 10 5 5 5 |
Тумблер П2 поставить в положение “ ”, включить диаграмму КСП4, тумблер П2 поставить в положение “ 
” и, одновременно, на вход РП подать напряжение разбаланса +2 мВ. Записать процесс зарядки конденсатора узла ФОС. В момент достижения 
, установившегося значения записать это значение по прибору на КП.
Снять скачком напряжение разбаланса на входе РП и записать процесс разрядки конденсатора ФОС. Остановить диаграмму, тумблер П2 поставить в положение “ ”.
Задание №2. Снятие кривых разгона ПИ-регулятора.
Переключателя П1 и П3 поставить в положение “1”. КП подключить к гнездам “ε”. Переключателем “Шкала” выставить значение 1 В. На КСП4 установить скорость диаграммы 1800 мм/час. Установить зону нечувствительности Δ% равную 1,0% с.
Включить КСП4, с помощью блока управления в режиме “Р” вывести стрелку КСП4 на 50% шкалы
Перевести переключатель блока управления в положение «А». Включить привод диаграммы. Установить переключатель П2 - в положение «τи=n» , и одновременно, подать скачком на вход РП сигнал плюс или минус 2 мВ, при этом на входе регулирующего блока сигнал ε0 должен быть 0,4 В (по показаниям прибора КП).
Записать кривую разгона регулятора до момента, когда за счет интегрирующей составляющей удвоиться значение μ(t), по сравнению с величиной пропорциональной части.
Переключатель БУ перевести в положение «Р», отключить диаграмму, снять входной сигнал, установить стрелку КСП4 на 50% шкалы, переключатель П2 установить в положение «τи=0», через 5 с вернуть в положение «τи=n».
Установить tи = 0,8 с. Снять вторую кривую разгона регулятора. Привести схему стенда в исходное состояние, выключить стенд.
Задание №3. Расчет параметров настройки ПИ-регулятора.
1. Расчет параметров настройки по характеристикам элементов регулятора.
Расчет Кр и Ти проводим по формулам (13) и (14) с использованием результатов задания №1.
Учитывая, что один оборот вала ИМ μоб соответствует 108 делениям стопроцентной шкалы КСП4, рассчитываем постоянную скорость ИМ:
где Δμ - угол поворота вала ИМ в % от одного оборота;
Δt - время поворота вала ИМ на Δμ, с.
По кривым разгона ФОС графически, как это показано на рис 4.4, определяем Тз и Тр в секундах.
Рассчитываем коэффициент усиления звена ФОС:
Находим коэффициент пропорциональности регулятора Кр по формуле (13):
где 
- выражение ε0 , в процентах от полного разбаланса (10 В).
Находим время интегрирования по формуле (14).
2. Расчет параметров настройки ПИ-регулятора по его кривой разгона.
Кривая разгона, написанная на диаграмме КСП4, аппроксимируется кривой идеального ПИ-звена, как показано на рис. 4.5. Находим △ , 2 и время удвоения - 
, с.
Рассчитываем коэффициент пропорциональности по (5):
Рассчитываем время интегрирования:
.
3. Сравним результаты расчетов параметров настройки регулятора по методике 1 и 2, принемается их среднее значение.
4. Определяем действие продолжительности импульса на характер кривой разгона регулятора посредством сравнения кривых разгона при различных значениях 
.
Содержание отчета
1. Краткое описание содержания работы.
2. Структурная схема релейно-импульсного регулятора с кратким описанием роли каждого звена в формировании закона регулирования.
3. Общее уравнение ПИ-закона регулирования, передаточная функция ПИ-регулятора, формула кривой разгона идеального ПИ-регулятора.
4. Задание № 1, 2. Таблица 1. Пример расчета зоны нечувствительности. Статическая характеристика релейного элемента для трех значений зоны нечувствительности, вычерченная в масштабе с обозначениями параметров. Диаграммная бумага с обработанными кривыми 
, разгона звена ФОС, разгона ПИ-регулятора. Значения параметров, полученных опытным путем, в соответствующих единицах измерения.
5. Задание №3. Расчет параметров настройки регулятора по характеристикам элементов регулятора и по его кривым разгона. Сравнение результатов расчета и определение среднеарифметических значений. Сравнение кривых разгона регулятора при различных 
.
6. Выводы по результатам работы.
Контрольные вопросы
1. Из каких устройств состоит релейно-импульсный регулятор? Каково назначение этих устройств?
2. Почему в релейно-импульсном регуляторе используется импульсный способ управления исполнительным механизмом?
3. Какова передаточная функция регулятора с идеальным ПИ-законом регулирования? Как связаны входной и выходной сигналы регулятора?
4. Как по кривой разгона звена обратной связи определить параметры 
, 
, .
5. Как по кривой разгона ПИ-регулятора определить параметры регулятора 
и ?
6. Как влияет на величину скорость нарастания напряжения обратной связи?
7. Как влияет на величину скорость ИМ?
8. Объясните графики изменения 
, Z, 
, µ в процессе работы ПИ-регулятора при ступенчатом воздействии.
9. Как изменяются указанные графики и как изменяются параметры настройки, если:
а) возрастает 
| б) возрастает
| в) увеличивается 
|
| г) возрастает
| д) уменьшается
| е) уменьшается 
|
10. Как по параметрам ФОС и ИМ определить параметры настройки регулятора?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5
ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОСТЕЙШИХ ЗВЕНЬЕВ И ИХ ТИПОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
ЗАДАНИЕ №1. АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И-, А-, РД-ЗВЕНЬЕВ
1.1. Интегрирующее звено
1. Набрать на рабочей панели стенда схему (рис.1).
Рисунок 1 – Схема для исследования переходных процессов в простейших звеньях (на примере И-звена)
Сначала на установке соединяются проводом 
и V ( так измеряют входное напряжение), а потом, вытащив провод из разъёмов, собирают оставшуюся схему, т.е. без соединения и V напрямую и измеряют выходное напряжение.
2. Установить ручку постоянной интегрирования 
и тумблер масштаба в соответствии с табл.1 (вариант задается преподавателем).
3. Переключателем «Делитель напряжения» на панели МН-7 установить значение входного сигнала 
В; записать значение по показателям вольтметра.
4. Включить индикатор И-6 и произвести его предварительную настройку.
5. Включить сигнал (тумблером 
» вверх), нажатием кнопки «Пуск» (на МН-7) включить переключатель МН-7 в работу и записать по вольтметру ряд значений кривой разгона (4-6 значений с интервалом 1с). Для регистрации напряжений выходного сигнала нужно периодически останавливать процесс с помощью кнопки «Останов». Нажав кнопку «Пуск», дождитесь, пока загорится лампочка над ней. Именно с этого момента прибор начинает работу. Если сразу после загорания лампочки вы нажмете «Останов» и, держа зажатой эту кнопку, дождитесь, пока погаснет лампочка, то прибор будет работать ровно одну секунду. Для снятия следующего значения следует снова нажать «Пуск».
Опят обязательно заканчивается, если значение выходного сигнала достигает величины 80 В ( при этом следует нажать кнопку «Исходное полодение» на панели МН-7).
Результаты эксперимента следует представить в виде табл. 2 ( в тетрадке черновых записей) и в виде графика переходной характеристики в отчете по работе.
Таблица 1- Таблица исходных данных
| Вариант |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
И-зваено: значение 
|
| 1.0 | 2 | 0,8 | 1 | 0,7 | 2 |
| А-звено: значение | С | 5 | 3 | 4 | 4 | 6 | 2 |
| РД-звено: Значение | С | 3,5 | 2,35 | 1,5 | 1 | 2 | 3 |
| РД-звено: Значение | В/B | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| П-звено: Значение К |
| 3 | 1 | 4 | 2 | 5 | 1 |
Погрешность табличных значений может достигать 20%.
Таблица 2- результаты эксперимента
| Время t | с | 0 | 1 | 2 | 3 | 4…… | ∞ |
|
| В |
|
|
|
|
|
|
| h(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
| В |
|
|
|
|
|
|
определяется в ходе эксперимента.
Примечание: для И-звена 
.
1.2 Апериодическое звено
1. Схема соединений аналогична рис.1, но вместо И-звена следует подключить А-звено. Установить постоянную времени 
в соответствии с табл.1. Установить 
В; записать значение по вольтметру.
2. Установить «Масштаб У» на индикаторе И-6 так, чтоб смещение луча при подаче на вход индикатора сигнала составляю шесть делений экрана. Установить ручки «Время развертки» так, чтоб максимальное значение диапазона развертки составляло (3÷ 4) 
.
3. Нажать кнопку «Пуск» и проследить характер кривой разгона по экрану индикатора. Повторив процесс, записать по вольтметру ряд значений кривой разгона (записывать 
в течение времени, равном 
с интервалом 1 с, затем снова запустить процесс и записать установившееся значение кривой разгона).
1.3 Реальное дифференцирующее звено
Схема соединений аналогична рис.1, но в ней отсутствует инвертирующее звено, а вместо И-звена содержится РД-звено. Ручку переключателя 
установить в соответствии с табл.1, В , Интеравлы и длительность записей те же , что и в опыте 1.2.
При изучении реакции РД-звена на установке МН-7 следует иметь в виду, что сразу после включения сигнала на выходе РД-звена появляется характерный скачок напряжения 
. Дальнейший же ход реакции РД-звена наблюдается только после нажатия кнопки «Пуск». Таким образом, реакция РД-звена заключается в том, что первоначальный скачок 
затем плавно возвращается в исходное установившееся состояние, и 
1.4 Содержание отчета по заданию №1
На первом листе отчета содержатся:
Работа №5. Динамические характеристики простых звеньев.
Задание №1. Анализ переходных характеристик.
Табличные и реальные значения коэффициентов передаточных функций.
|
| И-звено | А-звено | РД-звено |
| W(p) |
|
|
|
| Табличные см.табл.1) | |
|
|
| Реальные | |
|
|
Приложение к заданию №1
Графики переходных характеристик И-звена (1), А-звена (2), РД-звена (3)
Порядок определения коэффициентов передачи и постоянных времени по переходным функциям простейших звеньев.
1) график для А-звена
2) график для РД-звена
3) график для И-звена
Коэффициенты можно найти при помощи построения касательной (см. описание в лекциях) или же при помощи интерполяции.
ЗАДАНИЕ №2.АНАЛИЗ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК А- И И-ЗВЕНЬЕВ
2.1. Экспериментальное определение комплексной частотной характеристики (КХЧ) апериодического звена
1. Собрать схему, как показано на рис.2 (здесь ГСС – генератор синусоидального сигнала). Переключатель постоянной времени 
оставить в том же положении, что и в опыте 1.2.
Рисунок 2 – Схема для определения частотных характеристик
На схема изображены соединения ГГС с V и А-звена с V. Аналогично опыту 1.1. сначала нужно измерить входное напряжение, соединив ГСС и V, а потом, убрав это соединение, собрать схему.
2. Включить Г6-26. Установить потенциометр «Амплитуда сигнала» на панели генератора Г6-26 в положение 
В, переключатель «Множитель частоты» и потенциометр «Частота» в положение 
, соответствующее 
. – ближайшее значение к величине T (см.табл.3, строка 1). Опыт проводится по реальным значениям К и Т, полученным ранее.
3. Включить на панели индикатора И-6 тумблер «Коммутатор», нажать на кнопку «Пуск» МН-7 и записать: а) действительное значение амплитуда 
(определяется по вольтметру как половина размаха колебаний);
б) действительное значение амплитуды 
(определяется аналогично )
| Рисунок 3 – Порядок определения сдвига фаз |
с точностью до одной десятой деления (удобно использовать ручку «Смещение Х»). Оптимально: 10В на одну клетку.
Для определения угла сдвига фазы между кривыми и 
оценить в делениях экрана расстояние сдвига – n’, как это показано на рис. 3.
Угол сдвига рассчитывается по формуле (см. табл. 3, строка 9).
Таблица 3 – Экспериментальная оценка АЧХ –А (ω) и ФЧХ - φ(ω)
|
|
|
| I | II | II | IV |
| 1 |
| C |
| | | |
| 2 |
| C | (По расчету) | |||
| 3 |
| Гц | (По расчету) | |||
| 4 |
| B | (Из эксперимента по показаниям вольтметра) | |||
| 5 |
| B | (Из эксперимента по показаниям вольтметра) | |||
| 6 | А (ω) |
| ay/ax | |||
| 7 | n | Дел. | (Из эксперимента по отсчету на экране индикатора) | |||
| 8 | n' | Дел. | (Из эксперимента по отсчету на экране индикатора) | |||
| 9 | φ(ω) | гр | - 180 n'ln | |||
| 10 | ω | Р/С | 27π/ | |||
4. Эксперимент повторить для других значений 
.
2.2. Расчёт комплексной частотной характеристики А-звена
КЧХ апериодического звена записывается в виде
Расчет проводится в соответствии с табл.4. Значения коэффициентов 
и 
принять по реальным данным опыта 1.2.
Таблица 4 – Расчет комплексной частотной характеристики А-звена
| 1 | 
| 0.00 | 0.263 | 0.577 | 1.00 | 1.73 | 
|
| 2 | 
| ||||||
| 3 | 
| ||||||
| 4 | 
| ||||||
| 5 | 
|
2.3. Расчет комплексных частотных характеристик И-звена
Таким образом, 
; 
.
Расчет ведется в соответствии с табл.5, параметр 
. Принять по реальным данным опыта 1.1.
Таблица 5 – Расчет комплексных частотных характеристик И-звена
| 0,00 | 0,263 | 0,577 | 1,00 | 1,73 | |
|
| 0 |
2.4. Содержание отчета по заданию № 2
На втором листе отчета содержатся:
1. Задание.
2. Расчетные и экспериментальные графики КЧХ для А-звена (два на одном графике) и расчетный график КЧХ И-звена.
Литература: [1. С. 23-61]
ЗАДАНИЕ №3. АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТИПОВЫХ
СОЕДИНЕНИЙ
3.1. Последовательное соединение трех А-звеньев (объект)
1. Составить схему для снятия кривых разгона трех последовательно включенных А-звеньев (по образцу схемы на рис.1) и набрать ее на выносной панели стенда. Для всех трех звеньев установить одинаковое положение ручек переключателей 
(см. табл.1, принять тот же вариант, что и в здании №1).
2. Установить переключателями «Делитель напряжения» значение входного сигнала 
В; записать значение установленного сигнала.
3. Включить индикатор И-6 и произвести его предварительную настройку. Установить «Масштаб У» так, чтобы смещение луча при подаче на вход «1» индикатора 
составляло шесть делений экрана. Установить ручки настройки «Время развертки» так, чтобы максимальное значение диапазона развертки превышало 
.
4. Нажать кнопку «Пуск» и проследить характер кривой разгона по экрану индикатора (при необходимости скорректировать время развертки). Повторив опят, записать по вольтметру ряд значений кривой разгона (значение записывать в течение 
): в течение после нажатия кнопки «Пуск» через каждую секунду, далее – через две, а затем – через четыре секунды. Записи оформить в виде таблицы 2. Обязательно записать установивщееся значение 
.
3.2. Параллельное соединение пропорционального и интегрирующего звена (ПИ-звено)
1. Схема набора звеньев приведена на рис.4. Положение ручки переключателей 1/ 
и К для И- и П-звеньев принять в соответствии с табл.1. Установить значение входа 
В 
Рисунок 4 – схема набора звеньев
2. Экспериментально (по кривой разгона)определить перехадную характеристику соединения. Для этого записать 4-6 значений кривой разгона (с интервалом в 1 с). Опят следует обязательно закончить, если значение выходного сигнала достигнет величины 80 В (нажать кнопку «Исходное положение»).
При изучении реакции ПИ-звена на установке МН-7 следует иметь в виду, что сразу после включения сигнала на выходе звена появляется характерный скачок напряжения 
. Дальнейший выход реакции ПИ-звена наблюдается после нажатия кнопки «Пуск». Таким образом, реакция ПИ-звена состоит из первоначального скачка и дальнейшего линейного изменения 
.
3.3. Встречно-параллельное соединение А- и И-звеньев
(колебательное звено)
1. Схема соединения представлена на рис.5. Положение ручек переключателей 1/ 
и принять по табл.1, B. Помните, что на А-звено с и инвертирующего звена сигналы подаются на 
и 
, а не н аодин вход.
2. Определить экспериментально (по кривым разгона) переходные характеристики соединения:
а) по каналу 
;
б) по каналу 
.
В опытах А, и Б значение кривой разгона следует записывать до тех пор, пока не будут зафиксированы два положительных максимума колебаний выходного сигнала (для лучшего планирования эксперимента, вначале нужно проследить характер кривой разгона по экрану индикатора, оценить длительность опыта и интервал записи значений).
В конце опыта обязательно записать установившееся значение 
а
б
Рисунок 5 – Схемы встречного (а)и параллельного (б) соединения А- и И-звеньев (с отрицательной ОС)
3. В схеме на рис. 5.а изменить знак обратной связи (выход 
подать прямо на вход А-звена, минуя инвертер «-1»). Установить В; определить переходную характеристику соединения. Опыт заканчивается обязательно при достижении на выходе значения, равного 100 В.
3.4. Содержание отчета по заданию № 3
На третьем, четвертом и пятом листах отчета содержатся:
Материалы отчета по каждому типу соединения приводятся на отдельном листе. Для каждого типа соединений в отчете приводятся.
1. Название и структурная схема соединения.
2. График переходных характеристик.
3. Числовые значения параметров переходных характеристик 
, 
, К, 1/ 
, 
.
Примечание: 
.
При выполнении пункта 2 необходимо:
А) для опыта 3.1 представить на графике h(t) также переходную характеристику А-звена (по данным опыта 1.2.);
Б) для опыта 3.2 на графике h(t) представить также переходную характеристику И-звена;
В) для опыта 3.3 все переходные характеристики представить на одном графике.
ЗАДАНИЕ №4. АНАЛИЗ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ ТРЕХ А-ЗВЕНЬЕВ (ОБЪЕКТА)
4.1. Расчет КЧХ соединения трех А-звеньев
При одинаковых расчет проводится по формулам:
- 
;
- 
;
Где 
– модуль КЧХ трех А-звеньев при единичных коэффициентах передачи ( 
);
- 
.
Расчет выполняется с помощью табл.6.
Таблица 6 – Таблица расчета КЧХ трех последовательно включенных звеньев
| 1 | 
| ||||||
| 2 | 
| 1,00 | 0,97 | 0,87 | 0,71 | 0,50 | 0,00 |
| 3 | 
| 0,00 | -15 | -30 | -45 | -60 | -90 |
| 4 | 
| ||||||
| 5 | 
| ||||||
| 6 | 
|
| |||||
из опыта 1.2
Значения , и взять из табл.4: 2, 3 и 4 строки соответственно.
4.2. Содержание отчета по заданию №4
На шестом листе отчёта содержатся:
1) Задание.
2) Формула для расчёта КЧХ трех А-звеньев.
График КЧХ для трех последовательно включенных А-звеньев (в масштабе 1 ед. - 100 мм; начало координат в середине листа; модуль КЧХ по данным строки 6 табл.6.)
Литература: [1, С. 72-76].
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
УСТРОЙЧИВОСТЬ И ДИНАМИКА ЗАМКНУТЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ
СТИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ (АСР)
ЗАДАНИЕ №1. АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ЗАМКНУТОЙ АСР
(ПО КЧХ РАЗОМКНУТОГО КОНТУРА)
1.1. Расчет параметров настройки одноконтурной АСР С П-регулятором
(рис. 6)
Рисунок 6 – Схема замкнутой АСР с П-регулятором
Для всех схем 
– это три последовательно связанных А-звена.
.
1. Определение критического значения 
.
АСР на границе устойчивости. КЧХ разомкнутого контура проходит через точку – (-1, 
).
Поскольку
,
То при 
.
Следовательно, можно воспользоваться построенным ранее графиком 
по данным табл.6 (работа №5).
Определить значение модуля КЧХ разомкнутой системы 
в точке ее пересечения с действительной отрицательной полуосью графика и рассчитать значение , при котором этот модуль будет равным 1, и КЧХ разомкнутого контура пройдет через точку (-1, 
.
.
Найденное значение 
должно примерно соответствовать
.
2. Определение рабочего значения 
.
АСР с заданным запасом устойчивости; 
;
КЧХ разомкнутого контура касается окружности радиуса r, проведенной из центра в точку (-1, .
В данном случае, значение можно определить из соотношения
.
1.2. Расчет параметров настройки АСР с И-регулятором
1. Определение критического значения 
.
КЧХ разомкнутого контура АСР с И-регулятором запишется как
.
Для удобства графических построений целесообразно представить КЧХ разомкнутого контура как
.
а) Рассчитать и построить график КЧХ разомкнутого контура при
=1.
.
Расчет КЧХ проводится в соответствии с табл.7.
Таблица 7 – Расчет КЧХ
| 0,00 | 0,263 | 0,577 | 1,00 | ∞ |
|
| По данным табл.6 работа №5 строка 1 | ||||
| По данным табл.6 работа №5 строка 6 | ||||
| По данным табл.6 работа №5 строка 5 | ||||
|
| ||||
|
| ||||
б) Определить критическое значение , при котором КЧХ разомкнутого контура проходит через точку -1, .
, 
.
Значение 
рассчитываем по данным табл.7 при
, затем определяем значение 
. Найденное значение должно примерно соответствовать отношению:
.
2. Определение рабочего значения 
можно определить из соотношения:
.
1.3. Содержание отчёта по заданию №1
На первом листе отчёта содержатся:
1. Задание.
2. Структурные схемы АСР в упрощенном виде.
3. Построить графики КЧХ разомкнутого контура с И-регулятором.
4. Расчетные значения , 
, , 
.
ЗАДАНИЕ №2. ИЗУЧЕНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В АСР С П- И И-РЕГУЛЯТОРАМИ
2.1. Анализ, переходных процессов в АСР с А-регулятором
1. Собрать на панели стенда модель замкнутой системы вида рис.6.
Установить ручку по табл.1 (тот же вариант, что и в работе №5). Установить сигнал В; подать этот сигнал на вход λ.
Установить значение 
с точностью до десятых долей.
2. Включить индикатор и осуществить его предварительную настройку. Установить «Масштаб У» так чтобы смещение луча при подаче на вход индикатора составляло шесть делений экрана. Установить ручки настройки «Время развертки» так, чтобы время развертки составляло примерно 10 .
3. Нажать кнопку «Пуск» и проследить характер процесса на экране индикатора.
4. Повторив эксперимент, записать по показаниям вольтметра ряд значений переходного процесса. Записать установившееся значение 
(∞). Необходимо зафиксировать два положительных максимума колебаний процесса. Ориентировочная длительность процесса до прохождения второго максимума 
.
5. Повторить опыты для значений , равных , 
. Средний уровень колебаний должен быть равен 
.
2.2. Анализ переходных процессов в системе с И-регулятором
1. Заменить в модели АСР П-регулятор (рис.7). Установить рабочее значение настройки И-регулятора с точностью до сотых долей, В. Повторив пункты 2, 3 из опыта 2.1, записать ряд значений переходного процесса (ориентировочная длительность процесса составляет 20 ).
Рисунок 7 – Схема модели АСР с И-регулятором
2. Повторив эксперимент при настойке ( проводится при возмущении 
), зафиксировать переходной процесс АСР с параметрами, близкими с критическими.
2.3. Содержание отчета по заданию № 2
На втором и третьем листах отчета содержатся:
1. Задание.
2. Графики переходных процессов опыта 2.1, кривой разгона объекта (все на одном рисунке); на нолях рисунка записать передаточную функцию объекта.
3. То же для переходных процессов опыта 2.2.
ЗАДАНИЕ №3. АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В АСР С
ПИ-РЕГУЛЯТОРОМ
3.1. Порядок выполнения опытов
1. Набрать на выносной панели схему модели АСР с Пи-регулятором (рис. 8 без пунктира).
2. Установить параметры настройки регулятора, близкие к оптимальным значениям:
, 
.
Приведенные формулы гарантируют устойчивость по 
и оптимальное качество регулирования только для объектов данного класса.
Рисунок 8 – схема модели АСР с ПИ-регулятором
3. Зафиксировать переходные процессы У(t) при ступенчатом возмущении 
для следующих значений параметров настойки:
а) 
, 
;
б) 0,7 , 0,7 ;
в)1,3 , 1,3 .
Полная фиксация переходных процессов проводится только для случаев
«а», «б»; для случая «в» фиксируются только амплитуды колебаний в течение двух-трех периодов, время периодов.
4. Проследить по осциллографу и зафиксировать вид переходного процесса У(t) при воздействии по заданию 
(см. пунктир на рис.8) при оптимальных параметрах.
3.2 Содержание отчета по заданию №3
На четвертом и пятом листе отчета содержатся:
1. Задание.
2. Графики переходных процессов АСР по данных опыта 3.1 (все четыре на одном рисунке).
3. Плоскость параметров настройки ПИ-регулятора в координатах , 
с указанием оптимальных и критических параметров настройки.
4. Составить и записать словесное заключение о различии переходных процессов У(t) при возмущении 
и U.
8. Рекомендуемая литература
1. Тепловые и атомные электростанции: Справочник/ Под общ. Ред. Клименко А.В. – 3-е изд., перераб. и доп.-М.:МЭИ, 2003г.
2. Плетнев Г.П. Автоматизированные системы управления объектами тепловых элекростанций. М.: МЭИ, 1995.
3. Плетнев Г.П. Проектирование, монтаж и эксплуатация автоматизированных систем управления теплоэнергетическими процессами М.: МЭИ, 1995.
СОДЕРЖАНИЕ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ПЕЧИ С РЕГУЛЯТОРОМ МЗТА ТИПА Р25.3.2…………………………….…
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ
НАСТРОЙКИ ПИ-РЕГУЛЯТОРА……………………………………………...
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ РЕЛЕЙНО-ИМПУЛЬСНОГО
РЕГУЛЯТОРА………………………………………………………………...…
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5 ДИНАМИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОСТЕЙШИХ ЗВЕНЬЕВ
И ТИПОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ…………………………………………………
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6 УСТОЙЧИВОСТЬ
И ДИНАМИКА ЗАМКНУТЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ
СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ………………………………………………….
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА………………………………………..
Учебно-методическое издание
Бобылев Михаил Георгиевич
Методические указания к лабораторным работам №1, 2, 3, 4, 5, 6
по курсу “Теплотехнические приборы и измерения”
Технический редактор М.А. Андреев
Корректор Л.И. Чурлина
Темплан издания филиала МЭИ в г.Смоленске, 2018, метод.
Прописано в печать 10.10.2018 г.
Формат 60×84 
. Тираж 50 экз. Печ.л. 2,25. Усл. печ. л. 2,1.
Издательский сектор филиала МЭИ в г. Смоленске,
214013 г.Смоленск, Энергетический проезд, 1.
Дата добавления: 2021-11-30; просмотров: 56; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!