Изучение и исследование характеристик аналоговых регуляторов

Страницы работы

Содержание работы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.О.СУХОГО

Факультет автоматизированных и информационных систем

Кафедра «Автоматизированный электропривод»

Лабораторная работа № 1

по дисциплине: «Элементы в автоматизированном электроприводе»

на тему: «Аналоговые регуляторы»

                                                          Исполнитель:    студент гр. ЭП-41                                                                                                            

                                                                                     Швецов Е.В.

                                                          Руководитель: преподаватель

                                                                           Брель В.В.

Гомель 2012

Цель работы: изучение и исследование характеристик аналоговых регуляторов.

Краткие теоретические сведения

Системы автоматизированного регулирования (САР), применяемые в промышленных установках, должны обеспечить значения самых различных величин с заданной точностью. Основным элементом, позволяющим выполнить указанную функцию, является регулятор. Его реализуют в соответствии с математическими операциями преобразования управляющего сигнала. К типовым видам преобразования относятся: пропорциональное – П; пропорционально-интегральное – ПИ; пропорционально-интегро-дифференциальное – ПИД и ряд других.

Основу аналогового регулятора составляет операционный усилитель (ОУ). Интегральные ОУ, применяемые в промышленной электронике, обладают следующими характеристиками:

- диф. коэф. усиления в разомкнутом состоянии              

- входное сопротивление                                                 кОм

- выходное сопротивление                                              кОм

- сопротивление нагрузки                                              кОм

- полоса пропускания                                                     МГц

- напряжение питания                       Un = ± 15  В (± 12,5 В).

Для построения регуляторов чаще используют схемы включения ОУ с инверсным входом, представленным на рис.1.1 и имеющие передаточные функции:

для схемы на рис.1.1а

                                 (1)

для схемы на рис.1.1б

              (2)

Используя комплексные активно-емкостные сопротивления в обратной связи (Zос) и в потенциометре (Z1, Z2), можно получить регуляторы с разными передаточными функциями.

В САР с постоянными параметрами и структурой П, ПИ и реже ПИД-регуляторы выполняются по схеме на рис.1.1а.

Для облегчения настройки регулятора в конкретной системе и для повышения помехозащищенности (для ПИД и ПД) используют схему на рис.1б. Следует иметь ввиду, что для уменьшения искажений передаточной функции (2) необходимо выполнение следующего условия в полосе пропускания

.

Если в процессе работы меняются параметры объекта регулирования САР, то применяют адаптивные (приспосабливающиеся) регуляторы с изменяемой структурой.

Один из вариантов такого регулятора представлен на рис.2. При отсутствии сигнала Uупр управляемый ключ S интегрального исполнения замкнут и передаточная функция соответствует П-регулятору. С подачей сигнала ключ размыкается, в цепь обратной связи ОУ вводится емкость и схема соответствует ПИ-регулятору.

Порядок выполнения работы.

1. Определим передаточную функцию данного регулятора (интегрирующий регулятор с форсированием):

R0 = 100 кОм

C0 = 0,1 мкФ

Rвх = 20 кОм

 

Рис. 1.3. Интегрирующий регулятор с форсированием

 (изодромное звено)

Передаточная функция регулятора:

где  Т1 – постоянная времени:

       Т2 – постоянная времени

2. Определим передаточные функции адаптивного регулятора, собранного схеме:

Rвх1 = 22 кОм

Cвх = 0,047 мкФ

Rос = 220 кОм

Cос = 0,47 мкФ

 

Рис. 1.4. Адаптивный регулятор

а) ключ DA3.1 разомкнут:

где                    

б) ключ DA3.1 замкнут:

3. Соберем схему интегрирующий регулятор с форсированием (рис. 1.3) и проведем ее исследование:

  а) снимем и построим амплитудно – частотную характеристику

данные сведем в таблицу1.1:

Таблица 1.1

f, Гц

Uвх, В

Uвых, В

A = Uвх/Uвых

20∙lgА

0,1

0,25

0,5

1

2

5

10

50

100

200

500

1000

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

11

4,6

2,7

1,5

1,125

0,95

1

1,05

1

0,95

0,95

1

55

23

13,5

7,5

5,625

4,75

5

5,25

5

4,75

4,75

5

34,8

27,23

22,6

17,5

15

13,5

14

14,4

14

13,5

13,5

13,5

По данным эксперимента построим амлитудно – частотную характеристику (рис. 1.5):

Рис.1.5. Амлитудно – частотная характеристика интегрирующего регулятора с форсированием

Снимем переходную характеристику интегрирующего регулятора с форсированием (рис. 1.6):

Рис. 1.6. Переходная характеристика интегрирующего регулятора с форсированием

4. Соберем схему адаптивного регулятора, снимем и построим его амплитудно – частотные характеристики с замкнутым и разомкнутым ключом DA3.1.    Данные сведем в таблицу1.2:

Таблица 1.2

f, Гц

S1 включен

S1 выключен

Uвх, В

Uвых, В

Uвх, В

Uвых, В

1

1

4,8

1

5

2

1

3

1

5,4

5

1

1,5

1

5,2

8

1

1

-

-

10

1

0,75

1

5,2

50

1

0,16

1

5,2

100

1

0,08

1

5,2

200

1

0,03

1

5,2

300

1

0,018

1

3,8

400

1

0,012

1

3,2

500

1

0,008

1

2,8

700

1

0,005

1

2,1

750

1

0,004

1

2

800

1

0,0035

1

2

100

1

0,0025

1

1,8

1450

-

-

1

1

2000

-

-

1

0,75

3000

-

-

1

0,5

Рассчитаем A = F(ω):

f, Гц

A, при S1 включен

A, при S1 выключен

1

4,8

5,2

2

3

5,2

5

1,5

5,2

8

1

-

10

0,75

5,2

50

0,16

5,2

100

0,08

5,2

200

0,03

5,2

300

0,018

3,8

400

0,012

3,2

500

0,008

2,8

700

0,005

2,1

750

0,004

2

800

0,0035

2

1000

0,0025

1,8

1450

-

1

2000

-

5

3000

-

5,4

По данным эксперимента построим амлитудно – частотные характеристики:

Рис.1.7. Амлитудно – частотная характеристика адаптивного регулятора (S1 включен).

Рис.1.8. Амлитудно – частотная характеристика адаптивного регулятора (S1 выключен).

Переходные характеристики:

Рис.1.9. Переходные характеристики адаптивного регулятора:  

 1 – S1 включен, 2 – S1 выключен

Вывод: В результате выполнения данной лабораторной работы изучил схемы интегрирующего регулятора с форсированием и адаптивного регулятора, а также исследовал их характеристики. При исследовании АЧХ (рис. 1.5) интегрирующего регулятора с форсированием, определил, что интегрирование входного сигнала происходит при малых частотах (в исследуемой схеме примерно от 0,1 до 3 Гц), далее выходной сигнал от частоты входного не зависит. 

Похожие материалы

Информация о работе