Изучение возможности лабораторного стенда, в котором передаточные функции исследуемых звеньев собраны на операционных усилителях и RC элементах

1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ИЗУЧЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

1.1 Цель работы

Изучить возможности  лабораторного стенда и порядок работы с ним.

1.2 Краткие теоретические сведения

Лабораторный практикум по курсу ТАУ включает работы по изучению и исследованию линейных и нелинейных систем автоматического управления (САУ), а также линейных импульсных и цифровых систем. САУ состоит из типовых динамических звеньев. В ТАУ динамические звенья рассматривают независимо от физической природы, т.е. динамическое звено - это устройство любого физического вида и конструктивного оформления, описываемое определенным дифференциальным уравнением (передаточной функцией).

Лабораторные работы выполняются на лабораторном стенде, в котором передаточные функции исследуемых звеньев собраны на операционных усилителях и RC элементах. Передаточные функции исследуемых звеньев соответствуют реальным объектам. Так, например, апериодическому звену первого порядка соответствует  обмотка возбуждения двигателя постоянного тока, а колебательному звену - сглаживающий LC-фильтр с нагрузкой на выходе.

Внешний вид накладной панели лабораторного стенда по ТАУ приведен на рисунке 1.1.

Для исследования динамических свойств звеньев и систем (определение временных и  частотных характеристик) на вход звеньев (систем) необходимо подавать следующие стандартные сигналы :

- единичное ступенчатое воздействие x(t)=1(t) ;

- единичный импульс (дельта-функция) x(t)=d(t) ;

- гармоническое воздействие x(t)=x_msinwt.

Гнезда для подключения единичной ступенчатой и дельта-функций расположены в левом верхнем углу панели стенда и обозначены соответственно 1(t) и d(t).

Гармонический сигнал получают при подключении к гнезду Е_Г, расположенному в левом нижнем углу панели стенда. Стенд позволяет плавно регулировать величину напряжения посредством ручки «Е_Г», расположенной справа на нижнем блоке стенда.

В верхнем блоке стенда установлены:

- переключатель лабораторных работ «номер работы»;

- переключатель ступенчатого изменения частоты «кГц»;

- ручка плавного изменения частоты «f»  ;

- переключатель измерительных цепей (для подключения входов осциллографа и коммутатора к измерительным гнездам);

- переключатель передаточных функций звеньев (с кнопками «S1…S5»);

- гнёзда для подключения к измеряемым цепям (входы осциллографа - I и II,  вольтметра - U).

Измерения производятся при помощи универсального двухканального осциллографа С1-93 и вольтметра В7-35.

При необходимости синхронизации исследуемого сигнала рекомендуется пользоваться синхронизирующим импульсом, подключив вход внешнего запуска осциллографа к гнезду «синхр», расположенному в левом нижнем углу панели стенда.

В лабораторный стенд встроен функциональный измеритель ИФ, позволяющий измерить частоту исследуемого напряжения,  а также сдвиг фаз между входным и выходным сигналами.

Для измерения частоты на гнездо «Вх» функционального измерителя подается исследуемый гармонический сигнал, а к гнезду f подключается вольтметр постоянного напряжения. Измерение частоты осуществляется в масштабе 1 Гц/мВ в диапазоне от 40Гц до 2000Гц, что соответствует показаниям вольтметра от 40 мВ до 2000 мВ.

Для измерения сдвига фаз на гнездо «Вх» ИФ подают входной сигнал, а на гнездо «Вых» - выходной. Сдвиг фаз определяют по показаниям вольтметра постоянного напряжения, подключаемого к гнезду j , исходя из масштаба 1градус сдвига на 10 мВ показаний милливольтметра.

Электрические схемы и параметры звеньев, изучаемых в лабораторном практикуме по ТАУ, приведены в таблицах 1.1 и 1.2.

1.3 Методические указания к выполнению работы

1.3.1 Нажать кнопку «4,5,6» переключателя лабораторных работ.

1.3.2 Нажать кнопку «I-II»  переключателя измерительных цепей.

1.3.3 Снять осциллограмму единичной ступенчатой функции, путём подключения одного из входов осциллографа к гнезду 1(t).

1.3.4 Снять осциллограмму единичного импульса (дельта-функции), путём подключения одного из входов осциллографа к гнезду d(t).

1.3.5 Снять осциллограмму гармонического сигнала, подключив один из входов осциллографа к гнезду Е_г . Определить диапазон регулирования частоты сигнала и его величины. Измерения частоты произвести с помощью осциллографа и функционального измерителя, а измерение величины напряжения - с помощью осциллографа и вольтметра, результаты занести в таблицу 1.3.

1.3.6 Определить  сдвиг фаз между входным и выходным сигналами при подаче на вход звена Н₄(р) (гнездо Х5) гармонического сигнала напряжением U=2,5 В и снятии с выхода звена (гнездо X6). Сдвиг фаз определяется при измерении с помощью осциллографа и функционального измерителя для частот 100 Гц и 150 Гц, результаты измерений занести в таблицу 1.3.

При измерении сдвига фаз осциллографом на его первый канал подаётся входной сигнал, а на второй - выходной. Одновременно переключателем полярности второго канала добиваются, чтобы наблюдаемые по обоим каналам сигналы были одного знака (используя для этого в качестве входного сигнала, например, ступенчатую функцию). Функциональным измерителем измеряется текущее значение фазового угла , а величина фазового сдвига =180⁰ - .

1.3.7 Изучить и начертить схемы и записать параметры звеньев Н₁(р), Н₂(р), Н₃(р), Н₄(р), Н₆(р), Н₇(р), Н₈(р), H₉(p), пользуясь таблицами 1.1 и 1.2.

Таблица 1.3

	Umin, В	Umax,  В	fmin, Гц	fmax, Гц	100, град.	150, град.
Осциллограф
Вольтметр			-	-	-	-
ИФ	-	-

1.4 Обработка результатов

1.4.1 Определить параметры ступенчатой функции (уровень), результат занести в таблицу 1.4.

1.4.2 Определить параметры единичного импульса (уровень, длительность и период), результаты занести в таблицу 1.4.

1.4.3 Сравнить и оценить данные измерений по п. 1.3.5 частоты и величины напряжения, полученные с помощью осциллографа, функционального измерителя и вольтметра.

1.4.4 Сравнить данные измерений по п. 1.3.6 сдвига фаз, полученные с помощью осциллографа и функционального измерителя.

Таблица 1.4

Параметры ступенчатой функции	Параметры импульсной функции
Uс, В	Uи, В	Ти, с	Т, с

Таблица 1.1 -Передаточные функции исследуемых звеньев

Контрольные точки		Передаточная функция звеньев		Параметры звеньев
Вход	Выход
X1	X2			T1=R2C1 R2=22 кОм, С1=0,047 мкФ
X2	X3			T2=R2C1    R2=22кОм C1=0,047мкФ
X3	X4			T3=R1C1 R1=5,6кОм C1=0,1мкФ
X5	X6			T4= R6C1,Т5=R7C2 R6=R7=20кОм C1=С2=0,047мкФ x= R2=2кОм R4=5,6кОм
X7	X8
X9,Х10	X11	ПИ S1-разомкнут S2-разомкнут		T6=КрR2C2 T7=R2C2 T8=(R1+R2)C1 T9=R1C1 Кр=(R4+DR5) / R2 R1=2кОм R2=R4=22кОм C1=C2=0,047мкФ
		ПД S1-замкнут S2-замкнут
		ПИД S1-замкнут S2-разомкнут
		П S1-разомкнут S2-замкнут	H9= Кр

Таблица 1.2 – Электрические схемы исследуемых звеньев

Н1(р)
Н2(р)
Н3(р)
Н4(р), Н5(р)
Н6(р), Н7(р), Н8(р), Н9(р)