ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3. Исследование статических характеристик автоматических систем регулирования
Целью работы является:
1.определение для заданных АСР по отклонению регулируемой величины и АСР по возмущающему воздействию их передаточных функций, динамических и статических характеристик;
2.определение структуры и параметров регуляторов АСР, обеспечивающих заданное качество регулирования;
3.составление схем аналоговых моделей заданных АСР с определением их параметров;
4. экспериментальное исследование заданных АСР.
Домашняя подготовка и составление предварительного отчета
1. Изучить рекомендуемую литературу [1,с.179–189].
2. Задания по вариантам
2.1. Задание по варианту 1 (рис.3.1, а,б,в).
1) Исследовать АСР по возмущающему воздействию Хвв,1 с параметрами звеньев, соответствующими заданному варианту (табл.3).
2) Исследовать АСР, дополненную регулятором 2 (звено 1) по отклонению регулируемой величины.
3) Второе звено (исполнительное устройство) АСР заменено интегрирующим с передаточной функцией W(p) = 1/(T2p). Какие свойства приобрела исследуемая АСР?
4) В схеме АСР удалить регулятор по возмущению. Оценить качество регулирования этой системы по сравнению с качеством регулирования комбинированной системы (с двумя регуляторами).
2.2. Задание по варианту 2 (рис.3.2, а,б,в).
1) Для заданного варианта АСР найти, чему должен быть равен коэффициент передачи k1 первого звена (регулятор 2), чтобы коэффициент статизма kс по воздействию Хвв,1 был равен заданному в табл. 3. Проверить устойчивость такой АСР (по Гурвицу).
Таблица 3
| № варианта и рисунка | Параметры звеньев | |||||||||
| k1 | T1, с | k2 | T2, с | k3 | T3, с | kc | ky | kвв 1 | ||
| 3.1,а | 0,5 | ? | ||||||||
| 3.1,б | 0,6 | ? | - | |||||||
| 3.1,в | 0,3 | 1,5 | 1,1 | ? | - | - | ||||
| 3.2,а | ? | 0,8 | 1,1 | 0,05 | - | - | ||||
| 3.2,б | ? | 0,9 | 1,5 | 1,2 | 0,06 | - | - | |||
| 3.2,в | ? | 0,07 | - | - | ||||||
| 3.1,а | 0,5 | ? | 1,1 | |||||||
| 3.1,б | 0,6 | 1,1 | ? | - | ||||||
| 3.1,в | 0,2 | 1,1 | ? | - | - | |||||
| 3.2,а | ? | 0,8 | 1,5 | 1,2 | 0,08 | - | - | |||
| 3.2,б | ? | 0,9 | 0,09 | - | - | |||||
| 3.2,в | ? | 1,5 | 0,1 | - | - | |||||
| 3.1,а | 0,5 | 1,1 | ? | 1,2 | ||||||
| 3.1,б | 0,3 | 1,1 | ? | - | ||||||
| 3.1,в | 0,7 | 1,2 | ? | - | - | |||||
| 3.2,а | ? | 0,8 | 0,05 | - | - | |||||
| 3.2,б | ? | 0,9 | 1,5 | 0,06 | - | - | ||||
| 3.2,в | ? | 1,1 | 0,07 | - | - | |||||
| 3.1,а | 0,5 | 1,5 | 1,1 | ? | 1,3 | |||||
| 3.1,б | 0,6 | 1,2 | ? | - | ||||||
| 3.1,в | 0,2 | ? | - | - | ||||||
| 3.2,а | ? | 0,8 | 0,09 | - | - | |||||
| 3.2,б | ? | 0,9 | 1,1 | 0,1 | - | - | ||||
| 3.2,в | ? | 1,5 | 1,1 | 0,08 | - | - | ||||
| 3.1,а | 0,5 | 1,2 | ? | 1,4 | ||||||
| 3.1,б | 0,6 | 1,5 | ? | - | ||||||
| 3.1,в | 0,8 | ? | - | - | ||||||
| 3.2,а | ? | 0,9 | 1,1 | 0,06 | - | - | ||||
| 3.2,б | ? | 1,1 | 0,07 | - | - | |||||
| 3.2,в | ? | 0,5 | 1,5 | 1,2 | 0,08 | - | - |
Рис.3.1. Варианты исследуемых АСР
2) Исследовать АСР по отклонению с параметрами звеньев, соответствующими заданному варианту (табл.3).
3) Второе звено АСР заменено интегрирующим с передаточной функцией W(p) = 1/(T2p). Какие свойства приобрела исследуемая АСР?
4) Исходная АСР дополнена регулятором 1 по возмущающему воздействию Хвв.1. Записать, какие новые свойства приобрела АСР.
Указания.
Вариант 1.1) Найти передаточные функции и коэффициенты передачи на выход объекта воздействий Хпред, Хвв.1, Хвв.2. Записать выражения для установившихся отклонений выходной величины при наличии постоянных возмущающих воздействий Хвв.1, Хвв.2, Хвв.1 и Хвв.2 одновременно. Нарисовать, как изменяется во времени выходная величина ΔХвых (t) при указанных скачкообразных воздействиях.
Рис.3.2. Варианты исследуемых АСР
Найти передаточную функцию Wрег(р) регулятора 1 по воздействию Хвв.1, полностью устраняющего отклонение ΔХвых под влиянием воздействия Хвв.1 как в установившемся, так и в переходных режимах. Определить передаточную функцию аналогичного регулятора, но устраняющего влияние воздействия Хвв.1 только в установившихся режимах. Указать, какой является АСР – замкнутой или разомкнутой, и почему. Начертить схемы обоих регуляторов. Для каждого из регуляторов нарисовать, как изменяется во времени выходная величина ΔХвых(t) под влиянием скачкообразных воздействий Хвв.1 и Хвв.2 (воздействия подаются поочередно).
2) Замкнуть главную обратную связь и записать выражения передаточных функций и коэффициентов передачи по воздействиям Хпред, Хвв.1, Хвв.2 и выражения для установившихся отклонений выходной величины от предписанного значения при постоянных по значению возмущающих воздействиях Хпред, Хвв.1 и Хвв.2, поданных одновременно. Сравнить эти выражения с записанными для разомкнутой АСР и сделать вывод об эффекте регулирования.
3) Записать выражения передаточных функций и коэффициентов передачи такой замкнутой АСР для воздействий Хпред, Хвв.1, Хвв.2 и определить, статична или астатична АСР относительно этих воздействий, а также устойчива ли она.
4). Определить, каковы коэффициенты передачи на выход объекта воздействий Хвв.1 и Хвв.2
Вариант 2.1) Записать выражение для определения коэффициента статизма kс и по нему определить значение коэффициента передачи k1, необходимое для получения заданного значения kс.
2) При разомкнутой главной обратной связи найти передаточные функции и коэффициенты передачи на выход объекта воздействий Хпред, Хвв.1, Хвв.2. Записать выражения для установившихся отклонений выходной величины при наличии постоянных по значению возмущающих воздействий Хвв.1, Хвв.2, Хвв.1 и Хвв.2 одновременно. Нарисовать, как изменяется во времени выходная величина Хвых(t) при указанных скачкообразных воздействиях.
Замкнуть главную обратную связь и записать выражения передаточных функций и коэффициентов передачи АСР по воздействиям Хпред, Хвв.1, Хвв.2 и выражения для установившихся отклонений выходной величины от предписанного значения при постоянных по значению воздействиях Хпред, Хвв.1 и Хвв.2, поданных одновременно. Сравнить эти выражения с аналогичными для разомкнутой АСР и сделать вывод об эффекте регулирования. Показать вид внешних характеристик разомкнутой и замкнутой АСР в зависимости от указанных воздействий.
Ответить, допустимо или нет и почему в целях повышения точности регулирования неограниченно увеличивать коэффициент передачи Краз этой АСР. Показать изменение условий устойчивости АСР при возрастании Краз..
3) Записать выражения передаточных функций и коэффициентов передачи такой замкнутой АСР для воздействий Хпред, Хвв.1, Хвв.2 и определить, статична или астатична АСР относительно этих воздействий, а также устойчива ли она.
4) Исходная АСР по отклонению регулируемой величины дополнена регулятором 1, устраняющим влияние воздействия Хвв.1 только в установившихся режимах. Ответить письменно, какие новые свойства приобрела АСР, какова здесь роль регуляторов по отклонению (регулятор 2) и по возмущению (регулятор 1) и статична или астатична АСР относительно воздействий Хпред, Хвв.1, Хвв.2.
Работа в лаборатории
По заданной программе провести экспериментальное исследование влияния регуляторов по возмущению и отклонению на процесс регулирования в заданной АСР.
Указания.
Собрать схему исследуемой АСР. Для этого источник единичного скачка (ИЕС) подключить на вход исследуемого АСР, один вход осциллографа – к выходу ИЕС, а второй – на выход АСР.
Внешние характеристики АСР Хвых.уст=f(Хвв) строить по двум точкам Хвв =0 и Хвв = 4В.
Возмущающие воздействия подавать после окончания переходного процесса установления предписанного значения.
Вариант1.
1. Для разомкнутой АСР при отсутствии внешних воздействий установить (изменением Хпред) на выходе схемы номинальное напряжение +8 В.
2. Задать поочередно скачком воздействия Хвв.1,2=4 В, и зарисовать с экрана переходные характеристики с указанием масштаба времени и значений максимального отклонения выходного напряжения в переходном процессе, а также установившегося отклонения. Начертить соответствующие внешние характеристики. Сравнить переходные и внешние характеристики по воздействиям Хвв.1, Хвв.2 и сделать выводы.
3. Упростить регулятор по возмущению и повторить опыты, указанные в п.2. Сравнить результаты по п. 2 и 3 и сделать выводы.
4. Собрать схему с регулятором 2 по отклонению и с упрощенным регулятором по возмущению. Установить на выходе схемы (изменением Хпред) номинальное напряжение +8 В. Задать поочередно Хвв.1,2 = 4 В. Зарисовать переходные характеристики и построить внешние характеристики аналогично п. 2. Сравнить результаты по п. 3 и 4 и сделать выводы.
5. Отключить регулятор по возмущению, повторить опыт п. 4. Сравнить результаты по п. 4 и 5. Сделать выводы.
Вариант 2.
1. Изменяя Хпред, установить на выходе заданной схемы АСРноминальное напряжение +8 В при отсутствии возмущающих воздействий.
2. Задавая поочередно воздействия Хвв.1,2 = 4 В, зарисовать с экрана переходные характеристики с указанием масштабов времени и напряжения. Построить внешние характеристики АСР по указанным воздействиям и сравнить полученный статизм АСР с расчетным. Сделать выводы о свойствах АСР.
3. Заменить второе звено АСР интегрирующим с коэффициентом передачи k2=1/T2 1/c. Установить при отсутствии возмущающих воздействий напряжение на выходе АСР равным +8В.
4. Задавая поочередно воздействия Хвв.1,2 = 4 В, зарисовать с экрана переходные характеристики. Построить внешние характеристики АСР по указанным воздействиям. Результаты данного пункта сравнить с результатами по п.2, сделать выводы.
5. Дополнить модель АСР регулятором 1 по возмущению Хвв.1 и настроить его. Для настройки регулятора по возмущению необходимо разомкнуть главную отрицательную обратную связь (ГООС), которая вновь восстанавливается после настройки. Повторить п.2¸4. Сравнить результаты с результатами п. 2 и 4 при отсутствии регулятора по возмущению, сделать выводы.