Методические указания к лабораторному практикуму по дисциплине «Основы автоматики и теория устройства технических систем» для курсантов и студентов-заочников специальности 180403 «Эксплуатация судовых (стр. 2 из 2)
Подключить несколько звеньев к одному осциллографу. Рассмотреть варианты с различными значениями коэффициента усиления и постоянной времени (0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0, 5.0, 10.0, 50.0, 100.0 сек) апериодического звена. Сделать выводы.
Оформить диаграмму, включая заголовок главного окна осциллографа и названия отдельных кривых переходного процесса.
Построить в среде VisSim, проанализировать и распечатать ЛАЧХ и ЛФЧХ апериодического звена.
Выделить блок апериодического звена, нажав левую кнопку мыши за его пределами и расширив рамку до включения в нее блока. Отпустить кнопку. Блок станет черным. В меню: Analyze --> Frequecy Response. На рабочем пространстве появятся два графика, представляющие собой ЛАЧХ и ЛФЧХ. Растянуть их и поместить в правой части экрана друг под другом (см. пример в Приложении). Ввести сетку координат: plot --> двойной щелчок --> Grid Lines – установить флажок. Нажать OK. На верхнем графике, ЛАЧХ, установить по оси ординат значение в децибелах.
Для нижнего графика, ЛФЧХ установить значение Y Lower Bound равным -90 градусов. Поставить флажок Fixed Number of Divisions, установить значение Y Divisions равным 6. Нажать OK.
Сделать подписи графиков, кривых, осей. Установить белый цвет фона. Сохранение. Нажать клавишу клавиатуры Print Screen. Открыть Paint (Пуск --> программы --> стандартные --> Paint). Выбрать: Правка --> Вставить. При необходимости, вырезать в Paint’e лишние части и, нужное, сохранить (по возможности в gif-формате) и распечатать.
Примечание. Распечатку можно производить и из VisSim’a, но при этом распечатывается на весь лист лишь один из графиков, что не всегда удобно и необходимо.
Диаграмму в VisSim’e можно сохранить (в View --> Display Mode) и как картинку с расширением .wmf, а затем распечатать.
В демо-версии VisSim 4.5 можно распечатать блок-схему с временными диаграммами, но там отсутствует возможность анализа частотных характеристик.
В версии VisSim 2.0k частотные характеристики не сохраняются, поэтому работа через Print Screen --> Paint только и позволяет получить распечатку.
Проанализировать влияние постоянной времени и коэффициента усиления апериодического звена на вид его частотных характеристик. Найти, как по ЛАЧХ и по ЛФЧХ апериодического звена определить его постоянную времени и коэффициент усиления. Предъявить выполненную работу преподавателю.
3.3 Исследование колебательного звена
Передаточная функция колебательного звена имеет вид: (4)
Построить переходную характеристику колебательного звена для k =7.8; Т =1, 0.2 и 5.0, при изменении затухания z от 0.25 до 2.0.
Оценить влияние изменения параметров передаточной функции колебательного звена на вид и длительность его переходной характеристики.
Поместить в рабочее пространство Vissim следующие блоки:
- генератор ступенчатого единичного воздействия 1(t): Blocks./ Блоки ® Signal Producer/Генераторы ® step/1(t-dT);
- блок линейной системы, или линейный блок, описываемый передаточной функцией W(s): Blocks./ Блоки -> Linear System/Линейные системы -> Transfer Function/Передаточные функции;
Подключить step к входу блока Transfer Function, а его выход к входу осциллографа plot.
Настроить линейный блок: дважды щелкнуть по блоку левой кнопкой мыши или один раз правой. В появившемся окне установить: усиление (Gain) равным 7.8, числитель (Numerator) оставить равным 1, для знаменателя (Denominator) в случае, когда Т=0.2 и z=2 набрать 0.04 (пробел) 0.8 (пробел) 1. Символы "s2" и "+", а также "s" и "+" в знаменателе не указываются, они по принятому в VisSim соглашению заменяются при вводе пробелами. Нажать ОК.
Запустить на счет.
Проанализировать графики переходных функций подобно тому, как это делалось ранее.
Построить ЛАЧХ и ЛФЧХ для T =1, k=1 и z= 0.25; 0.5; 0.707, 1.0; и для 2.0.
Получить количественную зависимость высоты "пика" на ЛФЧХ от величины декремента затухания z колебательного звена, имеющего передаточную функцию:
Оформить диаграмму, не забыть указать, кто и когда ее сделал. Написать выводы и сохранить работу, предъявить ее преподавателю.
3.4. Звено запаздывания
Это звено часто встречается в моделях реальных систем и зачастую его присутствие ухудшает свойства системы по сравнению с тем, как если бы его не было. Поэтому, если в реальной системе имеется такой элемент, то для обеспечения адекватности модели важно ввести его и в модель.
- Поместить в новое рабочее пространство блок задержки: Blocks/Блоки -> Time Delay/Задержки -> timeDelay/Линия задержки.
- Поместить слайдер, генератор ступеньки и осциллограф. На вход х блока задержки подать сигнал с линейного блока предыдущей задачи , на вход t подключить слайдер (полосу прокрутки числовых значений) и выход блока подключить к осциллографу.
- Изменяя задержку и запуская на счет посмотреть осциллограммы.
- Сделать выводы, Напечатать диаграмму для отчета
Сохраните диаграмму, дав ей содержательное краткое название, в своей папке (C:\Основы Автоматики\Учебные группы\241\Иванов\ Lab_Rab_2).
1.Сохраните диаграмму, дав ей содержательное краткое название, в своей папке (C:\Основы Автоматики\Учебные группы\241\Иванов\ Lab_Rab_2).
- Отчет должен содержать:
- титульный лист;
- цель и задачи работы;
- диаграмму;
- выводы.
Примечание: отчет предпочтительнее оформлять от руки, чертежным шрифтом, хотя допускается использование компьютера и принтера.
5. Домашнее задание
- Подготовить бланк отчета:
- Титульный лист;
- Цели и задачи работы;
- Основные теоретические сведения;
- Предусмотреть место для задания и выводов.
- Каковы цели и задачи работы?
- Что такое типовые звенья линейных систем? Для чего они используются?
- Какие типы звеньев Вы знаете?
- Какие характеристики звеньев Вы знаете?
- Что такое ступенчатое единичное воздействие 1(t)?
- Что такое переходная характеристика звена? Что она может характеризовать?
- Что такое интегратор, апериодическое звено, колебательное звено? Как выглядят их переходные характеристики?
- Как построить в среде VisSim блок-схему, позволяющую определить реакцию интегратора на ступенчатое воздействие? А на синусоидальное воздействие?
- Порядок определения переходной характеристики апериодического звена.
- Порядок определения переходной характеристики колебательного звена.
- Какие свойства осциллографа plot можно поменять для улучшения наглядности графика?
- Как изменить число точек на графике? Что при этом следует контролировать? Как сохранить значения координат точек графика в файле?
- Где и как следует сохранять созданную, оформленную отлаженную и отредактированную программу?
- Что такое ЛАЧХ?
- Что такое ЛФЧХ?
- Как построить ЛАЧХ линейного звена в Vissim'e?
- Как построить ЛФЧХ линейного звена в Vissim’e?
- Как влияет постоянная времени апериодического звена на ширину его полосы пропускания?
- Чему равен фазовый сдвиг (аргумент комплексного коэффициента передачи) апериодического звена на частоте w=1/T ?
- Записать выражения для передаточных функций апериодического и колебательного звеньев, пояснить названия и смысл параметров.
- Какое значение декремента затухания минимизирует длительность переходного процесса колебательного звена?
Приложение 1
ФГОУ ВПО «ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ
ИМЕНИ АДМИРАЛА Ф.Ф. УШАКОВА»
Кафедра «Эксплуатация судовых механических установок»
Дисциплина:«Основы автоматики и теория устройства
технических систем»
Отчет по лабораторной работе № 2
«ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ТИПОВЫХ ЗВЕНЬЕВ»
Выполнил: курсант группы ___ ______________________
(Ф.И.О.)
Принял: ______________________
(зачтена , незачтена)
__________ __________ ____________________________________
(дата) (подпись) (Ф.И.О.)
Новороссийск – 2011.
Приложение 2
На рисунке, в режиме анимации демонстрируется пример блок-схемы открытой в версиях программы VisSim: 2.0k, 3.0 FAP, и в русифицированной (платной) версии 4.5. Блок-схема иллюстрирует получение переходных характеристик апериодических звеньев. Анимацию можно остановить кнопкой "стоп" браузера.
Приложение 3
Пример ЛАЧХ и ЛФЧХ, построенных в программе VisSim.
Увеличение постоянной времени апериодического звена приводит к пропорциональному увеличению длительности переходного процесса и пропорциональному уменьшению полосы пропускания и частоты среза.