Методические указания к лабораторным работам, практическим занятиям и курсовому проектированию по дисциплинам "Электромеханические системы" (стр. 2 из 8)

Учитывая зависимость М_С от I_ЭМ и напряжения на ОУ U_У, в соответствии с рис. 1.5 модель тормозного устройства k_с представлена в виде

, где k′_с – постоянный коэффициент передачи, выражающий зависимость М_С от I_ЭМ при максимальном значении напряжения ; k_и – переменный коэффициент, учитывающий влияние скорости вращения тормозного диска на создаваемый момент сопротивления М_С (в этом случае k_и = 1).

Из структуры, представленной на рис. 1.5, видно, что

. (1.4)

Обработка результатов исследования АД (в частности, семейство характеристик Δω_с = f(I_ЭМ) при U_У = var) показывает, что k′_в практически остается величиной постоянной и не зависит от напряжения U_У.

Учитывая 1.4, выразим

. (1.5)

Из выражения (1.5) видно, что k′₁ является функцией от k_и при k_У = const, k₁ = const и k′_с = const и требуется каким-то образом определить характер этой зависимости от значения напряжения U_У.

Из выражения (1.3) видно, что при k′_в = const (как отмечалось ранее) и при заданном k_У = const величина k′₁ обратно пропорциональна коэффициенту передачи двигателя. Таким образом, из сравнения (1.4) и (1.5) следует, что коэффициент k_и должен меняться обратно пропорционально k_АД. Рассчитанный из семейства механических характеристик коэффициент передачи АД и его обратное значение

показывают, что аналитически (численно) наиболее близко (хотя и с погрешностью, обусловленной нелинейностью характеристик АД) эта зависимость от управляющего напряжения U_У может быть представлена как . Подставив значение , получим

. (1.6)

Теперь в соответствии с (1.5) и (1.6) модель нагрузочного устройства, преобразующего значение тока I_ЭМ в момент сопротивления М_С, может быть представлена рис. 1.6. Из рис. 1.6 видно, что для целей расчета параметров компенсирующего устройства и реализации компенсации в системе используется информация о моменте сопротивления М_С, формируемая предложенным моделирующим устройством и вычисляемая по формуле

.

Таким образом, для расчета параметров компенсирующего устройства необходимо использовать выражение (1.2).

Для компенсации установившейся ошибки от задающего воздействия необходимо ввести еще одно компенсирующее устройство КУ2. Структурная схема замкнутой системы регулирования скорости с компенсацией задающего и возмущающего воздействий представлена на рис. 1.7.

Положив М_С = 0, рассмотрим значение установившейся ошибки системы регулирования от задающего воздействия. В соответствии с рис. 1.7 можно записать

,

откуда

.

Тогда значение ошибки выразится

. (1.7)

Для компенсации задающего воздействия необходимо из выражения (1.7) рассчитать значение коэффициента передачи k₂ из условия равенства нулю Δω, т. е. 1 – k₂K = 0 и

. (1.8)

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с установкой, расположением и назначением элементов и органов управления.

2. Исходя из задания, в котором указываются два значения коэффициента усиления усилителя k_У и значение регулируемой скорости двигателя, рассчитать k₁ и k₂ (1.2) и (1.8), используя усредненные значения параметров (k_АД и k_в), полученные при выполнении работы № 5 по курсу "Элементы и устройства автоматических систем". Если эта работа не выполнялась, то из нее необходимо проделать п. 8. Полученные в результате расчета значения k₁ следует увеличить в 100 раз и выставлять их по шкале компенсирующего устройства КУ1. Это объясняется тем, что расчетные значения k₁ получаются малыми и для повышения точности установки из устройства моделирования нагрузки часть коэффициента передачи (100) переносится в КУ1.

3. Реализовать замкнутую систему регулирования скорости, для чего выставить заданный коэффициент k_У (первый), включить обратную связь, изменяя задающее напряжение U_з установить значение скорости ω по показаниям вольтметра, подключенного к тахогенератору, измерить U_з и снять механическую характеристику ω = f(М_С). Выставить второе значение k_У и снова повторить эксперимент.

4. Разомкнуть обратную связь. Реализовать разомкнутую систему регулирования скорости с компенсацией возмущающего воздействия, для чего включить тумблер управления k₁, выставить расчетное значение k₁ для первого из заданных значений k_У и снять механическую характеристику ω = f(М_С) для заданного значения ω. Выставить второе заданное значение k_У и соответствующее ему расчетное значение k₁ и повторить эксперимент.

5. Замкнуть обратную связь и полностью повторить п. 4, т. е. исследовать статические характеристики в замкнутой системе с компенсацией возмущающего воздействия, фиксируя для каждой характеристики значения U_з.

6. С замкнутой обратной связью и выключенными k₁ и k₂ снять две регулировочные характеристики ω = f(U_з) при двух заданных значениях k_У.

7. В системе с обратной связью по скорости включить k₂ и, выставив расчетное значение коэффициента устройства компенсации задающего воздействия, снять регулировочную характеристику ω = f(U_з) для двух заданных значений k_У.

8. Подключить осциллограф и для всех вариантов наблюдать переходные процессы в системе по задающему и возмущающему воздействиям. Определить показатели качества процесса в статике и динамике.

9. При двух заданных значениях k_У и для заданного значения ω снять две реальные характеристики k₁ = f(M_C) и сравнить с расчетными. Процедуру снятия зависимости продумать самостоятельно.

10. Снять механические характеристики ω = f(М_С) в замкнутой системе и с обоими контурами компенсации.

Оформление отчета

Результаты выполненной работы должны быть представлены в виде отчета, содержащего:

1. Принципиальную схему макета лабораторной установки.

2. Структурные схемы исследуемой системы по пунктам выполнения и оформления отчета.

3. Результаты проведения экспериментов в виде таблиц и графиков под соответствующими названиями пунктов исследования системы регулирования.

4. Необходимые расчеты параметров по п. 2.

5. Определение по результатам эксперимента по пп. 3–7, 9, 10 значений установившихся ошибок: по задающему воздействию –

, где ω₀ – скорость двигателя на холостом ходу по механической характеристике; по возмущающему воздействию – , где – скорость двигателя под нагрузкой (М_С = 80 г·см); и суммарной ошибки системы регулирования по каждому из пунктов эксперимента. Расчетные значения этих же ошибок для тех же пунктов – , Δω_с берется из механической характеристики при соответствующих значениях М_С (М_С = 80 г·см). Результаты расчета и эксперимента представить в виде сводной таблицы. При этом – для замкнутой системы и – для разомкнутой.

6. По п. 7 определить и рассчитать значения ошибок по задающему воздействию.

7. Анализ динамики системы по результатам выполнения пп. 8 и 10 (если он задан).

8. Результаты проведения эксперимента по п. 9, описание процедуры и анализ результатов.

9. Результаты эксперимента и расчета по п. 10 (если он задан).

10. Выводы по работе. Анализ расхождений расчета и эксперимента по всем пунктам, где этот анализ возможен.

Лабораторная работа № 2*

ИССЛЕДОВАНИЕ МАЛОМОЩНОЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ

СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ

Данная работа подразделяется на два этапа.