Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "элементы и устройства автоматических систем" (стр. 3 из 7)
или можно переписать в виде
,где
; 
.В свою очередь, в соответствии с расчетом контуров Т1 и Т2 выражаются через параметры элементов системы следующим образом:
и 
, (2.2)где Т1 - постоянная времени якорной цепи двигателя, ТУ - постоянная времени УПТ, 
- коэффициент усиления УПТ,
- коэффициент обратной связи по току, 
- сопротивление якорной цепи двигателя.При использовании в качестве регулятора скорости П-регулятора из схемы на лицевой панели имеем
.С другой стороны, по результатам расчета регулятора
, (2.3)где
- электромеханическая постоянная времени двигателя, ТФ - постоянная времени фильтра, 
- коэффициент передачи двигателя, 
- коэффициент обратной связи по скорости.Если в контуре скорости используется регулятор с передаточной функцией
, (2.4) то в этом случае в соответствии со схемой, представленной на лицевой панели, можно записать, что
. (2.5)Тогда, учитывая (2.5), получим, что
.По результатам расчета регулятора известно, что
. (2.6)В соответствии с (2.2), (2.3), (2.6) параметры настроек регуляторов зависят от реальных параметров элементов структуры системы регулирования
. Эти параметры для разных вариантов выполнения работы №2 по курсу "Электромеханические системы" будут различны. В данной лабораторной работе необходимо рассчитать и снять экспериментально логарифмические амплитудно-частотные характеристики представленных регуляторов тока и скорости по заданию преподавателя. Частотную характеристику регулятора скорости нужно снять в соответствии с выражениями (2.4) и (2.5), т.е. при последовательном включении П- и ПИ-регуляторов. 1. Ознакомиться с расположением и назначением органов управления на лицевой панели макета.
2. Ознакомиться с набором приборов, необходимых для проведения экспериментальных исследований элементов структуры (генератор, вольтметр, осциллограф).
3.
 |
Для снятия частотных характеристик регулятора тока, регулятора скорости, а также входного звена необходимо собрать схему, представленную на рис. 2.3.
На рис. 2.3 имеем: Г - генератор низкочастотных колебаний; ИЭ - исследуемый элемент; О - осциллограф.
4. После сборки схемы согласно рис. 2.3 необходимо включить тумблер "СЕТЬ" и все используемые измерительные приборы.
5. Установить выходное напряжение генератора равным 1В (проконтролировать это с помощью осциллографа). Меняя частоту выходного напряжения генератора в диапазоне от 0.05 до 100 Гц (примерные точки 0.05; 0.1; 0.3; 0.5; 1.0; 3.0; 5.0; 10.0; 30.0; 50.0; 100.0), необходимо фиксировать значения выходного напряжения ИЭ с помощью осциллографа.
6. Подключить генератор на вход УПТ, а осциллограф на его выход. Включить тумблер "СЕТЬ" и используемые приборы .
7. Установить kУ=250. Подать с Г на вход УПТ синусоидальный сигнал частоты f=20 Гц. Плавно увеличивая частоту входного сигнала, зафиксировать значение частоты сигнала генератора f*, при котором амплитуда выходного сигнала уменьшится в 1.4 раза. Выключить приборы и "СЕТЬ".
8. Рассчитать постоянную времени УПТ:
.Оформление результатов работы
Результаты выполнения работы должны быть оформлены в виде отчета, в котором представляются:
1. Структурная схема двухконтурной системы регулирования скорости вращения двигателя.
2. Принципиальные схемы исследуемых элементов.
3. Принципиальные схемы исследований.
4. Таблицы снятых частотных и статических характеристик исследуемых элементов структуры.
5. Три графика логарифмических частотных характеристик исследованных элементов, на которых должны быть представлены результаты расчета и эксперимента.
6. Необходимые расчеты TУ усилителя постоянного тока.
7. Сравнение опытных и расчетных данных.
8. Выводы по работе.
Лабораторная работа № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ
СТАБИЛИЗАЦИИ ПОЛОЖЕНИЯ МАГНИТНОГО ТЕЛА
Целью работы являются:
1. Изучение элементов системы стабилизации положения магнитного тела.
2. Экспериментальное определение статических и динамических характеристик фотоэлектрического датчика положения и усилителя постоянно-
го тока (УПТ).
Общие указания
 |
На рис. 3.1 представлена структурная схема системы стабилизации ферромагнитного тела (ФМТ).
Приведенная структурная схема включает следующие элементы: ОУ - объект управления, объединяющий тяговый электромагнит (ЭМ) и ФМТ в их взаимодействии; ОЭМ - обмотка электромагнита, преобразующая напряжение управления в ток электромагнита, создающий тяговое усилие FЭМ и являющийся внутренней координатой ОУ; УПТ - усилитель постоянного тока, обеспечивающий необходимый коэффициент усиления по напряжению и мощности; ДОС - датчик обратной связи по положению ФМТ; ПК - последовательная корректирующая цепь, обеспечивающая устойчивость системы стабилизации положения ФМТ.
Левитацию (свободное парение тел), получаемую за счет сил, возникающих в магнитном поле, называют магнитным подвесом. Принцип действия магнитного подвеса (МП) основан на преобразовании энергии электрического тока в механическую энергию магнитного поля. Магнитное поле обладает энергией, за счет которой оно может действовать на ФМТ. Именно такой магнитный подвес является объектом управления (ОУ) в данной лабораторной установке. Сложность процессов, происходящих в ОУ, не позволяет организовать в рамках лабораторной работы исследование его статических и динамических характеристик с целью получения математической модели. Теоретически эти вопросы будут рассмотрены в ходе проведения на данном макете исследования системы стабилизации положения ФМТ в рамках курса «Электромеханические системы».
В качестве датчика положения ФМТ в данной установке используется датчик ФД-К-142. Он представляет собой чувствительный элемент, составленный из матрицы фотодиодов (рис. 3.2). Датчик освещается лампой накаливания HL1 (28 В, 4.8 Вт). Датчик обратной связи состоит из собственно датчика (ФД-К-142) и операционного усилителя. ДОС в рабочем диапазоне представляет собой безынерционное звено, коэффициент передачи которого (kДОС) необходимо
определить в процессе проведения лабораторной работы. Сигнал, снимаемый с ДОС, сравнивается с задающим напряжением, в результате чего вырабатывается сигнал рассогласования 
. Для формирования воздействия на ОУ в схеме используется УПТ, обеспечивающий усиление сигнала DU до необходимого уровня по напряжению и мощности. Нагрузкой УПТ служит обмотка ЭМ. Максимальный ток ЭМ (ток, необходимый для обеспечения нужного тягового усилия при отрыве ФМТ от опоры) равен 2.3 А. Диапазон изменения значений коэффициента усиления УПТ лежит в пределах 5…190. Усилитель установки характеризуется передаточной функцией инерционного звена первого порядка 
.В ходе проведения лабораторной работы ставится задача определения постоянной времени УПТ ТУ и снятия его статических характеристик UЭМ=UУ=f(UВХ) при заданных значениях kУ (50; 60; 80; 90; 100). Необходимо также проверить точность оцифровки потенциометра, устанавливающего задаваемый kУ.
Порядок выполнения работы
1.
Ознакомиться с лабораторной установкой, с расположением и назначением органов управления на лицевой панели макета и средствами отображения информации.2. Для снятия статической характеристики датчика обратной связи подключить выход цифрового вольтметра к выходным клеммам датчика, как показано на рис. 3.3.