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 Х _вв,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/(T₂ p). 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 k ₁ первого звена (регулятор 2), чтобы коэффициент статизма k _с по воздействию Х _вв,1 был равен заданному в табл. 3. Проверить устойчивость такой АСР (по Гурвицу).

 

Таблица 3

№ варианта и рисунка	Параметры звеньев
k 1	T 1, с	k 2	T 2, с	k 3	T 3, с	k c	k y	k вв 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/(T₂ p). Какие свойства приобрела исследуемая АСР?

4) Исходная АСР дополнена регулятором 1 по возмущающему воздействию Х _вв.1. Записать, какие новые свойства приобрела АСР.

Указания.

Вариант 1. 1) Найти передаточные функции и коэффициенты передачи на выход объекта воздействий Х _пред, Х _вв.1, Х _вв.2. Записать выражения для установившихся отклонений выходной величины при наличии постоянных возмущающих воздействий Х _вв.1, Х _вв.2, Х _вв.1 и Х _вв.2 одновременно. Нарисовать, как изме­няется во времени выходная величина Δ Х _вых (t) при указанных скачкообразных воздействиях.

Рис.3.2. Варианты исследуемых АСР

Найти передаточную функцию W _рег(р) регулятора 1 по воздействию Х _вв.1, полностью устраняющего отклонение Δ Х _вых под влиянием воздействия Х _вв.1 как в установившемся, так и в переходных режимах. Определить передаточную функцию аналогичного регулятора, но устраняющего влияние воздействия Х _вв.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 Δ Х _вых(t) под влиянием скачкообразных воздействий Х _вв.1 и Х _вв.2 (воздействия подаются поочередно).

2) Замкнуть главную обратную связь и записать выражения передаточных функций и коэффициентов переда­чи по воздействиям Х _пред, Х _вв.1, Х _вв.2 и выражения для установившихся отклонений выходной величины от предписан­ного значения при постоянных по значению возмущающих воздейст­виях Х _пред, Х _вв.1 и Х _вв.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 Х _пред, Х _вв.1, Х _вв.2 и определить, статична или астатична АСР относительно этих воздействий, а также устойчива ли она.

4). Определить, каковы коэф­фициенты передачи на выход объекта воздействий Х _вв.1 и Х _вв.2

Вариант 2. 1) Записать выражение для определения коэффи­циента статизма k _с и по нему определить значение коэффициента передачи k ₁, необходимое для получения заданного значения k _с.

2) При разомкнутой главной обратной связи найти передаточные функции и коэффициенты передачи на выход объекта воздействий Х _пред, Х _вв.1, Х _вв.2. Запи­сать выражения для установившихся отклонений выходной величины при наличии постоянных по значению возмущающих воздействий Х _вв.1, Х _вв.2, Х _вв.1 и Х _вв.2 одновременно. Нарисовать, как изме­няется во времени выходная величина Х _вых(t) при указанных скачкообразных воздействиях.

Замкнуть главную обратную связь и записать выражения передаточных функций и коэффициентов переда­чи АСР по воздействиям Х _пред, Х _вв.1, Х _вв.2 и выражения для установившихся отклонений выходной величины от предписан­ного значения при постоянных по значению воздейст­виях Х _пред, Х _вв.1 и Х _вв.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 К _раз этой АСР. Показать изменение условий устойчивости АСР при возрастании К _раз..

3) Записать выражения переда­точных функций и коэффициентов передачи такой замкнутой АСР для воздействий Х _пред, Х _вв.1, Х _вв.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 Х_вв.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 Х _пред, Х _вв.1, Х _вв.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 Х _{вых.уст}= f (Х _вв) строить по двум точкам Х _вв =0 и Х _вв = 4В.

Возмущающие воздействия подавать после окончания переходного процесса установления предписанного значения.

Вариант1.

1. Для разомкнутой АСР при отсутствии внешних воздействий установить (изменением Х _пред) на выходе схемы номинальное напряжение +8 В.

2. Задать поочередно скачком воздействия Х _вв.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 Х _вв.1, Х _вв.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 Х _пред) номинальное напряжение +8 В. Задать поочередно Х _вв.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 Х _вв.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 k ₂=1/ T ₂ 1/c. Установить при отсутствии возмущающих воздействий напряжение на выходе АСР равным +8В.

4. Задавая поочередно воздействия Х _вв.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 Х _вв.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.