ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

“ЛЭТИ” имени В.И.Ульянова (Ленина)»

(СПбГЭТУ)

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Методические указания

к лабораторным работам по дисциплине

«ОСНОВЫ АВТОМАТИКИ И САУ» (часть 1)

Санкт-Петербург

2007

УДК 621.37/39 (076)

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине

«Основы автоматики и САУ» (часть 1)/ Сост.: А.И.Соколов, К.К.Бехтерев; СПбГЭТУ. – С.-Пб., 2007 – 35с (в редакции 2013 г. - 41с).

Приведено описание восьми работ стандартного лабораторного цикла дисциплины. Содержатся сведения о принципах построения моделей устройств автоматического управления и порядке их исследования. Изложена методика проведения исследований физических и математических моделей изучаемых в дисциплине систем. Предназначено для студентов радиотехнических специальностей.

Утверждено редакционно-методическим советом университета в качестве методических указаний

Введение

Представленные в данном методическом пособии работы обеспечивают лабораторную поддержку для основных разделов дисциплины «Основы автоматики и САУ». При одновременных лекционном и лабораторном курсах рекомендуется лабораторный цикл начать с выполнения первых 4-х работ. Последовательность выполнения работ этого цикла может быть любой. Остальные 4 работы рекомендуются к исполнению при наличии достаточной лекционной поддержки. В случае модернизации лаб.работ (отмечены *) с использованием нового оборудования к описанию добавляются приложения (см. в конце пособия). При выполнении лаб.работы 2 уточнить вариант представленного макета.

1. Исследование простейшей сау - физическая модель

(лабораторная работа 1)*

Цель работы:

1. экспериментальное определение показателей качества САУ и

установление их связи со структурой и параметрами САУ;

2. приобретение навыков работы с ЛХ.

1.1. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из физической модели САУ, генератора сигналов и осциллографа и позволяет исследовать переходные и частотные характеристики системы. Физическая модель САУ включает в себя неизменную часть: амплитудный дискриминатор (вычитающий элемент), электронный интегратор (усилитель с частотнозависимой отрицательной обратной связью) и

изменяемую часть: четырехполюсник, структура которого задается с помощью переключателя, а параметры изменяются переменным резистором.

Передаточная функция электронного интегратора содержит усилительное звено и апериодическое звено, однако при большом коэффициенте усиления и исследовании САУ вблизи частоты среза ω_СР допускается аппроксимация передаточной функции электронного интегратора вида: К/jω, где значение коэффициента К определяется параметрами частотнозависимой обратной связи.

В результате имеется возможность исследования 4-х типов САУ с передаточными функциями в разомкнутом состоянии:

, ,,.

Переходные характеристики наблюдаются на экране осциллографа при подаче на вход системы ступенчатого воздействия путем нажатия кнопки на макете (и ее удержании в нажатом состоянии в течение необходимого для наблюдения времени). Частотные характеристики исследуются при подаче на вход САУ сигнала от генератора. Частота сигнала устанавливается по шкале генератора, а амплитудные и фазовые соотношения исследуемых сигналов регистрируются по шкалам осциллографа.

1.2. Задание по работе

Для всех 4-х типов САУ (первые три типа САУ задаются переключателем при нулевом значении переменного резистора, 4-й тип САУ соответствует 3-й позиции переключателя при отличном от нуля значении переменного резистора) провести следующие расчеты и эксперименты.

1. Зарисовать схему лабораторной установки и записать номиналы ее элементов.

2. Построить асимптотические ЛХ для всех 4-х типов САУ (параметры передаточных функций должны соответствовать схеме, изображенной на макете). ЛХ всех САУ должны быть построены в одних координатных осях. С помощью ЛХ определить значения частоты среза ω_СР и запаса устойчивости по фазе γ и по ним воспроизвести осциллограммы переходных процессов.

3. Записать характеристические уравнения САУ и построить распределения полюсов передаточных функций замкнутых систем на плоскости комплексной переменной.

4. Посмотреть на осциллографе и зарисовать экспериментальные переходные процессы, сопоставив их с расчетными.

5. Экспериментально определить значения ω_СР и γ. Для этого изменять частоту гармонического входного сигнала до ω_СР , при которой модуль передаточной функции разомкнутой системы равен единице;

. Значение f_СР ( ω_CР=2π f_СР ) фиксируется при равенстве амплитуд входного и выходного напряжений разомкнутой системы (гнезда e и y на макете). Величина γ фиксируется при частоте ω_CР по относительному смещению осциллограмм указанных напряжений (для САУ 1-го типа величина γ априори известна и она может использоваться в качестве «контрольной точки» эксперимента).

6. Снять экспериментальные амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) замкнутых САУ, фиксируя отношение амплитуд выходного и входного напряжений (гнезда y и g на макете). Частоту входного гармонического сигнала изменять от минимально возможного (близкого к нулю) значения до значений, при которых модуль функции передачи замкнутых САУ падает до уровня 0,1 (количество экспериментальных точек определяется ресурсом времени выполнения лабораторной работы). Обязательно обратить внимание и зафиксировать резонансные явления. Построить графики АЧХ в одних осях (для оси частот использовать линейный масштаб).

7. Сопоставить расчетные и экспериментальные данные и сделать заключение о

- соотношениях, связывающих время нарастания t_Н, перерегулирование σ% и степень колебательности μ переходных процессов от параметров ω_CР и γ;

- связи ЛХ и переходных процессов с АЧХ САУ;

- связи переходных процессов с распределением полюсов передаточной функции замкнутых САУ.