1.3. Содержание отчета

1. Схема лабораторной установки с указанием номиналов ее элементов.

2. Функции передачи всех исследуемых систем в разомкнутом состоянии с указанием параметров.

3. Семейство ЛХ.

4. Распределения полюсов передаточных функций замкнутых САУ.

5. Семейство расчетных и экспериментальных переходных процессов.

6. Семейство АЧХ.

7. Расчетные соотношения для построения переходных процессов по ЛХ и рекомендации относительно их достоверности.

8. Выводы по результатам выполнения лабораторной работы.

1.4. Контрольные вопросы

1. Как изменятся переходные процессы и АЧХ САУ при увеличении (уменьшении) коэффициента К?

2. Как изменятся переходные процессы и АЧХ САУ при изменении постоянных времени T₁…T₄?

3. Каким образом влияет переменный резистор на переходные процессы САУ 4-го типа?

4. Какая связь существует между ЛХ и АЧХ?

5. В каком направлении следует изменять ЛХ и АЧХ для снижения колебательности системы?

6. Указать установившееся значение выходного напряжения САУ при g(t)=1(t) (ответ обосновать).

2. Исследование системы фазовой автоподстройки частоты (фапч)

(лабораторная работа 2, макет с двигателем)

Цель работы:

1) ознакомление с функциональными элементами системы ФАПЧ и принципом ее работы;

2) исследование точности в зависимости от структуры и параметров системы;

3) исследование возможностей изменения динамических свойств системы методами последовательной и параллельной коррекции.

2.1. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из макета системы ФАПЧ, генератора гармонических сигналов и осциллографа. Система ФАПЧ в простейшей комплектации содержит фазовый дискриминатор (преобразует разность фаз двух сигналов в управляющее напряжение), цепи коррекции и управляемый генератор (во времязадающей цепи этого генератора включен управляемый напряжением реактивный элемент). Если входной и выходной сигналы системы ФАПЧ расстроены по фазе (или частоте), то фазовый дискриминатор вырабатывает управляющее напряжение соответствующего знака, под действием которого изменяются параметры времязадающей цепи управляемого генератора и, соответственно, изменяется частота (и фаза) выходного сигнала так, чтобы уменьшить первоначальную расстройку. Без учета нелинейности статических характеристик функциональных элементов и инерционности фазового дискриминатора функция передачи системы ФАПЧ в разомкнутом состоянии можно представить в виде:

где – функция передачи корректирующей цепи;– коэффициент усиления.

В САУ 1 порядка астатизма динамическая ошибка слежения зависит от скорости изменения воздействия (в нашем случае – фазы) и коэффициента усиления системы:

где – остаточная ошибка слежения за фазой в градусах (полезно фазу считать размерной величиной);– начальная расстройка частот генераторов [Гц].

Предусмотрены 3 варианта включения простейшей системы ФАПЧ (переключатель S1):

- без коррекции (=1);

- с последовательной коррекцией вида: ;

- с последовательной коррекцией вида: ,

причем постоянные времени цепей коррекции T₁, T₂ и T₃ зависят от номиналов резисторов и емкостей, указанных на макете.

Частотные и фазовые соотношения сигналов управляемого и внешнего генераторов наблюдаются по фигурам Лиссажу на экране осциллографа. Для измерения ошибки слежения используется фазовращатель, включенный на выходе управляемого генератора. Предварительно устанавливают ручку «Расстройка» внешнего генераторав положение «0» и в разомкнутом состоянии системы ФАПЧ (положение 1 переключателя S1) выполняют ручную грубую подстройку частоты внешнего генератора по конечному результату (фигура Лиссажу – эллипс). Затем замыкают кольцо слежения и с помощью фазовращателя фигура Лиссажу преобразуется к удобной для наблюдения форме (линия или «восьмерка»). В дальнейшем частоту внешнего генератора изменяют ручкой «Расстройка». Плавное изменение частоты входного сигнала влияет на ошибку слежения, что приводит к деформации фигуры Лиссажу. Возвращая фигуру в прежнее положение с помощью фазовращателя, можно измерить (по шкале фазовращателя) величину остаточной ошибки.

Следует иметь в виду, что реальная зависимость из-за нелинейности статической (дискриминационной) характеристики фазового дискриминатора описывается нелинейной нечетной функцией. При этом экспериментально удается получить лишь фрагмент зависимости, на котором следует выявить линейный участок для расчета коэффициента.

Для качественной оценки быстродействия и степени колебательности переходных процессов в системе ФАПЧ в цепи входного сигнала предусмотрена фазосдвигающая цепь, включаемая тумблером «Скачок фазы».

В полной комплектации система ФАПЧ содержит не один, а два интегратора: подключается двигатель, управляющий ротором конденсатора переменной емкости, который, в свою очередь, включен во времязадающую цепь управляемого генератора. При этом сохраняется и основной канал управления частотой генератора с помощью реактивного элемента, также включенного во времязадающую цепь управляемого генератора. Благодаря этому обстоятельству обеспечивается устойчивость системы ФАПЧ второго порядка астатизма. Функция передачи такой системы в разомкнутом состоянии имеет вид:

Замечание: включение двигателя выполняет лаборант или преподаватель.