Исследование эмиттерного повторителя.

 

2.1.Ознакомиться с блоком 3, сектором А3.

2.2.Исходное состояние ручки – крайнее левое.

2.3.К гнездам Х1 иХ2 одинарным проводом подключить постоянное напряжение 20В.

2.4.Для контроля входного напряжения к гнездам Х3 иХ4 подключить прибор М92 на пределе измерения 20В.

2.5.Для контроля выходного напряжения к гнездам Х5 иХ6 подключить второй прибор на пределе измерения 20В.

2.6.Включить тумблер «Сеть».

2.7.Плавно поворачивая ручку (перемещая щетку потенциометра), изменять величину напряжения на входе звена в соответствии с таблицей1—контроль вести по левому прибору.

Uвх В 0 2 4 6..... 20

Uвых В

К

 

2.8.Наблюдать изменения выходного напряжения и заносить их в таблицу1.

2.9.Выключить тумблер «Сеть».

2.10.Рассчитать передаточный коэффициент исследуемого звена.

2.11.По полученным данным сделать вывод о свойствах звена.

1.12.Записать уравнение звена.

1.13.Ответить на контрольные вопросы.

 

 

 

 

Рис. 23. Схемы исследования типовых динамических звеньев

Контрольные вопросы:

 

1.Что такое типовое динамическое звено?

2.Какие виды динамических звеньев знаете?

3.По какому принципу классифицируются динамические звенья?

4.Что такое комплексный передаточный коэффициент звена?

5.К какому виду относятся исследуемые звенья и почему?

6.Как связаны свойства звеньев с видом их уравнения?

7.Приведите примеры инерционных звеньев и их уравнение.

8.Назовите основные характеристики звеньев.

9.Каким образом и зачем рассчитывается W(p) звеньев?

10.Составить систему из пяти звеньев и определить ее W(p).

 

Практическое занятие 2: Построение и расчет структурных схем САУ на основе динамических звеньев.

 

Цель: 1. Закрепить знание комплексных передаточных коэффициентов различных типов динамических звеньев.

2. Научиться строить и рассчитывать сложные САУ, состоящие из известных типов динамических звеньев.

 

Используемые материалы:

1. Карточки заданий.

2. Методические указания.

3. Линейка и карандаш.

 

Теоретическая часть:

При построении математической модели САУ, ее следует разбить на простые (в отношении аналитической записи) звенья и обязательно направленного действия. Направленное действие – это такое свойство звена, при котором информация от входа звена к его выходу передается только в одном направлении. При таком разбиении последующие звенья не могут воздействовать на предыдущие и делаются фактически независимыми элементами в САУ. Такое положение значительно облегчает задачу построения математической модели всей САУ на основе математических моделей отдельных звеньев и их связей.

Математическое описание САУ, полученное в виде некоторой совокупности алгебраических, тригонометрических и дифференциальных уравнений, каждое из которых отвечает определенному звену, имеет один недостаток: отсутствует наглядность связей и взаимодействий между звеньями, что затрудняет понимание логики функционирования системы в целом. Для устранения этого недостатка математическую модель изображают в виде структурной схемы. Она состоит из прямоугольников, изображающих звенья системы, и стрелок, соединяющих выходы и входы отдельных звеньев и показывающих направленность их действия. В прямоугольники могут быть записаны соответствующие уравнения звеньев или могут быть обозначены цифрами и буквами с последующей расшифровкой.

В теории автоматического регулирования рассматривают математические модели АСР, т.е. модели, которые получаются в результате математического описания системы. Математическое описание обычно выполняется с помощью дифференциальных уравнений.

АСР состоят из совокупности различных элементов, принадлежащих как объекту регулирования, так и устройствам регулирования. С целью упрощения анализа АСР каждый ее элемент рассматривают по его реакции на входное возмущающее воздействие, т.е. по его динамическим свойствам. Элементы АСР, отличающиеся друг от друга по физической сущности, принципу действия (электрические, гидравлические, механические и т.п.) и конструкции, часто обладают сходными динамическими свойствами. Соотношение входного и выходного сигналов в таких элементах описывается одинаковыми дифференциальными уравнениями.

Дифференциальное уравнение, описывающее работу АСР в целом, складывается из отдельных уравнений, описывающих работу составляющих ее элементов. Следовательно, для того чтобы составить дифференциальное уравнение всей системы, ее разбивают на отдельные элементы, переходные процессы в которых описываются достаточно простыми дифференциальными уравнениями (не выше второго порядка), и записывают уравнения каждого элемента в отдельности. С этой целью необходимо разобраться в принципе действия АСР, отдельных ее узлов, элементов, определить функциональные связи между ними и составить структурную схему системы.

Поскольку работа АСР описывается дифференциальными уравнениями независимо от физической сущности протекающих в ней процессов, то при разбивке системы на элементы не учитывают их физическую основу, а также элементы и связи, которые не указывают влияние на функционирование системы при принятом способе описания ее работы. Математическую модель любой части АСР называют звеном. В частности, звеном может являться математическая модель всей системы или любого ее элемента.

Таким образом, под звеном системы подразумевается элемент (или часть элемента, или группа элементов), рассматриваемый как обладатель тех или иных динамических свойств независимо от его физической основы, конструктивного исполнения и функции в системе.

Дифференциальное уравнение каждого звена составляют таким образом, чтобы оно выражало зависимость (в динамическом процессе) между теми величинами, которые на структурной схеме исследуемой АСР указаны на входе и выходе данного звена, т.е. между величинами, представляющими воздействие данного звена на последующее по схеме звено и воздействие предыдущего звена на данное. Таким образом, поскольку выходная величина предыдущего звена является входной величиной последующего, уравнение всех звеньев образуют единую систему, которую можно привести к одному уравнению путем исключения промежуточных переменных.

Поскольку процесс автоматического регулирования определяется только динамическими свойствами системы (а следовательно, и ее элементов), то при анализе АСР, классифицируют элементы по их динамическим свойствам. Можно реальные элементы любой сложности, имеющие неодинаковую физическую основу и конструкцию, и выполняющие различные функции в системе, заменить так называемыми типовыми звеньями или сочетанием нескольких таких звеньев, обладающих одинаковыми динамическими свойствами.

Наиболее часто в АСР входят следующие типовые звенья: усилительное (безинерционное), апериодическое (инерционное), дифференцирующее, интегрирующее, колебательное, запаздывающее, форсирующее и изодромное, каждому из которых присущи свои, отличные от других динамические свойства.

Расчет АСР обычно выполняют по дифференциальному уравнению или передаточной функции, которые описывают динамические свойства всей системы. Такое уравнение можно получить, если последовательно заменить каждый элемент системы одним или несколькими элементарными типовыми звеньями, а затем, зная передаточные функции этих звеньев, определить передаточную функцию всей системы в целом.

В АСР звенья можно соединять в самых различных сочетаниях. При этом систему любой сложности можно всегда рассматривать как совокупность трех видов соединений звеньев: последовательного, параллельного и встречно-параллельного.

При последовательном соединении выходная величина предыдущего звена является входной величиной последующего звена. При этом их общий комплексный передаточный коэффициент определяется как произведение всех коэффициентов, входящих в соединение звеньев.

При параллельном соединении звеньев входная величина системы одновременно подается на входы всех звеньев. При этом их общий комплексный передаточный коэффициент определяется как сумма всех коэффициентов, входящих в соединение звеньев.

Встречно-параллельным соединением двух звеньев называется такое соединение, при котором выходной сигнал первого звена подается на вход второго, выходной сигнал второго звена с соответствующим знаком суммируется с общим входным сигналом и подается на вход первого звена.

Иными словами, при встречно-параллельном соединении звеньев на вход звена одновременно с входной величиной системы подается ее выходная величина, чаще всего прошедшая через звено обратной связи. При этом их общий комплексный передаточный коэффициент определяется по формуле: W(p) = W₁(p)/ 1 ± W₁(p) *W₂(p), где знак «+» ставится при отрицательной обратной связи (ООС), а знак «-«-- при положительной обратной связи (ПОС).

 

Порядок выполнения работы:

1. Повторить формулы W(p) всех основных групп звеньев и их соединений.

2. Прочитать внимательно условия первого задания, в котором указаны типы звеньев, составляющих АСР, и способы их соединения. Например: Интегрирующее и инерционное звенья соединены параллельно и к ним последовательно подключено встречно – параллельное соединение с ООС безинерционного и дифференцирующего звеньев. Требуется зарисовать структурную схему всей системы и определить ее W(p).

3. Звенья в системах автоматики изображаются прямоугольниками, внутрь которых вписываются их W(p), а линии соединений между ними заканчиваются стрелкой, которая указывает направление прохождения сигнала в системе.

Так, в приведенном примере два звена соединены параллельно, а признаком параллельности звеньев является их общий входной сигнал, поэтому можно изобразить:

 

 

4. С выхода параллельного соединения сигнал поступает на вход (последовательное соединение) двух звеньев, включенных встречно – параллельно с ООС, что выглядит таким образом:

 

 

При отрицательной обратной связи один сектор сравнивающего устройства СУ заштриховывается, что указывает на противоположность знаков его входных сигналов.

5. Для получения полной схемы системы эти два включения соединяются последовательно (по условию примера) и внутри каждого звена пишется его W(p):

 

 

6. Теперь, зная как определяется W(p) при различных способах соединения звеньев, можно определить их результирующий W(p) для всей системы:

 

W(p)= [W₁(p)+W₂(p) ]* W(p)₃/1+ W₃(p)* W₄(p)

 

7. По условию примера 1 звено – интегрирующее, поэтому его W₁(p) = К₁/р;

2 звено – инерционное, его W(p) = К₂/Тр+1;

3 звено – безинерционное, его W(p) = К₃

4 звено – дифференцирующее, его W(p) = К₄* р.

8. С учетом типа звеньев W(p) системы будет иметь вид:

W(p) = (К₁/р +К₂/Тр+1)* К₃/ 1+ К₃*К₄*р;

 

Первое задание выполнено.

9. Второе задание представляет собой обратную задачу. Например: Задано уравнение комплексного передаточного коэффициента системы:

W(p) = К₁(Тр + 1)* К₂ р /Тр+1*К₃ + К₄/ Т ₂ р² +Т₁ р + 1 * К₅ р.

Требуется определить какие звенья входят в состав данной системы и как они соединены.

10. По уравнению можно определить количество звеньев, составляющих эту систему. Это можно сделать по количеству индексов коэффициента К. В заданном уравнении имеются К₁, К₂, К₃, К₄ и К₅ – значит в АСР пять звеньев.

11. Требуется определить способы их соединения:

- в уравнении два слагаемых, знак «+» между ними обозначает их параллельное соединение;

- в каждом слагаемом имеются сомножители, что обозначает их последовательное соединение.

Таким образом, в заданном примере первые три звена соединены последовательно и к ним параллельно подключены 4-е и 5-е звенья.

12. По полученному описанию можно зарисовать схему:

 

 

13. По заданным в уравнении коэффициентам W(p) определяются типы звеньев, составляющих эту систему:

1 – форсирующее звено;

2 –изодромное звено;

3 – безинерционное звено;

4 – колебательное звено;

5 – дифференцирующее звено;

14. Эти названия осталось только внести в уже полученную схему.

Задание выполнено.

 

 

Контрольные вопросы:

1. Что такое типовое динамическое звено?

2. Что учитывается при делении элементов САУ на разные группы звеньев?

3. Какой параметр характеризует свойства определенной группы звеньев?

4. Какие виды соединения звеньев применяются при построении САУ?

5. Каким образом определяется W(p) САУ при разных соединениях звеньев?

6. На что указывает знак «+» в формуле W(p) встречно-параллельного соединения звеньев?

7. В каких системах автоматики применяется отрицательная обратная связь?

 

 

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

К практической работе «Построение и расчет структурных схем САУ на основе динамических звеньев»

 

1.

1. Система состоит из встречно-параллельного соединения с ООС безинерционного и интегрирующего звеньев и последовательно подключенного к ним колебательного и форсирующего звеньев. Зарисовать схему и определить W (р) этой системы.

2. Определить какие звенья входят в состав данной системы и как они соединены, если:

W(p)=[K₁p+K₂ / Tp+1]*[K₃ / p+e^-pτ]*K₄ / T₂p²+T₁p+1. Зарисовать структурную схему этой системы.

 

1. Система состоит из последовательного соединения параллельно подключенных между собой инерционного и запаздывающего звеньев и параллельно подключенных изодромного, интегрирующего и безинерционного звеньев. Зарисовать схему и определить W (р) этой системы.

2. Определить какие звенья входят в состав данной системы и как они соединены, если:

W(p)=[e^-pτ / 1+e^-pτ_*K₁p]*[K₂ / T₂p²+T₁p+1]. Зарисовать структурную схему этой системы.

 

1. Система состоит из последовательно подключенных колебательного и инерционного звеньев и параллельно подключенного к ним встречно-параллельного соединения с ПОС безинерционного и интегрирующего звеньев. Зарисовать схему и определить W (р) этой системы.

2. Определить какие звенья входят в состав данной системы и как они соединены, если:

W(p)=e^-pτ_*[K₁+K₂(Tp+1)+K₃ / T₂p²+T₁p+1]. Зарисовать структурную схему этой системы.

 

1. Система состоит из встречно-параллельного соединения с ПОС дифференцирующего и запаздывающего звеньев и последовательно подключенных к ним изодромного и колебательного звеньев. Зарисовать схему и определить W (р) этой системы.

2. Определить какие звенья входят в состав данной системы и как они соединены, если:

 

W(p)=[K₁(Tp+1)]*[K₂ / 1-K_2*(K₃ / p)]*[K₄/Tp+1]. Зарисовать структурную схему этой системы.

 

 

1. Система состоит из параллельного соединения безинерционного, инерционного и изодромного звеньев и последовательно подключенного к ним колебательного звена.

Зарисовать схему и определить W (р) этой системы.

2. Определить какие звенья входят в состав данной системы и как они соединены, если:

W(p)=[K₁p/1+K₁p_*e^-pτ]*[(K₂/p)+K₃(Tp+1)+(K₄/Tp+1)]. Зарисовать структурную схему этой системы.

 

1. Система состоит из последовательно соединенных форсирующего, запаздывающего и дифференцирующего звеньев и параллельно подключенного к ним встречно-параллельного соединения с ООС безинерционного и интегрирующего звеньев.

Зарисовать схему и определить W (р) этой системы.

2. Определить какие звенья входят в состав данной системы и как они соединены, если:

W(P)=K₁p*[(K₂/T₂p²+T₁p+1)+K₃/p]*e^-pτ. Зарисовать структурную схему этой системы.

 

 

1. Система состоит из параллельного соединения форсирующего и изодромного звеньев и последовательно подключенного к ним встречно-параллельного соединения с ООС запаздывающего и инерционного звеньев.

Зарисовать схему и определить W (р) этой системы.

2. Определить какие звенья входят в состав данной системы и как они соединены, если:

W(p)=[(K₁/p)+e^-pτ]*[K₂+(K₃/Tp+1)+(K₄/T₂p²+T₁p+1)]. Зарисовать структурную схему этой системы.

 

 

1. Система состоит из последовательного соединения изодромного, инерционного и интегрирующего звеньев и параллельно подключенных к ним безинерционного и форсирующего звеньев.

Зарисовать схему и определить W (р) этой системы.

2. Определить какие звенья входят в состав данной системы и как они соединены, если:

W(p)=[K₁p+(K₂/T₂p²+T₁p+1)]*[e^-pτ/1+e^-pτ_*K₃/p]. Зарисовать структурную схему этой системы.

 

 

1. Система состоит из последовательного соединения безинерционного и колебательного звеньев и параллельно подключенных к ним форсирующего, интегрирующего и запаздывающего звеньев.

Зарисовать схему и определить W (р) этой системы.

2. Определить какие звенья входят в состав данной системы и как они соединены, если:

W(p)=[K₁/Tp+1]*[K₂/p]+[K₃p/1-K₃p*K₄(Tp+1)]. Зарисовать структурную схему этой системы.

 

1. Система состоит из параллельного соединения дифференцирующего и интегрирующего звеньев и последовательно подключенного к ним встречно-параллельного соединения с ПОС безинерционного и колебательного звеньев. Зарисовать схему и определить W (р) этой системы.

2. Определить какие звенья входят в состав данной системы и как они соединены, если:

 

W(p)=[K₁(Tp+1)+(K₂/Tp+1)]_*e^-pτ_*[(K₃/p)+K₄p]. Зарисовать структурную схему этой системы.

Лабораторная работа 15: Изучение устройства и работы электромагнитного тормоза с порошковой муфтой.

Цель работы:

1.Закрепить теоретические знания о работе двигателя, порошковой муфты и фототахометра.

2.Исследовать работу электромагнитного тормоза и сделать вывод о влиянии муфты на частоту вращения двигателя.

 

Используемые приборы:

1. Амперметр М42100 – 3 шт.

2. Вольтметр М42100 – 2 шт.

3. Цифровой фототахометр ДТ – 2234А.

4. Двигатель постоянного тока 2с УХИ4.

5. Реостат РПШ-2 – 2 шт.

6. Демонстрационный стенд с порошковой муфтой.

 

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Муфта представляет собой уст­ройство для передачи вращения от одного вала (ведущего), соеди­ненного с источником энергии, к другому валу (ведомому), связанному с приводным механизмом (нагрузкой). Электромеханиче­ские муфты — это муфты, управляемые электрическим сигналом, т. е. они являются преобразователями электрического сигнала в механический вращающий момент и одновременно усилителями мощности, так как мощность входного сигнала значительно меньше мощности, развиваемой на ведомом валу. Двигатель, вращающий ведущий вал, в энергетическом отношения играет ту же роль, что и источник питания в обычном электрическом усилителе.

Муфты делятся на муфты релейного действия, осуществляющие жесткое сцепление валов, и муф­ты непрерывного действия, осу­ществляющие гибкое сцепление валов.

Электромеханические муфты нашли применение в системах ав­томатики в качестве исполнитель­ных элементов. Основными пре­имуществами электромеханиче­ских муфт перед другими испол­нительными устройствами, напри­мер перед исполнительными дви­гателями, являются их большое быстродействие, плавный пуск и плавная регулировка скорости. Диапазон применения муфт по мощности — от нескольких ватт (например, в приборной следя­щей системе) до десятков тысяч киловатт (например, в приводах гребных винтов на судах, в про­катных и металлорежущих стан­ках).

По характеру передачи вра­щающего момента электромеха­нические муфты делятся на электромеханические муфты трения и электромеханические муфты скольжения. В свою очередь муфты трения различают на:

- муфты сухого трения (фрикционные)

- муфты вязкого трения (порошковые).

Ферропорошковые муфты трения позволяют плавно регулиро­вать передаваемый вращающий момент, а, следовательно, скорость вращения ведомой оси.

Пространство между дисками уплотнено и заполнено фер­ромагнитной маловязкой, но густой массой (наполнитель), со­стоящей, например, из смеси порошка карбонильного или крем­нистого железа (размер зерен 2—8 мкм) и смазывающего веще­ства (тальк, мелкозернистый графит или масло) для улучшения проскальзывания торца цилиндра, а, следовательно, и ведущей оси при холостом ходе.

Принцип работы муфты заключается в следующем. Если по­местить ферромагнитный наполнитель в магнитное поле, то отдель­ные частички железа намагничиваются и образуют цепочки элемен­тарных магнитиков. По мере увеличения магнитного поля ферро­магнитная масса затвердевает. Когда ток к обмотке электромаг­нита не подводится, т. е. когда магнитное поле в зазоре между дисками отсутствует, вязкость ферромагнитного наполни­теля невелика и с ведущего вала на ведомый вал передается незначительный момент за счет начальной небольшой вязкости ферромагнитного наполнителя. При пропускании тока по обмотке электро­магнита магнитный поток приводит к увеличению вязкости наполнителя, что в свою очередь приводит к тому, что момент, пере­даваемый на ведомый вал, увеличивается. По мере увеличения тока в обмотке ферромагнитная масса постепенно затвер­девает, увеличивается си­ла трения и величина мо­мента, передаваемого муфтой. Ведомый вал на­чинает следовать за ведущим. Вращающий момент на ведомом ва­лу определяется током в обмотке электромагнита и практически не зависит от скорости вращения ведомого вала. А если ведомый вал затормозить, то за счет возрастающего трения, торможению будет подвергаться и ведущий вал – такую муфту так и называют – электромагнитным тормозом. Скорость вращения двигателя зависит от величин токов в его обмотках а так же от нагрузки на его валу. И если нагрузкой двигателя является муфта с заторможенным ведомым диском, то муфта может выполнять роль переменной нагрузки.

По сравнению с фрикционными ферропорошковые муфты тре­ния имеют следующие достоинства:

1) большое быстродействие, т. е. малое значение времени срабатывания;

2) меньшее значение намагничивающей силы и мощности срабатывания (так как воз­душный промежуток заменен ферромагнитной массой);

3) большой срок службы — 400—500 ч (без смены наполнителя). Следует от­метить, что по истечении указанного срока службы наблюдается падение передаваемого момента, что объясняется быстрым окисле­нием и разрушением зерен порошка. Основным недостатком ферропорошковых муфт является сложность конструкции.

Скорость вращения двигателя можно измерять с помощью фототахометра, в котором используется фотоэлектрический способ определения скорости вращения специального диска с прорезями. Этот диск помещается на валу двигателя. С одной стороны диска размещается источник света (лампочка), а с другой стороны – светочувствительный элемент, который включен в цепь измерительного прибора. При вращении диска свет действует на светочувствительный элемент с разной интенсивностью, в зависимости от скорости вращения двигателя, вызывая в измерительной цепи различный по величине ток, который и измеряется прибором.

 

 

Порядок выполнения работы:

1. Исходное состояние стенда: тумблеры «Сеть», «Двигатель», «Электротормоз» -- в положении «Выключено».

2. Включить тумблер «Сеть», расположенный справа от двигателя, должна загореться лампочка и появятся показания вольтметра Uсети.

3. Записать показания вольтметра Uсети в таблицу.

 

Таблица

Режим работы	Uсети, В	Iя, А	Iв, А	Iт, А	Uт, В	n, об/мин
Без нагрузки
С нагрузкой

 

4. Включить тумблер «Двигатель», наблюдать за вращением двигателя.

5. Записать показания амперметров «Ток якоря» и «Ток возбуждения» в таблицу.

6. Произвести измерение частоты вращения двигателя в следующей последовательности:

- нажать кнопку включения питания на правой стороне корпуса цифрового фототахометра и не отпускать ее;

- направить световой луч на фотоотражающую метку на вращающемся валу;

- нажать на красную кнопку на лицевой панели прибора 3 раза и записать в таблицу третье по счету показание.

ВНИМАНИЕ! Для большей точности измерений работу обязательно выполнять вдвоем, при этом один должен следить за положением светового луча, чтобы он не сдвигался с «метки», а другой – снимает и записывает показания.

7. Включить тумблер «Электротормоз» и наблюдать за изменением числа оборотов двигателя.

8. Записать показания всех приборов в таблицу.

9. Выключить тумблеры «Электротормоз», «Двигатель» и «Сеть» в той последовательности, как указано.

10. Сравнить полученные данные измерений в режимах «Без нагрузки» и «С нагрузкой» и сделать выводы о влиянии муфты на работу двигателя.

11. Ответить на контрольные вопросы.

 

 

 

Рис. 24. Схема исследования электромагнитного тормоза с порошковой муфтой

Контрольные вопросы:

1. Почему исследуемую схему называют электромагнитным тормозом?

2. Почему муфта называется порошковой?

3. Назвать основные достоинства и недостатки порошковой муфты.

4. Объяснить влияние муфты на число оборотов двигателя.

5. В чем заключается принцип работы порошковой муфты?

6. Объяснить фотоэлектрический способ измерения числа оборотов двигателя.

7. Какой измерительный прибор может быть включен в цепь измерения числа оборотов?

8. Что можно сказать об инерционности датчика, применяемого в фототахометре?

9. Назвать другие способы изменения числа оборотов двигателя.

 

 

Лабораторная работа 16: Исследование следящей системы температуры.

 

Цель: - Закрепить на практике знания о работе следящей системы на примере САР температуры;

- Построить временную характеристику системы и по ней сделать вывод о свойствах системы.

 

Используемые приборы:

1.Регулятор РТ-049.

2.Нагреватель.

3.Термосопротивление ТСП-0879-0,1-50÷250˚С.

4.Мультиметр М-838.

5.Измерительный провод с термопарой.

 

 

Теоретическая часть:

Система автоматического регулирования (САР) предназначена для автоматического выполнения операций с зависимостью процесса управления от конечного результата. В этой системе предусмотрена цепь, соединяющая (замыкающая) выход системы с устройством, где происходит сравнение выходного откорректированного сигнала системы—действительного значения управляемой величины с заданной. Благодаря этому сравнению в системе автоматически вырабатывается управляющее воздействие, изменяющее (поддерживающее) значение контролируемого параметра.

Типовая структурная схема замкнутой САР, приведена на рисунке 1.

 

СУ z(t)

x₀(t) x(t) ε(t) U_k(t) y(t)

y₀(t)

 

Рис.25 – Структурная схема простейшей САР.

 

Эта схема состоит из характерных блоков (элементов): задающего устройства ЗУ, которое на основе воздействия Хо(t) вырабатывает входной сигнал системы Х(t); сравнивающего устройства СУ, где происходит сравнение откорректированного сигнала обратной связи Yо(t) с входным сигналом Х(t); управляющего устройства УУ, вырабатывающего команду управления Uк(t) на основании полученного сигнала ошибки ξ(t)=X(t)-Yo(t).

Под действием команды управления исполнительное устройство ИУ воздействует на объект регулирования ОР, т.е. изменяет Y (t) и Yo(t) до тех пор, пока сигнал ошибки ξ(t) не станет минимальным (в лучшем случае равным нулю).

Если помеха Z(t) уменьшит Y(t), то ξ(t) увеличится, что вызовет увеличение Y(t) до тех пор, пока сигнал ошибки не станет минимальным. В результате действие помехи почти нейтрализуется.

Цепь с корректирующим устройством КУ, по которой сигнал с выхода системы поступает на ее вход (на элемент сравнения), называют обратной связью.

Эта обратная связь, как следует из формулы определения ошибки, отрицательна. При работе системы благодаря отрицательной обратной связи обеспечивается получение минимального сигнала ошибки.

Замкнутый контур, в который входит цепь обратной связи (от сравнивающего устройства до выхода системы), называют контуром регулирования.

На практике, как правило, используются замкнутые системы автоматического регулирования с контуром обратной связи.

Следящая система —это такая разновидность САР, когда изменение выходного параметра Y(t) происходит по заранее неизвестному закону изменения задающего воздействия Х(t).Во время работы системы регулируемая величина Y(t) должна изменяться в полном соответствии с задающим воздействием, т.е. она следит за ним. К таким системам относятся системы автоматического сопровождения цели (например, телескоп следит за движением небесного тела), системы синхронного следящего электропривода (вал электродвигателя следит за положением задающего вала), системы автоподстройки частоты (в радиоприемнике осуществляется слежение за частотой входного сигнала). Также примерами следящих систем являются автоматический потенциометр и автоматический мост, т.к. в них вырабатывается сигнал ошибки, который отрабатывается системой.

Если задающее воздействие Х(t) во время работы не изменяется, то и Y(t) будет поддерживаться на одном и том же постоянном уровне, такие САР называются системами стабилизации.

А если задающее воздействие Х(t) изменяется по заранее заданному закону (по программе), то такие системы называются системами программного регулирования.

В данной лабораторной работе исследуется система стабилизации температуры.

 

Порядок выполнения работы:

 

1. Собрать схему исследования:

-- термопару измерительного прибора поместить в нагреватель;

-- измерительный провод подключить к прибору следующим образом: красный провод—к клемме VΩmА, а черный—к СОМ.

2. Ручку мультиметра установить в положение «ТЕМП.˚С».

3. Ручкой задатчика установить заданное значение температуры по заданию преподавателя.

4. Записать исходные показания мультиметра.

5. Включить тумблер «Сеть» и заметить по часам время начала нагрева.

6. С помощью мультиметра определять текущее значение температуры в нагревателе каждые 2 минуты, данные заносить в таблицу.

 

t, мин 0 2 4 …………

Т˚

 

7. Наблюдать за погасанием и загоранием зеленой М и красной Б лампочек.

8.Измерения проводить до момента установления показаний прибора.

9.По полученным данным измерений построить характеристику: Т˚=f(t).

10.По характеристике определить динамическую и статическую ошибки САР.

11.Сделать вывод о работе исследованной системы.

12.Ответить на контрольные вопросы.

 

Рис. 26. Схема исследования следящей системы температуры

Контрольные вопросы:

1. Что такое следящая система и что ее отличает от других САР?

2. Из каких основных элементов состоит любая следящая система?

3. Какой вид обратной связи вводится в следящую систему и зачем?

4. От чего зависит направление перемещения исполнительного устройства в следящей системе?

5. Привести примеры использования следящих систем.

6. Какие еще разновидности САР по виду изменения Х(t) существуют и чем они отличаются?

7. Что такое «сигнал ошибки», где он образуется и зачем?

8. Как называется полученная в ходе исследования характеристика?

 

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 3: Расчет надежности автоматических систем.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:1.Научиться определять надежность готовых и проектируемых средств автоматизации;

2.Сделать выводы по полученным результатам расчета и уметь их использовать при оценке надежности на практике.

 

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИБОРЫ:

1.Калькуляторы.

2.Принципиальные схемы автоматических систем.

3.Методика расчета.

4.Таблица «Средняя интенсивность отказов элементов автоматических систем».

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Надежностью называется способность любого изделия, в том числе приборов и средств автоматизации сохранять свои характеристики в заданных пределах в течение заданного промежутка времени.

 

Надежность изделия зависит от надежности отдельных деталей. При рассмотрении надежности системы предполагают, что все эти детали включены последовательно, т. е. выход из строя любого элемента приводит к выходу из строя всей системы. Чем больше количество элементов в системе, тем ниже ее надежность.

Особенность оценки надежности заключается в том, что надежность нельзя измерить.

На нее влияет случайный характер многих факторов, поэтому основу расчета надежности составляет теория вероятностей.

 

Для анализа надежности изделия необходимо определить границу, за которой прибор перестает удовлетворять требованиям надежности. С надежностью неразрывно связано понятие работоспособности.

Работоспособность – это состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с заданными параметрами.

 

Отказ – это событие, которое заключается в нарушении работоспособности прибора.

 

Безотказность – это свойство изделия сохранять работоспособность в течение некоторого времени (наработки) без вынужденных перерывов.

Это свойство характеризует надежность изделия.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1. По полученному заданию привести принципиальную схему системы, с обязательным указанием всех динамических воздействий в ней.

2. Выписать все элементы данной системы и по таблице справочника определить интенсивность отказа каждого элемента.

 

Например:

λ_{трансформатора} = 0,2 * 10 ^{– 6} 1/час

λ_{эл.двигателя} = 0,3 * 10 ^{– 6} 1/час

λ_{вольтметра} = 0,75 * 10 ^{– 6} 1/час

λ_{предохранителя} = 0,5 * 10 ^{– 6} 1/час

λ_{переключателя} = 0,063 * 10 ^{– 6} 1/час (2 шт.)

λ_{потенциометра} = 1,4 * 10 ^{– 6} 1/час

λ_лампы = 8,625 * 10 ^{– 6} 1/час

λ_{редуктора} = 0,9 * 10 ^{– 6} 1/час

λ_{усилителя} = 0,5 * 10 ^{– 6} 1/час

λ_оси = 0,35 * 10 ^{– 6} 1/час (5 шт.)

λ_{задатчика} = 0,075 * 10 ^{– 6} 1/час (2 шт.)

 

2.Определить интенсивность отказа всех элементов схемы по формуле:

 

λ _Σì = 16,701 * 10 ^{– 6} 1/час

 

3. Определить интенсивность отказа с учетом монтажа:

 

λс=К_м*λ _Σì,

 

где К_м= от1,1 до1,4 – коэффициент монтажа, величина которого выбирается в зависимости от количества элементов схемы (чем больше количество элементов в схеме, тем выше коэффициент монтажа).