Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "электромеханические системы"

Министерство образования РФ

_______________

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет "ЛЭТИ"

________________________________________________________

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Методические указания

к лабораторным работам по дисциплине

"ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ"

Санкт-Петербург

Издательство СПбГЭТУ "ЛЭТИ"

2000

УДК 62-50

Исследование систем автоматического управления: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "Электромеханические системы" / Сост.: С. Н. Гайдучок, Н. В. Соловьев. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ". 2000. 32 с.

Рассмотрены принципы построения и математическое описание замкнутых систем управления, а также приведены сведения по расчету и практическому определению их статических и динамических характеристик.

Предназначены студентам дневной и вечерней форм обучения специальности 210100 “Управление и информатика в технических системах”.

Утверждено

редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний

 СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2000

Настоящий цикл лабораторных работ знакомит студентов с основными принципами построения систем автоматического управления. Рассматриваются методы, позволяющие выполнить синтез сложных многоконтурных систем. Особенность данного цикла работ состоит в том, что применяемые в нем лабораторные стенды ранее использовались для проведения работ по курсу "Элементы и устройства автоматических систем", т. е. были получены результаты в виде математического описания элементов, которые используются в данном курсе для решения задач анализа и синтеза замкнутых систем управления.

Лабораторные стенды имеют в своем составе необходимые измерительные и регистрирующие приборы, а также персональные ЭВМ и устройства связи, используемые для автоматизации исследования и реализации законов управления.

Методические указания предназначены студентам дневной и вечерней форм обучения специальности 210100, изучающим курс "Электромеханические системы". Кроме того, они могут быть использованы студентами при изучении ряда разделов курса "Теория управления", "Локальные системы" или "Автоматизированное управление", в том числе и студентами других специальностей.

Лабораторная работа № 1

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ

ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Целью работы являются:

  1. Исследование статических и динамических характеристик замкнутой маломощной системы регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока при возможных изменениях коэффициента передачи и других параметров.

  2. Расчет и практическая реализация корректирующих устройств.

  3. Сравнение результатов расчета и эксперимента, в том числе с аналогичными результатами, полученными при проведении работы № 2.

Общие указания

В решении задач автоматизации технологических процессов важное место занимают проблемы регулирования скорости перемещения объектов. Существуют различные принципы организации систем регулирования скорости. В данной лабораторной работе предлагается исследовать одноконтурную систему регулирования скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Структурная и принципиальная схемы исследуемой системы представлены на рис. 1.1 и 1.2 соответственно.


В работе предлагается рассчитать, реализовать и провести экспериментальное исследование системы регулирования скорости вращения двигателя в двух вариантах: с последовательной корректирующей цепью (ПКЦ) и с использованием гибкой обратной связи (ГОС). Статические и динамические показатели качества системы регулирования во многом определяются значением коэффициента передачи разомкнутой системы. Из представленной на рис. 1.2 принципиальной схемы видно, что единственным звеном, коэффициент передачи которого можно изменять, является усилитель постоянного тока (УПТ).

При заданных значении установившейся ошибки регулирования и диапазоне регулирования скорости необходимый коэффициент передачи разомкнутой системы определяется по формуле

, (1.1)

где - относительная ошибка в системе без регулятора, т.е. отношение естественного перепада скорости двигателя Δωс при номинальном моменте сопротивления нагрузки на валу двигателя МД = МС к скорости идеального холостого хода ω0, %, при ω0 = ωmin; - ошибка регулирования, выражающая отношение абсолютного значения ошибки в системе регулирования Δωр при МД=МС к скорости идеального холостого хода ω0, %, при ω0 = ωmax; - коэффициент передачи разомкнутой системы ( kУ - коэффициент передачи усилителя УПТ; kД - коэффициент передачи двигателя Д; kТГ - коэффициент передачи тахогенератора ТГ).

При выполнении лабораторной работы № 1 по курсу "Элементы и устройства автоматических систем", в которой использовался этот же стенд, были изучены элементы данной структурной схемы и в результате анализа снятых статических и динамических характеристик и необходимых расчетов были определены Δωс, kД, kТГ, TЭМ, диапазон изменения kУ. Параметр, требующий более тонкого эксперимента, указан на лицевой панели макета (TУ). Элементы рассматриваемой системы регулирования скорости хорошо известны и имеют следующие передаточные функции:

- передаточная функция двигателя по управляющему воздействию;

- передаточная функция двигателя по возмущающему воздействию;

- передаточная функция усилителя;

- передаточная функция тахогенератора;

- передаточная функция фильтра, используемого для сглаживания коллекторных пульсаций ТГ.

Реализация замкнутой системы требует расчета коррекции. Расчет корректирующих устройств (ПКЦ и ГОС) можно производить вручную, используя, например, ЛАЧХ, или с помощью ПЭВМ. И в том и в другом случае необходимо стремиться к тому, чтобы при хороших динамических показателях качества системы конфигурация корректирующих цепей и их параметры соответствовали возможностям их реализации на лабораторном стенде. После проведения расчета следует реализовать систему регулирования, определить ее статические и динамические показатели качества и сравнить их с расчетными. При известных параметрах системы ошибка регулирования по возмущающему воздействию может быть рассчитана из (1.1)

. (1.2)

Для определения качественных показателей системы по управляющему воздействию на стенде имеется тумблер К1. Возмущающее воздействие на систему подается с помощью тумблера К2 "ВКЛЮЧЕНИЕ МУФТЫ" и регулируется потенциометром "МОМЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ".

Порядок выполнения работы

  1. Ознакомиться с общими указаниями к выполнению данной лабораторной работы. Вариант задания получить у преподавателя заранее, во время завершения предыдущей работы.

  2. Ознакомиться с расположением элементов системы и органов управления на лицевой панели макета и их назначением .

  3. Рассчитать параметры ПКЦ для выполнения полученного варианта работы.

  4. Перед включением тумблера "СЕТЬ" установить потенциометр задающего напряжения Uз в положение "0" (при этом тумблер К1 должен быть в верхнем положении 2), коэффициент усиления усилителя в положение "10", момент сопротивления - "0", т. е. тумблер включения муфты К2 установлен в положение "ВЫКЛЮЧЕНО".

  5. Собрать схему регулирования скорости без корректирующих устройств. Фильтр с заданным значением ТФ должен быть включен в схему. Измерительный прибор UТГ необходимо подключить к тахогенератору. Включить тумблер "СЕТЬ", убедиться в правильности включения обратной связи по скорости. Увеличивая коэффициент передачи усилителя, определить значение критического коэффициента передачи системы. Выключить тумблер "СЕТЬ".

  6. В соответствии с принципиальной схемой ввести в систему ПКЦ. Установить параметры корректирующей цепи в соответствии с расчетами предыдущего п. 3, выставить заданное значение kУ, включить тумблер "СЕТЬ".

  7. С помощью задающего потенциометра RД установить максимальное значение напряжения на выходе усилителя UУ = 20 В, соответствующее максимальному значению регулируемой скорости двигателя ωmax. Рассчитать значение ωmax и определить ее экспериментально, используя измерительные приборы. Эксперименты проводить для двух заданных значений kУ.

  8. Подключить к дополнительным клеммам тахогенератора осциллограф и по кривой переходного процесса, наблюдаемого на экране осциллографа, определить время регулирования tр и максимальное перерегулирование σmax% исследуемой системы, при ступенчатом изменении задающего напряжения ΔUЗ (тумблером К1) .

  9. При значении UУ = 20 В включить муфту тумблером К2 и установить потенциометром "МОМЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ" ток якоря двигателя IЯ = 1.5 А. Включая и выключая муфту (К2) зарисовать переходный процесс ω(t) с экрана осциллографа при сбросе и набросе нагрузки, определив при этом значение установившейся ошибки Δωр от возмущающего воздействия: , а UУ - напряжение на выходе УПТ на холостом ходу двигателя, UТГс - напряжение тахогенератора при IЯ = 1.5 А. Подключив вольтметр к выходу элемента сравнения и измерив ΔU, определить суммарную ошибку системы регулирования скорости .

  10. С помощью задающего потенциометра RД установить минимальное значение напряжения на выходе усилителя UУ = 5 В, соответствующее минимальному значению регулируемой скорости двигателя ωmin и при данном значении скорости повторить эксперименты по пп. 8 и 9.

  11. Рассчитать параметры ГОС и включить ее вместо ПКЦ.

  12. Повторить все эксперименты исследования системы регулирования скорости в соответствии с пп. 7–10.

Оформление отчета

Результаты выполненной работы должны быть представлены в виде отчета, содержащего:

  1. Структурную схему системы регулирования скорости.

  2. Принципиальную схему макета установки.

  3. Расчет параметров корректирующих цепей (ПКЦ и ГОС).

  4. Расчет установившихся ошибок по возмущающему воздействию в процентах к естественному перепаду скорости двигателя Δωс и в процентах к регулируемому значению скорости вращения двигателя в соответствии с (1.2) относительно ωmax и ωmin.

  5. Результаты моделирования систем с ПКЦ и ГОС (приводятся при машинном расчете системы), т. е. зависимость ω(t) для управляющего и возмущающего воздействий.

  6. Результаты экспериментального исследования систем регулирования с ПКЦ и ГОС при задании ωmax и ωmin.

  7. По данным экспериментов для всех случаев необходимо определить tр, σmax%, а также значения установившихся ошибок от возмущающего воздействия Δωр и суммарную ошибку регулирования Δω: их абсолютные значения, а также в процентах к естественному перепаду скорости двигателя Δωс и значениям регулируемых скоростей ωmax и ωmin в процентах.

  8. Сравнение по всем вариантам исследования расчетных и экспериментальных данных, для чего полученные результаты необходимо представить в виде сводной таблицы.

    Показатель качества системы регулирования

    Система с ПКЦ

    Система с ГОС

    Расчет или моделирование

    Обработка данных эксперимента

    Расчет или моделирование

    Обработка данных эксперимента

    ω0= ωmax

    ω0= ωmin

    ω0= ωmax

    ω0= ωmin

    Δωр, рад/с

    Δωр/Δωс, %

    Δωр0, %

    Δр, %

    Расчет по формуле (1.2) при заданных параметрах

    tр,c

    σmах %

  9. Выводы по работе.

Лабораторная работа № 2

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ

ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

С ПОДЧИНЕННЫМ ТОКОВЫМ КОНТУРОМ

Целью работы являются:

  1. Изучение принципов построения и практической реализации систем подчиненного регулирования.

  2. Овладение навыками расчета и настройки регуляторов системы подчиненного регулирования.

  3. Расчет и практическое определение статических и динамических характеристик системы регулирования скорости при различных видах настройки регуляторов.

  4. Сравнение полученных результатов и их сопоставление с аналогичными результатами исследования одноконтурной системы регулирования скорости (работа № 1).

  1. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "элементы и устройства автоматических систем"

    Методические указания
    Исследование элементов систем управления: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "Элементы и устройства автоматических систем" / Сост.
  2. Методические указания к лабораторным работам, практическим занятиям и курсовому проектированию по дисциплинам "Электромеханические системы"

    Методические указания
    Исследование элементов и синтез систем автоматического управления: Методические указания к лабораторным работам, практическим занятиям и курсовому проектированию по дисциплинам "Электромеханические системы", "Технические
  3. Методические указания к проведению лабораторных работ по дисциплине «автоматизированный электропривод» часть основы электропривода

    Методические указания
    Цель работы — изучить механические характеристики электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением и способы регулирования его частоты вращения.
  4. Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей, все формы обучения

    Методические указания
    Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» составлены на основании рабочих программ дисциплины «Безопасность жизнедеятельности».
  5. Учебно-методический комплекс по дисциплине «управление техническими системами» для студентов 4 курса специальности: 190205 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» (СМ)

    Учебно-методический комплекс
    Цель учебной дисциплины состоит в том, чтобы на основе изу­чения теории автоматического управления, принципа действия, кон­структивных особенностей и области применения устройств авто­матики, методов их построения, эксплуатации и ремонта
  6. Обеспечение образовательного процесса учебной и учебно-методической литературой по заявленным к лицензированию образовательным программам n п/п (13)

    Программа
    Reimann, Monika. Основы грамматики = Grundstufen-Grammatik. Russische Version : немецкий язык как иностранный : объяснения и упражнения / M. Reimann .— Ismaning : Max Hueber Verlag, 2 .
  7. Отчет о самообследовании основной образовательной программы по специальности 260203 Технология сахаристых продуктов

    Содержательный отчет
    Подготовка дипломированных специалистов по основной образовательной программе (ООП) по специальности 260203 Технология сахаристых продуктов ведется в Воронежской государственной академии с 1924 года.
  8. План издания учебной и методической литературы уральского государственного университета путей сообщения на 2009 год

    Документ
    Лабораторные работы по программированию в системе Delpfi для специальностей 190402–Автоматика, телемеханика и связь, 080801– Прикладная информатика в экономике
  9. Программа дисциплины по кафедре "Cтроительные и дорожные машины " технические основы создания машин

    Программа дисциплины
    Программа составлена в соответствии с содержанием и требованиями Государственного образовательного стандарта, предъявляемыми к минимуму содержания дисциплины и в соответствии с примерной программой дисциплины, утвержденной департаментом

Другие похожие документы..