11755

Изучение лабораторного оборудования и методики выполнения лабораторных работ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Изучение лабораторного оборудования и методики выполнения лабораторных работ Методические указания по выполнению лабораторной работы Изучение лабораторного оборудования и методики выполнения лабораторных работ по дисциплине Теория автоматического управлени

Русский

2013-04-11

593 KB

23 чел.

Изучение лабораторного оборудования и методики выполнения лабораторных работ

Методические указания по выполнению лабораторной работы «Изучение лабораторного оборудования и методики выполнения лабораторных работ» по дисциплине «Теория автоматического управления» для студентов, обучающихся по специальностям 22020165, 22030165, 19020165, 15020465, 15020165, 15010165 и направлениям 22020062 и 15090062.
В методических указаниях приведены исчерпывающие сведения по составу и структуре лабораторного оборудования и приборов, правил работы с ними, технике безопасности при выполнении лабораторных работ, порядке проведения лабораторных работ, требованиях по уровню подготовки к лабораторным работам, проведении лабораторных работ, оформлению и сдаче отчётов по лабораторным работам по дисциплине «Теория автоматического управления».


1. О дисциплине «Теория автоматического управления»

Теория автоматического управления, как научное направление сформировалось на заре развития машиностроения, когда потребовалось заменить управляющего производственными установками человека-оператора на системы управления, работающие без участия человека. Одной из первых автоматических систем того периода является регулятор скорости вращения паровой машины Уатта. Первоначально эти системы были чисто механическими, а по мере развития электротехники и электроники стали разрабатываться и соответствующие электрические и электронные системы автоматического управления.

Чисто механические системы автоматики, как правило, работают без внешнего источника энергии и потому называются регуляторами прямого действия. Электромеханические и электронные системы управления требуют внешнего источника электроэнергии и потому относятся к системам непрямого действия.

Системы автоматического управления можно разделить на два класса. Первый - системы непрерывного действия или аналоговые, например регулятор машины Уатта. Второй - системы дискретного действия. Ко второму классу относятся релейные, импульсные и цифровые системы управления. Дискретные системы цифрового типа являются наиболее современными поскольку они включают в контур управления компьютер или микропроцессор.

2. Задачи лабораторного практикума

Данные методические указания предназначены для студентов МГТУ “МАМИ” всех специальностей, выполняющих лабораторные работы по курсу «теория автоматического управления».

Руководство составлено так, что даёт возможность студенту подготовиться к лабораторному занятию и провести все исследования, предусмотренные заданием. При этом подразумевается, что студент пользуется конспектом лекций и соответствующими рекомендованными учебниками.

Лабораторные работы преследуют следующие цели:

  •  приучить студента к экспериментальным исследованиям и выполнению их в соответствии с планом;
  •  научить студента методам получения основных зависимостей опытным путём и экспериментальной проверке важнейших теоретических соотношений;
  •  научить студента правильному обращению с измерительной аппаратурой и её применению для решения конкретной задачи;
  •  научить студента правильно оформлять и анализировать результаты экспериментальных исследований;
  •  закрепить в памяти студента теоретический материал, излагаемый на лекциях и в научной литературе, демонстрируя его применение в реальной обстановке экспериментальных исследований.

3. Техника безопасности при выполнении лабораторных работ

  1.  Все приборы в лаборатории питаются от электросети переменного тока с эффективным напряжением 220 вольт и частотой 50 герц. Если приборы не имеют двойной изоляции, то их металлические корпуса должны быть обязательно заземлены. В современных приборах, например, компьютерах, заземление осуществляется через третий контакт вилки европейского типа. Корпуса старых приборов заземляются отдельным проводом от специального винтового зажима с обозначением земли. Заземляющие проводники должны быть подпаяны к толстой заземляющей шине, проложенной вдоль лабораторных столов.
  2.  Категорически запрещается включать сетевое напряжение, если у прибора старого типа отсоединен или оборван заземляющий провод. Студенты обязаны перед включением приборов проверить, не отсоединился ли заземляющий провод. В случае обрыва заземляющего провода, установки не включать и сообщить об этом преподавателю. Студент обязан уведомить преподавателя или лаборанта об отсутствии заземления металлического корпуса прибора.
  3.  Во время работы запрещается одновременное касание двумя руками двух различных заземленных предметов, например, двух различных стендов. Запрещаются также соприкосновения с такими заземлёнными предметами, как трубы и радиаторы центрального отопления.
  4.  После проведения необходимой коммутации (соединения различных стендов с измерительными приборами), студент должен предъявить её для проверки преподавателю. Электрические сигналы передаются от одного прибора к другому по двум проводам. Один из них является сигнальным проводом, а другой соединяется с корпусом прибора и поэтому оказывается заземленным. Его также называют «массой» или  общим проводом.
  5.  Особое внимание необходимо уделять тому, чтобы сигнальный провод генератора никогда не подсоединялся к клемме «земля» другого прибора. Нарушение этого правила приводит к коротким замыканиям генератора!
  6.  Строго придерживаться указанной в описании к работе последовательности подачи и снятии питающих напряжений и не превышать максимально допустимых величин токов.
  7.  Подключение измерительного кабеля осциллографа и милливольтметра к точкам измерения производится, не отключая их от сети.
  8.  Не производить самостоятельно никаких ремонтных работ со стендом и прочей аппаратурой, используемой в лаборатории. Обо всех неисправностях немедленно сообщите преподавателю или лаборанту.
  9.  Штекеры включать в гнёзда полностью, не оставляя открытыми металлические части разъёмов.
  10.  Недопустимо присоединение при помощи проводов несколько цепей к одному штекеру (гнезду).
  11.  По окончании работы выключить питание стенда и всей прочей аппаратуры (осциллограф, вольтметр и пр.), снять все коммутационные провода. Измерительные кабели от осциллографа и милливольтметра остаются подключенными к последним.
  12.  При включении любого штекера необходимо держать его за изолированную часть, не касаясь металлического контакта. Исключение составляют штекеры измерительных кабелей осциллографа и милливольтметра.

4. Правила подготовки студента к занятию и порядок выполнения лабораторных работ

Студент обязан подготовиться к занятию, пользуясь данным руководством, учебниками и конспектом лекций.

Подготовленным к занятию считается тот студент, который:

  •  освоил правила техники безопасности при работе с лабораторным оборудованием;
  •  подготовил к занятию оформленный конспект, содержащий теоретическую часть отчёта по выполнению лабораторной работы и бланки таблиц для снятия экспериментальных данных;
  •  знаком по руководству с правилами пользования измерительными приборами и с помощью этого руководства может производить перечисленные в работе измерения;
  •  умеет объяснить принцип действия и назначение деталей исследуемого устройства;
  •  умеет объяснить все характеристики исследуемого устройства с привлечением эквивалентных схем, временных диаграмм и формул;
  •  выполнил все предусмотренные в методическом пособии упражнения;
  •  изучил последовательность выполнения лабораторной работы и технику эксперимента;
  •  выполнил тест, предложенный преподавателем.

Преподаватель перед занятием проверяет подготовку студента к занятию при помощи собеседования или тестирования. Недостаточно подготовленный студент к выполнению лабораторной работы не допускается, о чём преподаватель отмечает в лабораторном журнале.

Отработки пропущенных лабораторных работ проводятся в соответствии с действующим порядком отработки пропущенных занятий в конце семестра и во время, удобное для преподавателя.

Перед началом первого лабораторного занятия студент должен прочесть инструкцию по технике безопасности, обязаться выполнять её и расписаться об этом в контрольном листе по технике безопасности.

Студенты, допущенные к выполнению лабораторной работы, выполняют её индивидуально или в подгруппах. При этом:

  1.  После сборки схемы студенту необходимо предъявить её для проверки преподавателю или лаборанту. Включать стенд и начинать эксперимент допускается только после получения разрешения от преподавателя.
  2.  Следует строго придерживаться указанного в методическом описании к работе алгоритма действий (последовательности проведения эксперимента).
  3.  Нельзя касаться руками неизолированных участков схемы, находящихся под напряжением. Наличие напряжения следует проверять только специальными приборами, предназначенными для этих целей и в соответствии с заданием и правилами техники безопасности.
  4.  Работа считается законченной после проверки и утверждения преподавателем полученных результатов. По окончании работы студент должен предъявить преподавателю конспект с данными измерений и получить отметку о выполнении работы.
  5.  Перед уходом из лаборатории студент должен сдать рабочее место сотруднику лаборатории (преподавателю). При этом рабочее место должно быть чистым, а оборудование – в исходном состоянии и выключено.
  6.  Если работа выполнена досрочно и безошибочно, то преподаватель может разрешить сдачу теории по данной или одной из предыдущих лабораторных работ. Защита выполненных лабораторных работ осуществляется в течение семестра.

5. Правила оформления отчёта по лабораторной работе

  1.  Отчёт по каждой лабораторной работе должен быть оформлен аккуратно, чернилами или на компьютере, с соблюдением обозначений по ГОСТ.
  2.  Титульный лист оформляется по образцу, приведённому в приложении 1.
  3.  Страницы отчёта должны быть пронумерованы.
  4.  В конце отчёта приводится список использованной литературы.
  5.  Экспериментальные данные должны быть представлены в таблицах, формы которых приведены в соответствующих пособиях к лабораторным работам.
  6.  Графики можно оформлять простыми или цветными карандашами.
  7.  Все частотные характеристики должны быть вычерчены в логарифмическом масштабе.
  8.  В целях сравнения полезно в одни координатные оси помещать несколько кривых, характеризующих данное явление. На каждой кривой указать, при каком параметре и условии она получена.
  9.  Полученные кривые следует сопоставлять с теоретическими, которые следует нанести пунктиром.
  10.  Графоаналитические расчёты выполняются или прямо на соответствующих графиках, или в конце отчёта. При вычислениях необходимо проставлять единицы измерения.
  11.  Отчёты, оформленные с нарушениями вышеперечисленных правил, возвращаются студенту для переделки.

6. Правила сдачи лабораторных работ

Защита лабораторной работы возможна только после её выполнения. Сдавать (защищать) лабораторную работу можно в оставшееся время на занятии, после выполнения плана текущего занятия. Для сдачи лабораторных работ могут быть отведены часы в плане учебных занятий.

К сдаче лабораторных работ допускаются студенты, имеющие отметку о выполнении лабораторной работы и оформившие отчёт в соответствии с указанными выше требованиями.

Оценка студента проставляется преподавателем на титульном листе лабораторной работы и заносится преподавателем в журнал.

В конце семестра студент, выполнивший учебную программу и защитивший все лабораторные работы, получает зачёт по лабораторному практикуму. При этом студент сдаёт все отчёты по лабораторным работам преподавателю.

К зачёту по лабораторным работам допускается только тот студент, который имеет по всем лабораторным работам оценки не ниже «удовлетворительно».

При хороших и отличных оценках, полученных в срок, студент может на основании устного собеседования с преподавателем получить досрочно зачёт по лабораторному практикуму.


7. Лабораторные стенды

В учебной лаборатории В-207 лабораторное оборудование разделено на 4 подгруппы, каждая из которых состоит из трех однотипных учебных установок:

  1.  Следящая система информационно-измерительного типа, состоящая из автоматического потенциометра КСП-4, осциллографа С1-81, милливольтметра В3-38 и трансформатора для нагрева термопар, общего на три установки. На данном стенде выполняется лабораторная работа «Исследование автоматической измерительной системы (потенциометра)».
  2.  Аналоговый вычислительный комплекс АВК-6 (три отдельные установки). На данном стенде выполняется лабораторная работа «Моделирование динамических звеньев систем автоматического управления на аналоговом вычислительном комплексе АВК-6».
  3.  Следящая система авиационного типа в состав которой входят такие приборы, как осциллограф С1-82 или С1-68, милливольтметр В3-38, генератор Г3-56/1 и один на три установки блок питания Б5-8. На данном стенде выполняется лабораторная работа «Исследование приборной системы слежения за угловым положением вала».
  4.  Система автоматического регулирования частоты вращения электродвигателя или просто САР (три отдельные установки и общий понижающий трансформатор на стене). На данном стенде выполняется лабораторная работа «Исследование системы автоматического регулирования частоты вращения вала двигателя».

8. Лабораторные измерительные приборы

В состав лабораторных стендов входят измерительные приборы: осциллографы, милливольтметры, генераторы.

8.1. Осциллографы

Электронный осциллограф - универсальный прибор, позволяющий производить различные измерения постоянных и переменных напряжений с одновременным наблюдением формы исследуемых сигналов. Главное преимущество осциллографов состоит в том, что они позволяют не только определить величину измеряемого сигнала, но и показывают его форму. Поэтому по осциллографу можно определить пиковые и амплитудные величины сигналов, а также определить величину периода гармонического сигнала или скважность прямоугольных импульсов.

В лаборатории применяются различные типы осциллографов: С1-72, С1-65, С1-68, С1-81. Принципиальных отличий у этих типов осциллографов нет. Осциллограф С1-68 включается тумблером «сеть», а С1-81 - поворотом по часовой стрелке второй маленькой ручки в нижнем ряду. У С1-81 - два входа; мы используем «левый» и в соответствующее положение ставим крайнюю левую ручку.

На рисунке 1 показан экран осциллографа с переменным сигналом в виде синусоиды. Измерения переменных сигналов производят, вычисляя расстояние между верхним и нижним пиковыми значениями. Первоначально измерения делают в клетках экрана. В данном случае напряжение размаха составляет шесть клеток (Uраз = 6 ). Затем вычисляют напряжение размаха в Вольтах, умножая количество клеток на масштаб клетки. Масштаб клетки зависит от положения переключателя «Вольт/деление» (на некоторых осциллографах данный переключатель обозначен «Вольт/сантиметр»). Так, например, если переключатель стоит в положении 0,5 Вольт/делен, то Uраз = 6*0,5 = 3 В.

Под амплитудой гармонических сигналов понимается максимальное отклонение от средней линии гармонического сигнала, поэтому определяется расстояние между крайней верхней и крайней нижней точкой сигнала и делится пополам, т.е. определяется как половина размаха Um = Uраз/2. В нашем случае амплитудное значение Um = 3/2 = 1,5 В. Расстояние определяется в клетках экрана. Для определения дробных долей на осевых линиях экрана нанесены мелкие деления (десятая часть клетки). После умножения расстояния в клетках на число, которое показывает переключатель «Вольт/деление», получим амплитудное напряжение в вольтах.

Для сигналов прямоугольной формы обычно определяется не амплитуда, а высота импульсов. В этом случае деление на два не производится, а расстояние в клетках умножается на число переключателя и получается высота импульса в Вольтах.

Для измерения амплитудных или пиковых значений сигнала необходимо правильно выбрать масштаб в блоке «усилитель Y». Переключатель «Вольт/деление» устанавливается в такое положение, чтобы изображение не выходило за пределы экрана и занимало максимально возможную площадь экрана. Цифра на переключателе соответствует напряжению, перемещающему светящуюся точку экрана на 1 клетку по вертикали, т.е. на 1 см.

Для измерения периода гармонического сигнала или для определения скважности прямоугольных импульсов необходимо правильно выбрать масштаб в блоке «развертка». Переключатель «Время/сантиметр» устанавливается в такое положение, чтобы на всей ширине экрана могли поместиться от двух до пяти периодов исследуемого сигнала. Число на переключателе соответствует времени, за которое светящаяся точка экрана перемещается на 1 клетку по горизонтали, т.е. на 1 см.

При определении величины периода немного перемещают изображение вправо или влево до совмещения исследуемого сигнала с одной из точек пересечения вертикальных и горизонтальных линий сетки экрана. После этого подсчитывают, сколько клеток и десятых долей занимает один период. Перемножив эту величину на число, которое показывает переключатель «Время/сантиметр», получают величину периода.

Обратите внимание, что в левой части переключателя числа имеют размерность миллисекунд (мс), а в правой – микросекунд (мкс). 1мс=0,001с; 1мкс= 0,000001с.

Рис. 1. Экран осциллографа.

Осциллограф подсоединяется к измеряемым точкам электронной схемы с помощью стандартного измерительного кабеля, один конец которого подключается к гнезду осциллографа «вход Y». На свободном конце измерительного кабеля имеются два штекера. Один штекер соединяется с корпусом осциллографа, и таким образом является заземлённым. Его также называют «общим». Другой штекер соединяется с сигнальным проводом.

Для того, чтобы правильно подсоединить осциллограф к точкам измеряемой схемы, необходимо точно знать какой штекер является сигнальным, а какой общим («землёй»). Обычно сигнальный конец бывает несколько короче общего, но для проверки необходимо дотронуться одной рукой сначала до одного, а потом до другого. При этом другой рукой нельзя дотрагиваться до заземленных предметов.

Данную проверку разрешается производить только в присутствии преподавателя. Переключатель осциллографа «Вольт/деление» необходимо поставить в положение 0,1В. При прикосновении к сигнальному проводу на экране можно увидеть сигнал от электромагнитных наводок. При прикосновении к «земле» на экране видна горизонтальная линия.

При измерении постоянных сигналов необходимо заранее определить, какой полюс будет подключен к сигнальному проводу. Если на сигнальном проводе будет «плюс», то нулевую линию устанавливают в нижней части экрана, а если будет «минус», то в верхней. Для установки нулевой линии необходимо соединить вместе два штекера (сигнальный и общий) и, вращая ручку перемещения луча по вертикали, устанавливают нулевую линию в нужном месте экрана. При этом ручка «стабильность» должна быть повернута до упора по часовой стрелке.

Как для перемещения изображения сигнала вверх-вниз используется ручка , так для перемещения изображения сигнала вправо-влево используется ручка . У С1-81 две регулировки: грубая и тонкая. Маленькая ручка - грубая регулировка, большая - тонкая.

При измерении постоянных сигналов переключатель входного сигнала должен быть в положении « ~ » (открытый вход).

Электрические сигналы могут состоять из двух составляющих – переменной и постоянной. В этом случае положение нулевой линии выбирается экспериментально, так чтобы сигнал полностью разместился на экране осциллографа. При исследовании таких сигналов также используется открытый вход.

Для отделения переменной составляющей сигнала от постоянной переключатель входного сигнала ставят в положение «~» (закрытый вход). Термин «закрытый вход» происходит от того, что сигнал пропускается через конденсатор, который отсекает постоянную составляющую. В этом случае нулевую линию устанавливают в центре экрана.

Для того чтобы картина исследуемого сигнала на экране осциллографа не была расплывчатой, используется регулятор фокусировки. У С1-68 - одна ручка, С1-81 - две ручки (большая и малая, третья в нижнем ряду).

Для обеспечения неподвижности изображения используется схема синхронизации. Мы будем использовать только внутреннюю синхронизацию. У С1-81 переключатель устанавливается в положение – «АВТ», у С1-68 - в положение «ВНУТР» или «точка внутри квадрата». Для регулировки неподвижности у С1-81 используется ручка «уровень» (маленькая), а у С1-68 – «стабильность».

8.1.1. Описание структурной схемы и принцип работы осциллографа

На рисунке 2 представлена структурная схема осциллографа С1-72. Основу осциллографа составляет электронно-лучевая трубка, передняя часть которой является экраном, на котором наблюдаются исследуемые сигналы. С внутренней стороны экран покрыт люминофором - веществом, которое начинает светиться под действием электронного луча. Поток электронов вылетает из катода К, расположенного в задней части трубки. Для обеспечения потока электронов необходимы два условия. Во-первых, термоэлектронная эмиссия, которая вызывается за счёт разогрева катода спиралью накала Н. Во-вторых, необходимо электрическое поле, способное разогнать электроны до нужной скорости в сторону экрана.

Электрическое поле создаётся путём подачи положительного напряжения от источника питания на два анода А1 и А2. Напряжение на первом аноде А1 составляет несколько сот вольт, а на втором – несколько тысяч вольт. Модулятор М служит для уменьшения интенсивности потока электронов, вплоть до его полного прекращения путём подачи на него отрицательного напряжения относительно катода. Переменный резистор R1 позволяет изменять электрический потенциал на модуляторе и служит для регулировки яркости луча. На передней панели осциллографа это ручка с изображением значка солнышка. Конструкция анода А1 позволяет сфокусировать поток электронов, путём изменения напряжения на нем резистором R2. На передней панели осциллографа это ручка с изображением точки внутри кружка.

Рис. 2. Структурная схема осциллографа С1-72.

Для отклонения пучка по вертикали используется пара пластин, расположенных горизонтально, на которые подаётся сигнал от усилителя Y. Коэффициент усиления может изменяться вращением ручки  усилителя Y на передней панели. Цифры на переключателе показывают, какое напряжение, поданное на вход Y ,вызывает отклонение луча по вертикали на 1 клетку.

Для отклонения луча по горизонтали используется блоки синхронизации и запуска и генератор развертки, сигнал с которых после усиления подается на пару пластин, расположенных вертикально. Принцип работы блока синхронизации поясняется на рисунке 3. Генератор вырабатывает сигнал треугольной формы Ux. В течение времени Тразв луч перемещается по экрану слева направо. В начале временного интервала Тобр подаётся отрицательный импульс на модулятор, поэтому луч гаснет, его обратное движение невидимо. Время Тразв можно регулировать с помощью ручки время/деление. Цифры на переключателе показывают, за какое время, луч перемещается по горизонтали на одну клетку.

Для того чтобы изображение на экране было чёткое, не двигалось и не троилось, используется блок синхронизации, который обеспечивает начало развёртки луча в те моменты времени, когда луч переместится по вертикали на заданную величину, а направление перемещения будет в одну сторону, например, снизу вверх. Синхронизация обеспечивается при условии Тразв = к*Тсигнала, где к – целое число, а Тсигнала – период исследуемого гармонического сигнала. На рис. 3 показан случай синхронизации, когда Тразв = Тсигнала, а для того, чтобы обеспечить синхронизацию, вводится задержка развертки Тзадержки.

Рис. 3. Принцип работы блока синхронизации.

При этом развертка начинается в те моменты, когда перемещение луча снизу вверх достигнет величины Uу = 0.

При настройке осциллографа добиваются синхронизации путем вращения ручек «стабильность» и «уровень». Сначала ставят ручку «уровень» в среднее положение, а ручку «стабильность» поворачивают против часовой стрелки. В этом случае экран гаснет. Затем плавно поворачивают ручку «стабильность» по часовой стрелке до момента появления изображения исследуемого сигнала на экране. Если изображение двоится или не стоит на месте, нужно вращать вправо-влево ручку «уровень».

Калибраторы предназначены для калибровки чувствительности каналов X и Y путём подачи на вход Y периодического сигнала прямоугольной формы. Этот сигнал имеет строго калиброванную амплитуду и период. Если размах колебаний составляет 6 клеток по вертикали, а период – 1 миллисекунду, т.е. 5 клеток по горизонтали при положении ручки «время/деление» 0,2 мс, то все блоки осциллографа функционируют правильно. На осциллографе С1-72 калибровка осуществляется при переключении ручки «вольт/деление» в положение «калибр».

На осциллографе С1-65 имеются дополнительные ручки, позволяющие плавно изменять чувствительность по горизонтали и вертикали. Для студенческой работы их вращать не следует, и они всегда должны быть повёрнуты по часовой стрелке до упора.

8.2. Стрелочные милливольтметры

Стрелочный милливольтметр В3-38 - является многодиапазонным прибором и предназначен для измерения среднеквадратического (действующего, эффективного) значения переменного напряжения. Переключение с одного диапазона на другой производится поворотом ручки с указателем выбранного диапазона.

Диапазон, позволяющий измерить максимально возможное напряжение, является наиболее грубым и для вольтметра В3-38 составляет – 300 вольт. На этом диапазоне целесообразно измерять напряжения от 100 до 300 вольт. Для измерения напряжения менее 100 В необходимо переключиться на более чувствительный диапазон. Так, при включённом диапазоне 100В целесообразно измерять напряжения от 30В до 100В. При включенном диапазоне 30В измеряют напряжения от 10В до 30В.

Таким образом, если в процессе измерения стрелка находится в первой трети шкалы, то необходимо переключиться на более чувствительный диапазон. При этом ни в коем случае нельзя допускать «зашкаливания», т.е. ухода стрелки за последнее деление до упора. В том случае, если в процессе измерений произойдет «зашкаливание», то надо немедленно переключиться на более грубый диапазон, повернув ручку переключателя диапазонов по часовой стрелке.

Если порядок измеряемого напряжения заранее неизвестен, то сначала включают наиболее грубый диапазон – 300В и только после этого подключают два штекера измерительного кабеля к нужным точкам схемы. Если измеряемое напряжение окажется небольшим, то последовательно переходят на более чувствительные диапазоны измерений.

Наиболее чувствительным является диапазон – 1 милливольт. На приборе также имеются диапазоны 3, 10, 30, 100 и 300 милливольт. Работа на этих диапазонах принципиально не отличается от того, как было описано выше. Здесь надо более внимательно следить, чтобы стрелка прибора не «зашкаливала» и своевременно переключаться при необходимости на более грубый диапазон.

Штекер с более длинным концом провода, как правило, соединяется с корпусом прибора, поэтому его можно подключать только к заземленным точкам схемы. Нарушение этого правила приводит к тяжелым последствиям! Второй, более короткий конец измерительного кабеля является сигнальным и может подключаться к любым точкам проверяемой схемы.

Для проверки того, действительно ли короткий конец – сигнальный, а длинный – корпус прибора, необходимо включить диапазон – 3 В и, не касаясь заземленных предметов, дотронуться одной рукой сначала до наконечника штекера с коротким концом. В этом случае стрелка должна отклониться от нуля. После этого, не касаясь заземленных предметов, дотронуться одной рукой до наконечника штекера с длинным концом. В этом случае стрелка должна оставаться на нуле.

Прибор В3-38 имеет три шкалы. Верхняя шкала имеет деления от 0 до 10 и используется для снятия показаний при включении диапазонов кратных 10, а именно 1, 10, и 100. Средняя шкала имеет деления от 0 до 30. Эта шкала используется для снятия показаний при включении диапазонов кратных 3, а именно 3, 30, и 300.

Запомните: Цифра на переключателе выбранного диапазона соответствует такому напряжению, которое вызывает отклонение стрелки на полную шкалу.

Если включен диапазон 1В, то показания по шкале 0–10 надо уменьшать в 10 раз. Если включен диапазон 100В, то показания по шкале 0–10 надо увеличивать в 10 раз.

Если включен диапазон 3В, то показания по шкале 0–30 надо уменьшать в 10 раз.

Если включен диапазон 300В, то показания по шкале 0–30 надо увеличивать в 10 раз.

Нижняя шкала прибора – логарифмическая и дает показания в децибелах, т.е. десятых долях логарифмической единицы – Белл. В этом случае берут десятичный логарифм отношения мощности двух электрических сигналов: 1dB=10*lg(P2/P1). Поскольку мощность электрических сигналов есть произведение напряжения U на ток I (P=U*I), то при измерении напряжения величина в 1 dB будет 1dB=20*lg(U2/U1). Поскольку в приборе В3–38 измеряется в каждый момент только одно значение напряжения, то в качестве напряжения U1 принимается U1=1Вольт. Этой шкалой пользуются только при сравнении двух напряжений U2 и U1, например, при определении коэффициента усиления по напряжению k=U2/U1. Поэтому очень часто коэффициент усиления выражается в децибелах.

8.3. Электронные генераторы

Генератор сигналов типа Г3-33 - относится к измерительным генераторам и служит для получения напряжения синусоидальной формы калиброванного как по амплитуде, так и по частоте.

Генератор обладает следующими свойствами:

  •  Широкий диапазон генерируемых частот. (20…200000 Гц).
  •  Возможность в больших пределах изменять выходное напряжение (300 мкВ – 30 В).
  •  Стабильность частоты.
  •  Низкое значение выходного сопротивления.(5 Ом – 5000 Ом).

Структурная схема генератора показана на рис. 4. Основной элемент – задающий генератор, работающий по схеме RC. Частоту сигнала можно изменять плавно и дискретно. Плавное изменение частоты осуществляется ручкой «частота Hz». Дискретное переключение диапазонов осуществляется ручкой «множитель». Имеется четыре поддиапазона:

  •  поддиапазон х1                20…200 Гц
  •  поддиапазон х10              200…2000 Гц
  •  поддиапазон х1000          2000…20000 Гц
  •  поддиапазон х10000        20000…200000 Гц

Рис. 4. Структурная схема генератора.

Резистор R - осуществляет плавную регулировку напряжения. Ручка «Рег. Выхода» – плавное регулирование амплитуды напряжения.

Выходной усилитель повышает мощность сигнала. Аттенюатор позволяет дискретно уменьшить напряжение сигнала на выходе, а выходное устройство позволяет задать несколько различных сопротивлений на выходе генератора. Ручка «Пределы шкал», «ослабление» – обеспечивает дискретную регулировку выходного сигнала.

Чем меньше выходное сопротивление измерительного генератора, тем меньше влияние оказывает он на исследуемую схему. Однако для того, чтобы показания встроенного вольтметра соответствовали реальному напряжению на выходе, необходимо согласовывать его выходное сопротивление с сопротивлением нагрузки.

На генераторе имеется переключатель, позволяющий устанавливать выходное сопротивление равное 5 Ом, 50 Ом, 600 Ом (и 5000 Ом у генератора Г3-54). Также имеется тумблер «внутренняя нагрузка 600 Ом». При установке тумблера в положение «ВКЛ» параллельно выходным клеммам генератора подключается резистор 600 Ом.

При подключении к генератору измерительных приборов с очень большим входным сопротивлением подключают к выходу с помощью тумблера внутренний резистор 600 Ом. В этом случае большое входное сопротивление прибора складывается с сопротивлением внутреннего резистора по известной формуле для двух резисторов, включённых параллельно: Rобщ=(R1*R2)/(R1+R2). Если входное сопротивление измерительного прибора 1 МОм, то Rобщ =599,6    600 Ом.

9. Лабораторная установка «Аналоговый вычислительный комплекс АВК-6»

АВК-6 предназначен для исследования различных систем автоматического регулирования или отдельных звеньев этих систем путём моделирования процессов, протекающих в них. Суть моделирования состоит в том, что если две системы различной природы описываются одинаковыми дифференциальными уравнениями, то они являются адекватными.

Исследование электронной схемы всегда предпочтительнее исследования механической или электромеханической системы, так как электронные схемы значительно легче собрать и настроить, чем реальные механические и электромеханические системы автоматики. Кроме того, электрические сигналы легко изобразить на экране электроннолучевой трубки и измерить с помощью вольтметра. АВК-6 является автономной установкой и содержит всё необходимые для моделирования систем автоматики, которые описываются дифференциальными уравнениями вплоть до шестого порядка.

Основу АВК-6 составляют решающие блоки, из которых собираются различные схемы с помощью коммутационных проводов. Настройка параметров осуществляется с помощью переменных резисторов.


9.1. Составные блоки комплекса АВК-6

9.1.1. Генератор системы синхронных сигналов (ГСС)

Одним из основных блоков АВК-6 является генератор системы синхронных сигналов (рис. 5), который располагается во втором слева блоке установки.

Рис. 5. Генератор системы синхронных сигналов комплекса АВК-6.

Отличительной особенностью данного генератора от других является то, что он вырабатывает одновременно четыре типа синхронных сигналов: прямоугольные импульсы, треугольные, синусоиду и косинусоиду. Строгая синхронность сигналов обеспечивается следующими техническими решениями: треугольные сигналы получаются из прямоугольных путём их интегрирования. Синусоида получается из треугольных импульсов с помощью блока нелинейного преобразования. Косинусоида получается из синусоиды путем ее интегрирования.

Такая система позволяет мгновенно изменять частоту всех сигналов, не нарушая их синхронности. В генераторе предусмотрена плавная ручная регулировка частоты путём поворота ручки с обозначением «1 Гц 11» на одном из четырех диапазонов: (0,1-1,1) Гц, (1,0-11) Гц, (10-110) Гц и (100-01100) Гц. Первый диапазон выбирается при нажатии кнопки 0,1, второй - при нажатии кнопки 1,0, третий - при нажатии кнопки 10, а четвертый, когда не нажата ни одна из этих кнопок. Для обеспечения ручной регулировки частоты, необходимо вставить перемычку в два гнезда с обозначением руки слева от ручки «1 Гц 11». Плавная регулировка амплитуды каждого из этих сигналов производится поворотом четырёх ручек «0 10», расположенных ниже. Для снятия этих сигналов имеются по три клеммы с соответствующим обозначением, расположенные правее.

Кнопки с обозначением «1», «2», «3» задают один из трёх возможных режимов работы АВК-6.

9.1.2. Электронно-лучевой индикатор

Электронно-лучевой индикатор (ЭЛИ) предназначен для визуального наблюдения формы исследуемых сигналов и измерения их величин. Электронно-лучевая трубка индикатора расположена в крайнем левом блоке АВК-6, а органы управления расположены в верхней части третьего блока (рис. 6).

Рис. 6. Входы электронно-лучевого индикатора комплекса АВК-6.

Отличие данного электронно-лучевого индикатора от осциллографов заключается в отсутствии схем горизонтальной развертки и синхронизации. У индикатора имеются два входа «Х» и «Y» (рис. 6). При отсутствии сигналов на этих входах световая точка луча неподвижна в центре экрана. При подаче положительного сигнала на вход «Х» луч отклоняется вверх, на вход «Y» - вправо. При подаче отрицательного сигнала на вход «Х» луч отклоняется вниз, на вход «Y» - влево.

Каждый из входов «Х» и «Y» имеет по три гнезда, обозначенные цифрами «10», «5» и «1», которые определяют чувствительность. При подаче сигнала напряжением 1 вольт на гнезда с обозначением «1», луч отклоняется на 2 клетки, что соответствует наибольшей чувствительности, с обозначением «5», луч отклоняется также на 2 клетки, что соответствует средней чувствительности.

Чаще всего используются гнезда «10», так как максимальное напряжение в АВК-6 составляет 10 Вольт, которое вызывает максимально возможное отклонение луча, т.е. на 2 клетки.

Гнезда «Z» предназначены для гашения «обратного хода» луча. При установке перемычки между левым и средним гнездами луч гасится, когда идет от больших значений к меньшим.

9.1.3. Электронный коммутатор

Электронный коммутатор (ЭК) предназначен для изображения на экране нескольких различных сигналов (от двух до четырёх). Коммутационное поле (рис. 7) находится в верхней части второго блока слева от ГСС.

Рис. 7. Коммутационное поле электронного коммутатора АВК-6.

В АВК-6 предусмотрены два режима работы коммутатора. При отжатой кнопке «индикатор» на экране видны сразу все сигналы, поступающие на входы коммутатора. Это достигается за счёт высокой частоты коммутации - 5Гц, поскольку в этом случае глаз человека не заметит смены изображений.

При нажатой кнопке «индикатор» на экран поочередно выдаётся изображение каждого из четырёх сигналов, поступающих на входы коммутатора, с той частотой, на которую настроен ГСС.

9.1.4. Цифровые вольтметр и секундомер

Цифровой вольтметр предназначен для более точного измерения напряжений в различных точках исследуемых систем, чем это позволяет сделать индикатор. Цифровые табло вольтметра и секундомера находятся в верхней части третьего блока слева.

Табло цифрового вольтметра состоит из четырёх семисегментных индикаторов. Крайний левый индикатор высвечивает знак минус, если измеряемое напряжение отрицательно. Следующие индикаторы высвечивают величину напряжения в Вольтах. Запятая фиксирована после первого знака, поэтому цифровой вольтметр регистрирует напряжение с точностью до сотых долей вольта.

Измеряемое напряжение подключают с помощью провода к гнезду «В», расположенному правее индикатора. Полярность сигнала вольтметр определяет автоматически. Цифровой секундомер предназначен для измерения времени половины периода ГСС. Поскольку цифровой вольтметр подключен к ГСС постоянно, то входного гнезда не имеет. Табло цифрового секундомера состоит из четырёх семисегментных индикаторов, но положение запятой не фиксировано. Точность секундомера - сотая доля секунды.

9.1.5. Эталонные источники и делители напряжения

В комплексе АВК-6 имеется четыре эталонных источника постоянного напряжения: +10В, -10В, +1В, и -1В. Гнёзда эталонных источников находятся в середине третьего блока слева (рис. 8).

Эталонные напряжения отличаются постоянством своих величин и не должны с течением времени изменяться более чем на 0,01 вольта.

В процессе моделирования различных систем автоматики возникает потребность в источниках постоянного напряжения, отличных от эталонных. Для этой цели в АВК-6 предусмотрены два делителя напряжения.

При повороте ручки делителя в крайнее положение против часовой стрелки, который подключен к одному из гнёзд эталонного напряжения, на выходе делителя всегда будет 0. При повороте ручки в крайнее положение по часовой стрелке на выходе делителя будет эталонное напряжение.

Устанавливая ручку делителя в промежуточное положение, можно получить любое необходимое постоянное напряжение в диапазоне от нуля до эталонного.


Рис. 8. Источники напряжений в комплексе АВК-6.

9.1.6. Сумматор

Сумматор является одним из простейших решающих блоков и предназначен для сложения (суммирования) нескольких сигналов. Обозначение сумматора, выполненное на панели АВК-6, приведено на рис 9.

Рис. 9. Сумматор на панели комплекса АВК-6.


Сумматор имеет 6 инверсных и 2 прямых входа. Сигнал на выходе определяется по формуле Uвых(t)= U1(t)+U2(t)-U3(t)-U4(t)-U5(t)-U6(t)-U7(t)-U8(t), где U1(t) и U2(t) - сигналы, поступающие на прямые входы, а U3(t), U4(t), U5(t), U6(t), U7(t) и U8(t) - сигналы, поступающие на инверсные входы.

10. Экспериментальная часть

10.1. Рабочее задание

Исследовать работу сумматора АВК-6 и определить его абсолютную погрешность при подаче двух постоянных сигналов первоначально на два прямых входа, а затем на прямой и инверсный входы.

По результатам исследования сумматора, и определив абсолютную погрешность, сделать выводы, учитывая при этом, что модули абсолютных погрешностей у исправного сумматора не должны превышать 0,1В.

10.2. Пример выполнения работы

Исходные данные: Д.р. - День Рождения;

М.р. - Месяц Рождения.

Пример:   Дата рождения: 22 апреля:

Д.р.=22;

    М.р.=4

1. Вычислить значения заданных постоянных сигналов (напряжений) по формулам:

2. Вычислить теоретическую сумму сигналов:


3. Выставить на прямых входах сумматора сигналы  и , и снять показания, соответствующие сумме этих сигналов:

4. Вычислить абсолютную погрешность:

5. Выставить сигнал  на прямом входе сумматора, а сигнал  на инверсном сходе сумматора, и снять показания, соответствующие разности этих сигналов:

6. Вычислить теоретическую разность сигналов:

7. Вычислить абсолютную погрешность:

8. Сформулировать выводы: ___________________________________ ________________________________________________________________


11. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.  Что изучает дисциплина «Теория автоматического управления»?
  2.  В чём заключается принципиальная разница между аналоговыми и дискретными системами автоматики? Системы какого класса будут изучаться в процессе выполнения лабораторных работ?
  3.  Каковы основные особенности непрерывных систем автоматического управления?
  4.  Перечислите основные правила техники безопасности (ТБ) при выполнении лабораторных работ. Нарушение каких требований ТБ может иметь последствия для жизни и здоровья? Нарушение каких требований ТБ может повлечь выход из строя аппаратуры?
  5.  В чём заключается подготовка к выполнению лабораторной работы?
  6.  Как правильно оформить отчёт по лабораторной работе?
  7.  Какая лабораторная работа считается выполненной?
  8.  Каков порядок сдачи (защиты) выполненных лабораторных работ?
  9.  Назовите основные лабораторные стенды и перечислите программу лабораторных работ на текущий семестр.
  10.  Какие измерительные приборы используются в лаборатории, их назначение и правила работы с ними?
  11.  Что такое осциллограф? Как правильно им пользоваться? Какие органы управления имеются на осциллографе и их назначение? Как снимать показания с осциллографа?
  12.  Как устроен осциллограф? Какие основные функциональные узлы и блоки имеются в осциллографе?
  13.  Как правильно пользоваться стрелочным милливольтметром? Какие органы управления имеются на нём и их назначение? Как снимать показания измеряемых величин?
  14.  Каково назначение комплекса АВК-6?
  15.  Перечислите основные блоки комплекса АВК-6 и назовите их назначение.


12. ЛИТЕРАТУРА

  1.  Бесекерский В.А., Попов Е.П. «Теория систем автоматического управления». М., Издательство «Наука», 1972 г.
  2.  Гинзбург С.А., Лехтман И.Я., Малов В.С. «Основы автоматики и телемеханики». М., Госэнергоиздат, 1965 г.
  3.  Соломенцев Ю.М. «Теория автоматического управления». М., издательство «Высшая школа», 2000 г.
  4.  Васильев Д.В., Гуич В.Г. «Системы автоматического управления». М., издательство «Высшая школа», 1967 г.
  5.  Бесекерский В.А., Герасимов А.Н. «Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления». М., издательство «Наука», 1972 г.
  6.  Харитонов В.И., Меша К.И., Драгунов С.С. Методические указания по выполнению курсовой работы по электронике для студентов, обучающихся по специальностям 210100, 210200 и направлению 550200. М., МГТУ «МАМИ», 2002 г.
  7.  Бесекерский В.А., Попов Е.П. «Теория систем автоматического регулирования». М., 2003, 750 с.
  8.  Д.И. Агейкин и др. «Датчики контроля и регулирования». Москва, 1965г.


13. СОДЕРЖАНИЕ

1. О дисциплине «Теория автоматического управления»

3

2. Задачи лабораторного практикума

3

3. Техника безопасности при выполнении лабораторных работ

4

4. Правила подготовки студента к занятию и порядок выполнения лабораторных работ

5

5. Правила оформления отчёта по лабораторной работе

6

6. Правила сдачи лабораторных работ

7

7. Лабораторные стенды

8

8. Лабораторные измерительные приборы

8

8.1. Осциллографы

8

8.1.1. Описание структурной схемы и принцип работы осциллографа

11

8.2. Стрелочные милливольтметры

14

8.3. Электронные генераторы

16

9. Лабораторная установка «Аналоговый вычислительный комплекс АВК-6»

17

9.1. Составные блоки комплекса АВК-6

18

9.1.1. Генератор системы синхронных сигналов (ГСС)

18

9.1.2. Электронно-лучевой индикатор

19

9.1.3. Электронный коммутатор

20

9.1.4. Цифровые вольтметр и секундомер

21

9.1.5. Эталонные источники и делители напряжения

21

9.1.6. Сумматор

22

10. Экспериментальная часть

23

10.1. Рабочее задание

23

10.2. Пример выполнения работы

23

11. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

25

12. ЛИТЕРАТУРА

26

13. СОДЕРЖАНИЕ

27


Приложение 1.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Московский государственный технический университет

«МАМИ»

Кафедра «Автоматика и процессы управления»

ОТЧЁТ

по лабораторной работе №___

________________________________________

________________________________________

(наименование лабораторной работы)

по дисциплине «Теория автоматического управления»

Выполнил студент: _______________________ Группы: _______________

Дата выполнения лабораторной работы:  «___»______200_ г.

Отметка о выполнении лабораторной работы:

Преподаватель: __________________________

Отметка о сдаче лабораторной работы: «___»_______200_ г.

Преподаватель: __________________________

Москва – 200__


Методические указания по выполнению лабораторной работы «Изучение лабораторного оборудования и методики выполнения лабораторных работ» по дисциплине «Теория автоматического управления» для студентов, обучающихся по специальностям 22020165, 22030165, 19020165, 15020465, 15020165, 15010165 и направлениям 22020062 и 15090062.

Подписано     Заказ    Тираж

Усл.п.л     Уч-изд.л.

Бумага типографская   Формат 60×90/16

Типография МГТУ «МАМИ» 105839, Москва, ул. Б. Семёновская, д.38.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30241. Назначение, состав, этапы разработки бизнес-плана предприятий СКСиТ 55 KB
  Назначение состав этапы разработки бизнесплана предприятий СКСиТ. Значение бизнесплана. Бизнесплан – это документ описывающий все основные аспекты будущего коммерческого предприятия анализирующий проблемы с которыми может столкнуться фирма и способы их решения. Бизнесплан позволяет: всесторонне обосновать тот или иной проект или мероприятие; разработать стратегию и тактику поведения для достижения цели; определить финансовые результаты о реализации проекта.
30243. Влияние туризма на развитие экономики дестинации, эффект мультипликации в туризме 79 KB
  Влияние туризма на развитие экономики дестинации эффект мультипликации в туризме. Индустрия туризма является важнейшим участником мировой торговли; во многих странах именно поступления от туризма формируют основную часть доходов в иностранной валюте. Здесь следует дать и некоторые другие определения используемые в макроэкономике туризма. В такой ситуации развитие доходного туризма может существенно поправить положение.
30244. Организационно-правовые формы предпринимательской деятельности в СКСиТ 42 KB
  Общество с ограниченной ответственностью – это учрежденное одним или несколькими лицами общество УК которого в соответствии с учредительными документами разделен на доли определенных размеров; участники ООО не отвечают по его обязательствам и несут риск в пределах стоимости внесенных вкладов. Общество с дополнительной ответственностью это учрежденное одним или несколькими лицами общество УК которого в соответствии с учредительными документами разделен на доли определенных размеров; участники ОДО солидарно несут субсидиарную...
30245. Экономические основы теории безубыточности предприятий СКСиТ 87.5 KB
  Общая характеристика затрат Целью любого коммерческого предприятия производящего продукцию или услуги является получение прибыли и чем больше прибыли оно получает тем лучше оно работает. Другими словами прибыль зависит от цены продукции и затрат себестоимости на ее производство. Но если цена продукции зависит от ситуации которая складывается на рынке то затраты на ее производство непосредственно зависят от финансовохозяйственной деятельности самого предприятия. Это видно из следующей формулы: ВД =V с с где ВД ...
30246. Понятие и структура основных фондов предприятий СКСиТ 86.5 KB
  Понятие и структура основных фондов предприятий СКСиТ. Понятие об основных фондах их классификация. Согласно новому положению по бухгалтерскому учету основных средств ПБУ 6 01 [Новое положение по бухгалтерскому учету основных средств ПБУ 6 01. Объекты основных средств стоимостью не более 2000 рублей за единицу могут списываться на затраты по мере отпуска их в производство или эксплуатацию.
30247. TCP/IP 626.5 KB
  Большинство персональных компьютеров задействованных в сети используют в настоящее время сетевые адаптеры типа Ethernet и Token Ring с заранее присвоенными встроенными уникальными идентификаторами МАСадресами которые делают IPадреса избыточными. Многие другие типы компьютеров имеют всевозможные адреса назначаемые сетевыми администраторами причем нет никакой уверенности в том что у другого компьютера в сети масштаба Интернета не будет точно такого же адреса. Так как IPадреса регистрируются централизованно можно быть уверенным что...
30248. IPX/SPX 549.1 KB
  Заголовок дейтаграммы IPX имеет длину 30 байтов для сравнения: размер заголовка IP равен 20 байтам. Контрольная сумма Checksum 2 байта. Длина Length 2 байта. Задает размер дейтаграммы в байтах включая заголовок IPX и поле данных.
30249. NetBIOS, NetBEUI и Server Message Blocks 123.28 KB
  NetBEUI NetBIOS Extended User Interfce расширенный пользовательский интерфейс сетевой BIOS это один из наиболее старых но все еще использующихся протоколов для локальных сетей и он продолжает оставаться прекрасным решением для сравнительно небольших сетей так как издержки на его обслуживание меньше чем требуемые для более комплексных протоколов. NetBEUI был разработан в середине 1980х с целью предоставить сетевые транспортные услуги для программ базирующихся на NetBIOS Network Bsic Input Output System сетевая базовая...