50735

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ПОБУДОВА СТАТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЕЛЕМЕНТІВ СИСТЕМИ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Вивчити призначення приладів і перемикачів по рис. Побудувати статичні характеристики обєкта регулювання і регулятора. Короткі відомості необхідні для виконання роботи Статичною характеристикою елемента називається залежність вихідної координати від вхідної знята на сталих режимах.

Украинкский

2014-01-29

765.5 KB

1 чел.

Лабораторна робота № І

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ПОБУДОВА СТАТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЕЛЕМЕНТІВ СИСТЕМИ

Мета роботи:

Вивчити пристрій регулятора і роботу розімкнутої системи автоматичного регулювання (САР).

Вивчити призначення приладів і перемикачів по рис.2 і 3.

Побудувати статичні характеристики об'єкта регулювання і регулятора.

Короткі відомості, необхідні для виконання роботи

  Статичною характеристикою елемента називається залежність вихідної координати від вхідної, знята на сталих режимах. Статичні характеристики можуть бути представлені графічно або аналітично. Якщо вхідних сигналів у елемента два, а вихідний один, статична характеристика являє собою сімейство кривих.

   Перш ніж знімати статичні характеристики, необхідно розбити систему на окремі елементи, визначити їх вхідні і, вихідні сигнали.

   Для зняття статичних характеристик окремих елементів слід розімкнути систему для того, щоб мати можливість в широкому інтервалі змінювати вхідні і вихідні сигнали всіх ланок системи. Розмикання системи роблять перемикачем 20 (см рис.2), встановивши його в положення І "Система розімкнута". У цьому випадку на вхід ЕМУ надходить напруга не з потенціометра 26, а напруга Uвх, знімається з потенціометра 25, движок якого переміщається рукояткою 7 (рис.З). Функціональна схема розімкнутої системи представлена на рис.4.

   Дану систему можна представити у вигляді чотирьох основних елементів, включених послідовно: сам регулятор Р (1, див. рис.2), що перетворює потенціометр ПП (26 на рис.2), електромашинний підсилювач ЕМУ (17 на рис.2) і електродвигун ЕД (9 на рис.2).

Рис.4. Функціональна схема розімкнутої системи

  Для зменшення обсягу роботи розіб'ємо систему на два елементи - регулятор і об'єкт регулюваня; будемо вважати вихідним сигналом регулятора не переміщення сервопоршня, яке через важіль переміщає движок потенціометра 26 (см.ріс.2), а електричний сигнал на виході потенціометра - напруга Uт , тобто віднесемо перетворюючий потенціометр до регулятора. Об'єктом регулювання будемо вважати систему ЕМП - ЕД.

   Вхідними сигналами в регулятор будуть; n - частота обертання вала двигуна і g - затягуваня пружини відцентрового маятника (задає вплив), а вихідними - напруга Uт.

   В об'єкт регулюваня на вхід надходить напруга Uвх, колось змінюється вручну потенціометром 25 (см.ріс.2) і N = ІгUг - навантаження з боку генератора на електродвигун.

   Таким чином, необхідно отримати залежність n = n (Uвх, n) - статичну характеристику об'єкта і залежність Uт =Uт (n, g)-статнчпу характеристику регулятора.

Порядок виконання роботи

1.Включіть стенд. Для цього перемикач 14 (см.рис.З «Включення установки ") послідовно включити в положення 1,2,3. При цьому на світловому табло 13 послідовно

загоряться сигнальні лампи «Установка включена»,  «Виключений масляний насос" і " Увімкнено ЕМП".

2.Замкнуть ланцюг ЕД тумблером 6 (див.рис.З).

3.Встановити перемикач 21 (20. На рис.2) роду робіт в положення І. На світловому табло загориться лампочка "Система розімкнута ".

4.Зняти статичну характеристику об'єкта регулювання n = n (Uвх, N).

Зручніше знімати залежність n від навантаження N = Uг·Iг для фіксованих значень Uвх. Встановлюємо заданий викладачем значення Uвх і змінюємо навантаження від нуля до максимальної. Для цього спочатку отримуємо дані, коли ланцюг якоря навантажувального генератора розімкнутий ( N=0, так як Іг =0). Потім тумблер 13 (см.рис.2) в ланцюзі якоря генератора замикаємо (тумблер 11 в положення «Вкл.»- см.рис.З) і встановлюємо за допомогою нагрузочного реостата 12 (см.ріс.2) різні значення N. Двигун реостат переміщаємо за допомогою тумблера 9 (див. рис. 3). Зняті дані записати в табл.1 для п'яти Uвх, значення яких задаються викладачем.

Таблиця 1

Uвх, В

10

8

7

n, об/мин

Iг, А

Uг, В

N= UгIг

5. Зняти статичну характеристику регулятора і представити її у вигляді графіка залежності Uт від n для двох різних значень задаваючого впливу g - затягування пружини відцентрового маятника. Значення g , задаються викладачем і встановлюються за допомогою тумблера 8 (див. рис.З ), які подає напругу на електродвигун 28 (див. рис.2 ). Далі встановлюємо g = g1 і за допомогою потенціометра 7    

« Вх . ЕМП" (див.рис.З ) змінюємо частоту обертання вала двигуна від початку автоматичної роботи ( НАР ) регулятора, коли його муфта 31 ( см . рис.2 ), а отже , і сервопоршень 7 стоять на своєму нижньому упорі (точка І на рис.7 ), а Uт має своє максимальне значення . В інтервалі nНАР <n< пКАР знімається статична характеристика регулятора. Тут nНАР - частота обертання вала двигуна, коли відцентрова сила вантажу стане рівною зусиллю від регулюючої пружини 30 ( см.ріс.2 ), а nКАР - значення n в кінці автоматичної роботи регулятора при даній затяжці g , коли муфта маятника і сервопоршень стоять на своєму верхньому упорі і Uт ≈ 0. Дані записати в табл . 2 .

Таблиця 2

g, мм

30

40

n, об/мин

UТ, В

Обробка експериментальних даних

  За даними табл.1 будуємо залежність n =n(N, Ubx ) - рис.5. Розсікаючи отримані на рис.5 залежності прямими N = const, отримуємо статичну характеристику об’єкта в іншому вигляді, представленому на рис.6 .

    Статичну характеристику регулятора ілюструємо графіком Um=Um (п , g ). приблизний вид якого представлений на рис.7.

Описание лабораторного стенда

Функциональная схема стенда

Лабораторный стенд представляет собой систему автоматической стабилизации с комплектом задающей, измерительной и регистрирующей аппаратуры.

Функциональная схема стенда представлена на рис.1. .

Основной элемент здесь - регулятор частоты вращения судового дизеля Р . Входными сигналами для него будут: частота вращения вала п и затяжка пружины центробежного маятника g, которая изменяется с помощью устройства дистанционной настройки (ДН).Выходным сигналом регулятора является перемещение муфты регулятора m , которое с помощью потенциометра (ПП) преобразуется в электрический сигнал Uт. Этот сигнал усиливается электромашинным усилителем (ЭМУ) и поступает в электродвигатель ЭД. Выходная координата электродвигателя - частота вращения вала - зависит не только от подаваемого на его вход напряжения, но и от нагрузки на двигатель N, которая формируется с помощью нагрузочного генератора (НГ). Ротор генератора жестко связан с валом электродвигателя. На вход ЭМУ вместо Uт можно подавать напряжение Uвх от управляющего потенциометра (ПУ), которое изменяется вручную, либо синусоидальный сигнал Uгнч от генератора низкой частоты (ГНЧ). В комплект измерительной аппаратуры входят вольтметры для измерения перечисленных выше напряжений, тахогенератор (ТГ), осциллограф и самопишущий регистрирующий прибор.

2. Принципиальная схема стенда

Упрощенная принципиальная электрическая схема стенда и принципиальная схема регулятора представлены на рис.2.

На этом рисунке обозначены: 1 - регулятор; 2 - поршень катаракта; 3 - игла катаракта; 4 - насос подачи масла в регулятор; 5 - манометр контроля давления масла; б - золотники гидравлического усилителя; 7 - следящий сервопоршень; 8 - грузы центробежнего маятника; 9 - электродвигатель (М); 10 - тумблер для размыкания цепи электродвигателя;11 - нагрузочный генератор (G); 12 - нагрузочный реостат; 13 - тумблер для ступенчатого сброса и включения нагрузки; 14 - вольтметр для измерения напряжения на клеммах генератора; 15 - амперметр для измерения тока в цепи якоря генератора; 16 - вольтметр для измерения напряжения, подаваемого на М; 17 - електромашинний усилитель (ЭМУ); 18 - обмотка управления (ОУ) 3МУ; 19 - вольтметр для измерения напряжения на ОУ ЭМУ; 20 - переключатель питания ОУ ЭМУ; 21 - генератор низкой частоты (ГНЧ); 22 - потенциометр для регулирования величины скачкообразного изменения напряжения на входе в ЭМУ;- -тумблер для подачи скачкообразного воздействия на вход ЭМУ;23- вольтметр для измерения напряжения, пропорционального перемещению сервопоршня; 25 - потенциометр для изменения напряжения на входе в ЭМУ; 26 - потенциометр, преобразующий перемещение следящего сервопоршня в электрический сигнал – напряжение Uт; 27 – тумблер для изменения задающего воздействия g - изменения  затяжки настроечной пружины регулятора; 28- электродвигатель для изенения задающего воздействия; 29 - шкала для измерения величины g; 30 - настроечная пружина; 31 - муфта центробежного маятника; 32 - силовая пружина сервомотора; 33 - катаракт.

  С помощью переключателя 20 можно замыкать и размыкать систему регулирования оборотов. В положении I система разомкнута и напряжение на управляющей обмотке 18 ЭМУ 17 изменяется вручную с помощью потенциометра 25. В положении 2 система замкнута - напряжение на обмотке управления ЭМУ снимается с потенциометра 26, движок которого связан с сервопоршнем 7 регулятора. В положении 3 система разомкнута и напряжение на входе в ЭМУ можно изменять скачком с помощью тумблера 23.

Работа замкнутой системы. Рассматриваемая система является системой автоматической стабилизации, так как ее задача - поддерживать постоянной частоту вращения вала эктродвигателя. Заданное значение частоты вращения вала n определяется величиной задающего воздействия g - затяжкой пружины 30 центробежного маятника (см.рис.2). Если по какой-либо причине, например при изменении нагрузки на злектродвигатель со стороны генератора, значение n отклонится от требуемого, то процес восстановления регулируемой величины будет происходить следующим образом. При увеличении частоты вращения возрастет центробежная сила грузов, что вызовет перемещение золотников 6 вправо. Откроется слив масла из полости Б, что вызовет перемещение сервопорщня 7 вправо под действием пружины 32.Сервопоршень жестко связан с движком потенциометра 26, и, если система замкнута, т.е. переключатель 20 в положении  2, такое перемещение движка потенциометра вызовет уменьшение напряжения на управляющей обмотке ЭМУ, что приведет к уменьшению напряжения на выходе ЭМУ и напряжения, подаваемого на вход злектродвигателя. Частота вращения вала начнет уменьшаться, и золотник 26 сместится влево. На установившихся режимах золотники расположены точно против окон в корпусе сервопоршня и перекрывают подвод и слив масла из полости Б.

Рис.2 Принципиальная схема лабораторного стенда

В случае отклонения значения п. в меньшую сторону от требуемого значения снижается центробежная сила грузов и золотник 6 перемещается влево, что приводит к открытию окон в корпусе сервопоршня, и рабочая жидкость - масло начнет поступать из полости А в полость Б, вследствие чего сервопоршень сместится влево и увеличится напряжение на управляющей обмотке ЭМУ и ка клеммах электродвигателя. Частота вращения вала начнет возрастать и в конечном счете восстановится с точностью до статической ошибки регулирования. Катаракт 33 служит для изменения динамических свойств регулятора, так как позволяет изменять коэффициент вязкого трения центробежного маятника. Перемещение золотника 6 связано с перемещением поршня катаракта 2. Интенсивность процесса регулирования можно существенно изменить с помощью иглы катаракта 3,по- ложение которой определяет скорость протекания масла через игольчатый клапан.

Общий вид лицевой панели стенда показан на рис.3. Здесь же расположены измерительные приборы и органы управления. В левой части находится ваттметр 1, который измеряет мощность, потребляемую электроприводом ЭМУ, справа от ваттметра - измеритель частоты вращения вала электродвигателя 2.

|

Рис 3. Лицевая панель стенда

На панели расположены следующие приборы (цифры в скобках -обозначение данного прибора на принципиальной схеме стенда, приведенной на рис.2):

- вольтметр 26 (24), измеряющий напряжение на потенциометре (26), связанном с сервопоршнем (7) регулятора, Um;

- вольтметр 24  (19), измеряющий либо напряжение, подаваемое на управляющую обмотку ЭМУ, при разомкнутой системе, либо напряжение, подаваемое на вторую управляющую обмотку от генератора низкой частоты,Uгнч. Переключающий тумблер находится под прибором 24;

- амперметр 22 (15), который в зависимости от положения тумблера под ним измеряет либо силу тока в цепи якоря электродвигателя Iдв, либо в цепи якоря нагрузочного генератора (11);

- вольтметр 3, измеряющий напряжение на клеммах тахогенератора Uтг;

- вольтметр 4(16), измеряющий напряжение на выходе ЭМУ Uдв;

- вольтметр 5 (14). измеряющий напряжение на клеммах генератора Uг;

Кроме того, на панели управления находятся:

- переключатель рода лабораторных работ 21 и соответствующее ссветовое табло 20;

- два переключателя 15 и 18 вывода на осциллограф измеряемых токов и напряжений;

- два тумблера 16 и 19, позволяющие изменять знаки напряжений UТГ и UДВ;

- переключатель включения установки 14: подачи питания к стенду - положение 1, включения масляного насоса - положение 2 и включения ЭМУ - положение 3. Над переключателем установлено световое табло 13.

На панель выведены рукоятки трех потенциометров:

- потенциометра 7 (25), с помощью которого можно изменять напряжение на управляющей обмотке ЭМУ при разомкнутой системе величину Uвх;

- потенциометра 10 (22), с помощью которого можно регулировать величину ступенчатого изменения напряжения на входе в ЗМУ ("величину скачка").

На пульте управления также установлены:

-тумблер 6(10) разрыва цени якоря двигателя ("Двигатель", ’Вкл.", "Выкл.");

- тумблер сброса нагрузки 11 (13), который разрывает цепь якоря генератора ("N", "Вкл.-Выкл.");

- тумблер 12 (23), с помощью которого производится ступенчатое изменение напряжения на управляющей обмотке ЭМУ ("Скачок", ˝Увел.-Уменьш.");

- тумблер 8 (27) для дистанционного изменения задающего воздействия - изменения величины затяжки пружины регулятора (g(t), «Увел.-Уменьш.»);

- тумблер 9 управления нагрузочным реостатом  (12) в цепи якоря генератора ("g(t)", "Увел.-Уменьш.").


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2767. Наследственное право и его состав 343.51 KB
  Наследство и его состав Наследованием является переход прав и обязанностей умершего (наследодателя) к его наследникам. Наследование регулируется в основном ГК РФ (часть третья), а также другими законами, а в случаях, предусмотренных законом...
2768. Дорожно-транспортное происшествие 44.42 KB
  Дорожно-транспортное происшествие. Травматизм при дорожно-транспортных происшествиях (ДТП) – одна из наиболее частых бед, которыми человечество расплачивается за удобства, обретенные с техническим прогрессом. Как уберечься пешеходу от встречи с...
2769. Применение закона Ома к цепям переменного тока 69 KB
  Применение закона Ома к цепям переменного тока Вариант лабораторной работы №324-дубль отличается от предыдущей иной формой представления результатов. По этой причине в описании отсутствует Введение – оно является общим для обоих вариантов....
2770. Мощность и коэффициент мощности в цепях переменного тока 287.5 KB
  Мощность и коэффициент мощности в цепях переменного тока Приборы и принадлежности: регулятор напряжения РНШ, проволочный реостат, магазин емкостей, катушка переменной индуктивности, амперметр, вольтметр, ваттметр. Введение. Пусть к клеммам источника...
2771. Вынужденные электрические колебания 114 KB
  Вынужденные электрические колебания Приборы и принадлежности: лабораторная панель Колебательный контур, генератор сигналов низкочастотный Г3-120, вольтметр В7-38, осциллограф С1-94. Введение. Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из резистора с...
2772. Электронный осциллограф: устройство и применение 453 KB
  Электронный осциллограф. устройство и применение Приборы и принадлежности. осциллограф С1-1, понижающий трансформатор 220/127 В, реостат, вольтметр, миллиамперметр, магазин сопротивлений, лабораторная панель. Введение. Электронный осциллограф предна...
2773. Сложение электрических колебаний 374 KB
  Сложение электрических колебаний Приборы и принадлежности: лабораторная панель с генератором фиксированных частот, магазином сопротивлений Р-33 и реактивной нагрузкой, генератор Г3-120, фазометр Ф2-1, осциллограф С1-94. Осциллографический метод...
2774. Затухающие электрические колебания в колебательном контуре 181.5 KB
  Затухающие электрические колебания в колебательном контуре Приборы и принадлежности: лабораторная панель «Затухающие колебания», источник постоянного тока, осциллограф, магазин сопротивлений. Введение. Замкнутая электрическая цепь, состоящая ...
2775. Исследование и применение зеркального гальванометра 236 KB
  Исследование и применение зеркального гальванометра Приборы и принадлежности: гальванометр М17, лабораторная панель, длинный соленоид, катушка на вращающейся подставке. Введение. Гальванометр – это электроизмерительный прибор высокой чувствител...