Исследуемых в лабораторной работе

Структурная и электрическая схемы исследуемой модели изображены на рис.6, 7. Они содержат 7 операционных усилителей, на которых построены различные типовые звенья.

На первом OУ реализовано суммирующее звено с коэффициентом передачи k1 = 1 - 10. Второй OУ выполняет функции идеального интегрирующего звена. На третьем ОУ собрано реальное интегрирующее звено (апериодическое звено первого порядка). Четвертый ОУ работает в режиме пропорционального звена с коэффициентом передачи . Пятый ОУ обеспечивает инвертирование сигнала в цепи обратной связи k5 = -1. Шестой ОУ работает в режиме дифференцирования. На седьмом ОУ собрано интегродифференцирующее звено.

При разомкнутой цепи обратной связи (ОС) передаточная функция для процесса, наблюдаемого в точке 1, имеет вид:

,

т.е. эта часть схемы реализует идеальное интегрирующее звено.

Если наблюдать процесс в точке 2, то передаточная функция для этой части схемы имеет вид:

,

где T = C2R7, т.е. реализуются свойства интегрирующего звена с запаздыванием.

При замыкании обратной связи передаточная функция для процесса в точке 2 имеет более сложную структуру:

. (21)

 

Как видно из (28), система при замкнутой цепи ОС ведет себя как звено второго порядка. Учитывая, что , а . Когда , то и система ведет себя как колебательное звено. При модель воспроизводит апериодическое звено второго порядка. При и реализуется граничный случай между колебательным и апериодическим режимом.

 

Интегродифференцирующее звено имеет передаточную функцию вида:

; (22)

где , .

В случае, когда T1 < T2, звено имеет интегрирующее свойства, т.е. подавляет высокие и пропускает низкие частоты. При T1 > T2 звено осуществляет операцию дифференцирования, подчеркивает спектр высоких частот и подавляет низкие.

 

3. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

 

3.1. Изучить содержание и описание лабораторной работы.

3.2. Рассчитать с помощью ПЭВМ и построить графики функций h(t) и H(t):

- для интегрирующего звена с запаздыванием;

- для апериодического звена второго порядка при .

- для колебательного звена при .

3.3. Изобразить качественный вид функции h(t) и H(t) для интегродифференцирущего звена.

3.4. Нарисовать схему электронной модели интегрирующего звена с запаздыванием. Показать, каким образом можно исследовать функции h(t) и H(t).

3.5. Продумать ответы на контрольные вопросы по лаборатор­ной работе.

 

 

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

4.1. Вывести формулу передаточной функции системы с обратной связью. Объяснить, за счет каких свойств, обеспечивается высокое качество управления в замкнутой СУ. Какие проблемы возникают при замыкании обратной связи.

4.2. Показать связь передаточной функции с переходной h(t) и весовой H(t) функциями, обосновать целесообразность исследования типовых звеньев в лабораторной работе с помощью переходной функции h(t).

4.3. Вывести формулу для h(t) дифференцирующего звена.

R1 = R2 = R3 = R4 = R8 = R10 = 0,1МОм;

R5 = R6 = R7 = R9 =R11 = = 1,0 МОм;

С1 = С2 = 1МкФ; С5 = 0,5МкФ;

С3 = 0,5 МкФ; С4 = 1,0МкФ. или

С3 = 1 МкФ; С4 = 0,5МкФ.

 

4.4. Вывести формулу для h(t) интегрирующего звена с запаздыванием.

4.5. Вывести формулу для h(t) интегродифференцирущего звена.

4.6. Построить АЧХ и ФЧХ для колебательного звена.

4.7. Пояснить, за счет каких свойств OУ повышается точность выполнения операции типовыми звеньями, построенными на основе ОУ.

4.8. Объяснить порядок выполнения лабораторной работы.

 

 

5. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

 

Лабораторная установка представляет собой электронный блок, построенный на операционных усилителях. Электрическая схема установки приведена на рис. Генератор внешнего сигнала встроен внутри стенда. Он позволяет генерировать сигнал в виде единичного скачка и дельта-функции с амплитудой от 0 до 20в. Переходной процесс в виде переходной функции и в виде импульсной переходной функции можно наблюдать с помощью осциллографа, подключенного к соответствующим выходам звеньев электронной схемы в режиме разомкнутой и замкнутой обратной связи СУ.

 

6. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

 

6.1. Установить уровень входного сигнала в виде единичного скачка Uвх = 20В. Последовательно исследовать динамические параметры узлов системы без обратной связи в точках 1 (для интегрирующего звена), 2 (для интегрирующего звена с запаздыванием), 3 (для интегрирующего звена с запаздыванием и инвертированием), 4 (для интегрирующего звена с запаздыванием и восстановленной фазой) соответствии с рис.7 при разомкнутом переключателе П1. Зарисовать осциллограммы выходных сигналов для экспериментальной зависимости h(t).

6.2. Установить уровень входного сигнала в виде дельта-функции 10В. Последовательно исследовать динамические параметры узлов системы без обратной связи в точках 1 (для интегрирующего звена), 2 (для интегрирующего звена с запаздыванием), 3 (для интегрирующего звена с запаздыванием и инвертированием), 4 (для интегрирующего звена с запаздыванием и восстановленной фазой) с рис.7 при разомкнутом переключателе П1. Зарисовать осциллограммы выходных сигналов для экспериментальной зависимости H(t).

6.3. Замкнуть обратную связь переключателем П1. Установить уровень входного сигнала в виде единичного скачка Uвх = 20В.

6.4. Установить усиление в цепи ОС модели с помощью резистора R8 снять зависимости h(t) и H(t) апериодического звена второго порядка, подключая осциллограф к т.3 и т.4. Экспериментальные зависи­мости сравнить с результатами расчетов.

6.5. Установить усиление в цепи ОС модели с помощью резистора R8. Повторить операции в соответствии с п.6.4.

6.6. Опытным путем подобрать усиление , таким образом, чтобы переходной процесс h(t) звена исследуемого в п.6.4 и п.6.5 носил граничный характер, между колебательным и апериодическим. Снять полученные зависимости h(t) и H(t).

6.7. Регулируя уровень входного напряжения убедиться, что напряжение в т.2 отслеживает входное воздействие. Это подтверждает нормальную работу СУ с обратной связью.

6.8. Переключателем П2 подключить выход резистора R12 к входу дифференцирующего усилителя С5,R13. Убедиться, что сигнал в т. 4 будет являться дельта-функцией по отношению к сигналу в т.3.