Для экспериментального определения коэффициента ошибки по положению c₁ необходимо на вход системы подать единичную ступенчатую функцию, вывести на экран график переходной характеристики по ошибке и проанализировать отклонение этого графика от нуля в установившемся процессе.

Для экспериментального определения коэффициента ошибки по скорости c₂ на вход системы подается нарастающий с постоянной скоростью сигнал, по осциллограмме ошибки определяется ее величина e в установившемся режиме. По величине ошибки коэффициент ошибки по скорости определяется по формуле:

Аналогично может быть построена методика экспериментального определения коэффициента ошибки по ускорению, которая предусматривает подачу на вход системы сигнала, растущего по параболе.

Определение показателей качества переходного процесса в экспериментальном режиме производится следующим образом:

- Временем переходного процесса t_ПП будет считаться максимальный промежуток времени, по истечению которого выходная величина приблизилась к установившемуся значению с заданной статической ошибкой и больше не отклонялась от него на величину, превышающую статическую ошибку. Для экспериментального определения времени переходного процесса используется данное определение: около установившегося значения строится область, не превышающая заданную ошибку, и определяется время от начала эксперимента, за которое выходная величина вошла в данную область и больше из нее не выходила.

- Для экспериментального определения перерегулирования по переходной характеристике определяют установившееся и максимальное значение, после чего их подставляют в формулу (3).

Для экспериментального определения запасов устойчивости по амплитуде и фазе необходимо:

- подключить на вход схемы генератор синусоидального сигнала с бегущей частотой;

- построить на одном экране логарифмические амплитудно- и фазочастотные характеристики;

- для определения запаса устойчивости по амплитуде с помощью визирных линий осциллографа необходимо определить частоту w₁, при которой фаза равна -180°. Если на данной частоте логарифмическая амплитудно-частотная характеристика имеет отрицательное значение, следовательно, она устойчива и модуль данного значения будет являться запасом устойчивости по амплитуде D L;

- для определения запаса устойчивости по фазе с помощью визирных линий осциллографа находится частота, на которой логарифмическая амплитудно-частотная характеристика пересекает ось абсцисс w_ср. Запасом устойчивости по фазе будет значение фазочастотной характеристики на частоте w_ср.

4. Контрольные вопросы

1.  Что характеризует качество САУ?

2.  Чем характеризуется статический режим работы САУ?

3.  Что такое динамический режим работы САУ?

4.  Перечислите прямые показатели качества работы САУ в установившемся режиме.

5.  Чем определяется ошибка слежения в статическом режиме?

6.  Что такое астатизм и что характеризует порядок астатизма?

7.  Какие САУ называются статическими;

8.  Какими показателями характеризуется переходный процесс?

9.  Что такое перерегулирование?

10. Как экспериментально найти статическую, скоростную ошибку и ошибку по ускорению?

11. Объясните принцип экспериментального нахождения времени переходного процесса.

Схема эксперимента

В лабораторной работе исследуется система управления, структурная схема которой приведена на рис. 1, а соответствующая принципиальная схема приведена на рис. 2.

Монтажная схема исследуемой системы приведена на рис. 3.

Рис. 3. Электромонтажная плата исследуемой САУ

Данная схема состоит из апериодического и колебательного звеньев, охваченных отрицательной обратной связью с помощью сумматора. Сумматор реализован на основе одного операционного усилителя УД608, а колебательное звено на основе трех операционных усилителей той же марки.

Порядок выполнения работы

6.1. Исследование системы по задающему воздействию:

6.1.1. Скоммутируйте схему, представленную на рис. 2: Для питания операционных усилителей, соблюдая полярность, подключите первый источник питания (Uпит1+, Uпит1-) к верхней шине монтажной платы, а второй источник питания (Uпит2+, Uпит2-) к нижней шине монтажной платы, подключите на вход 1 схемы генератор (GenA_1, GND) . Общий провод (GND) подается на нижний вход схемы. К выходу «Выход 1» схемы подключите канал А осциллографа (CH_ A+, CH_ A-). Канал В осциллографа (CH_B+, CH_B-) подключите на вход схемы, чтобы можно было увидеть разницу между входным сигналом и выходным. При подключении осциллографа соблюдайте полярность.

6.1.2. Подавая на вход 1 схемы с помощью генератора прямоугольный импульс амплитудой 5 В, частотой 100 Гц и скважностью 50 %, постройте переходную характеристику, по которой используя описанные выше методики и визирные линии осциллографа, определите показатели качества САУ по задающему воздействию:

- величину первого максимума и установившееся значение y_уст, рассчитайте перерегулирование s;

- время переходного процесса.

6.1.3. С целью анализа ошибки регулирования подключите канал А осциллографа (CH_ A+, CH_ A-)  к выходу «Выход 2» схемы. Канал В осциллографа (CH_B+, CH_B-) подключите на вход схемы, чтобы можно было увидеть разницу между входным сигналом и выходным. При подключении осциллографа соблюдайте полярность.

6.1.4. Подавая на вход 1 схемы с помощью генератора прямоугольный импульс амплитудой 5 В, частотой 100 Гц и скважностью 50 %, постройте переходную характеристику, по которой используя описанные выше методики экспериментального определения показателей качества работы САУ и визирные линии осциллографа, определите коэффициент статической ошибки по задающему воздействию с₀.

6.1.5. Подключив на вход системы генератор синусоидального сигнала с бегущей частотой, постройте логарифмические амплитудно- и фазочастотную характеристики, по которой определите запасы устойчивости по амплитуде и фазе по описанной методике.

6.2. Исследование системы по возмущающему воздействию:

6.2.1. Скоммутируйте схему, представленную на рис. 3: Для питания операционных усилителей, соблюдая полярность, подключите первый источник питания (Uпит1+, Uпит1-) к верхней шине монтажной платы, а второй источник питания (Uпит2+, Uпит2-) к нижней шине монтажной платы, подключите на вход 2 схемы  генератор (GenA_1, GND) . Общий провод (GND) подается на нижний вход схемы. К выходу «Выход 1» схемы подключите канал А осциллографа (CH_ A+, CH_ A-). Канал В осциллографа (CH_B+, CH_B-) подключите на вход схемы, чтобы можно было увидеть разницу между входным сигналом и выходным. При подключении осциллографа соблюдайте полярность.

6.2.2. Подавая на вход 2 схемы с помощью генератора прямоугольный импульс амплитудой 5 В, частотой 100 Гц и скважностью 50 %, постройте переходную характеристику, по которой используя описанные выше методики и визирные линии осциллографа, определите показатели качества САУ по возмущающему воздействию:

- величину первого максимума и установившееся значение, рассчитайте перерегулирование;

- время переходного процесса.

6.2.3. С целью анализа ошибки регулирования подключите канал А осциллографа (CH_ A+, CH_ A-)  к выходу «Выход 2» схемы. Канал В осциллографа (CH_B+, CH_B-) подключите на вход схемы, чтобы можно было увидеть разницу между входным сигналом и выходным. При подключении осциллографа соблюдайте полярность.

6.2.4. Подавая на вход 1 схемы с помощью генератора прямоугольный импульс амплитудой 5 В, частотой 100 Гц и скважностью 50 %, постройте переходную характеристику, по которой используя описанные выше методики и визирные линии осциллографа, определите показатели качества по задающему воздействию:      

- величину первого максимума и установившееся значение, рассчитайте перерегулирование;

- время переходного процесса.

6.2.5. Подключив на вход системы генератор синусоидального сигнала с бегущей частотой, постройте логарифмические амплитудно- и фазочастотную характеристики, по которым определите запасы устойчивости по амплитуде и фазе, используя описанные методики.

6.3. По результатам проведенных исследований заполните таблицу 1:

Таблица 1

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

- цель работы;

- структурную схему исследованной системы;

- графики переходных процессов для выходного сигнала и ошибки по задающему и возмущающему воздействию;

- экспериментально заполненную таблицу 1;

- выводы к работе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы.- М.: Высшая школа, 2000. - 462 с.

2. Короткевич М.А. Основы эксплуатации электрических сетей. - Минск: Вышэйш. шк., 1999. -266 с.

3. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство: Пер. с нем. -М.: Мир, 1982. -512 с.

4. Крылов В. Выбор схемы стабилизатора напряжения // Радио. - 1978. -№ 4.-С. 42-44; № 5.-С. 34-36.

5. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. - М.: Радио и связь, 1990. -512 с.

6. Мирошник И.В. Теория автоматического управления. Линейные системы. – СПб.: Питер, 2005. – 336 с.

7. Востриков А.С. Теория автоматического регулирования: Учеб. пособие для вузов / А.С. Востриков, Г.А. Французова. – М.: Высш. шк., 2004. – 365 с.

8. Теория систем автоматического регулирования // Бесекерский В.А., Попов Е.В. – М.: «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1975. – 768 с.

9. Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления, под ред. В.А. Бесекерского, издание четвертое, стереотипное. – М.: «Наука», Главная редактция физико-математической литературы, 1972. – 588 с.