Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 52
Донбасская Государственная Машиностроительная Академия Кафедра АПП Лабораторная работа по дисциплине Теория автоматического управления Тема Исследование частотных характеристик типовых динамических звеньев Краматорск Задание
Таблица 1
1.
Исследование безынерционного звена
1.1 Исследование частотных характеристик безынерционного звена
Для исследования частотных характеристикбезынерционного звена в прикладном пакете Proteus\ISIS составляем структурную схему, представленную на рисунке 1 для трех значений K: ЛАЧХ звеньев представлены на рисунке 2, графики переходной функции – на рисунке 3. Рисунок 1
– Структурная схема для исследования безынерционного звена Рисунок 2
– ЛАЧХ безынерционных звеньев Рисунок 3
– Переходные функции безынерционных звеньев 1.2 Реализация безынерционного звена
Реализуем безынерционное звено с коэффициентом усиления Рисунок 4
– Электрическая принципиальная схема инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления Рисунок 5
– ЛАЧХ и ЛФЧХ инвертирующего усилителя а) б) Рисунок 6
– Переходные функции идеального безынерционного звена и инвертирующего усилителя Рисунок 7
– Электрическая принципиальная схема неинвертирующего усилителя с коэффициентом усиления Рисунок 8
– ЛАЧХ и ЛФЧХ неинвертирующего усилителя а) б) Рисунок 9
– Переходные функции идеального безынерционного звена и неинвертирующего усилителя Рисунок 10
– ЛАЧХ и ЛФЧХ идеального безынерционного звена, инвертирующего усилителя и неинвертирующего усилителя При рассмотрении частотных и временных характеристик безынерционных звеньев можно сделать следующие выводы: · при прохождении через безынерционный элемент амплитуда и фаза выходного сигнала не зависит от частоты входного сигнала · при увеличении (уменьшении) коэффициента усиления ЛАЧХ увеличивается (уменьшается) во столько же раз, а ЛФЧХ не меняется. 2.
Исследование апериодического звена 1-го порядка
a.
Исследование частотных характеристик апериодического звена 1-го порядка
Для исследования частотных характеристикапериодического звена 1-го порядка в прикладном пакете Proteus\ISIS составляем структурную схему, представленную на рисунке 11, для трех значений Логарифмические частотные характеристики апериодических звеньев представлены на рисунке 12, графики переходной функции – на рисунке 13. Рисунок 11
– Структурная схема для исследования апериодических звеньев 1-го порядка Рисунок 12
– Логарифмические частотные характеристики апериодических звеньев 1-го порядка Рисунок 13
– Переходные функции апериодических звеньев 1-го порядка b.
Реализация апериодического звена 1-го порядка
Реализуем апериодическое звено 1-го порядка с постоянной времени а)б) а) б) Рисунок 14
– Электрическая принципиальная схема апериодических звеньев 1-го порядка с постоянной времени а) б) в) Рисунок 15
– ЛАЧХ и ЛФЧХ апериодических звеньев а) При анализе частотных характеристик апериодических звеньев 1-го порядка можно сделать следующие выводы: · увеличение (уменьшение) постоянной времени звена приводит к сдвигу ЛАЧХ и ЛФЧХ влево (вправо). · чем меньше постоянная времени Т, тем шире полоса пропускания (т.к. · при уменьшении постоянной времени уменьшается время переходного процесса и наоборот. · чем меньше постоянная времени, тем меньше время переходного процесса и шире полоса пропускания, следовательно, чем меньше время переходного процесса, тем шире полоса пропускания. · если на график ЛАЧХ заменить ломаной кривой и из точки ''разлома'' опустить прямую на ось c.
Исследование частотных характеристик апериодического звена 2-го порядка
Для исследования частотных характеристикапериодического звена 2-го порядка в прикладном пакете Proteus\ISIS составляем структурную схему, представленную на рисунке 16, при неизменной первой постоянной времени Логарифмические частотные характеристики апериодических звеньев 2-го порядка представлены на рисунке 17, графики переходной функции – на рисунке 18. Рисунок 16
– Структурная схема для исследования апериодических звеньев 2-го порядка Рисунок 17
– Логарифмические частотные характеристики апериодических звеньев 2-го порядка Рисунок 18
– Переходные функции апериодических звеньев 2-го порядка d.
Реализация апериодического звена 2-го порядка
Попробуем реализовать апериодическое звено 2-го порядка с постоянными времени Рисунок 19
– Электрическая принципиальная схема двух последовательно соединенных апериодических звеньев 1-го порядка с постоянными времени а)б) а) ЛАЧХ и ЛФЧХ; б) переходная функция Рисунок 20
– Характеристики последовательно соединенных Реализуем апериодическое звено 2-го порядка с постоянными времени Рисунок 21
– Электрическая принципиальная схема двух а) б) а) ЛАЧХ и ЛФЧХ; б) переходная функция Рисунок 22
– Характеристики последовательно соединенных При анализе частотных характеристик апериодических звеньев 2-го порядка можно сделать следующие выводы: · увеличение (уменьшение) постоянной времени звена приводит к сдвигу ЛАЧХ и ЛФЧХ влево (вправо). · увеличение (уменьшение) постоянной времени звена приводит к увеличению (уменьшению) времени переходного процесса. · на полосу пропускания большее влияние оказывает большая постоянная времени · при увеличении постоянной времени звена время переходного процесса увеличивается, а полоса пропускания уменьшается, следовательно, при увеличении времени переходного процесса полоса пропускания уменьшается и наоборот. e.
Аппроксимация апериодического звена 2-го порядка звеном 1-го порядка
Ввиду того, что апериодическое звено 2-го порядка можно аппроксимировать звеном 1-го порядка, если одна постоянная времени намного превышает вторую ( Аппроксимация апериодического звена 2-го порядка звеном 1-го порядка а) б) а) ЛАЧХ и ЛФЧХ;б) переходные функции Рисунок 24
– Характеристики апериодического звена 2-го порядка и инерционного звена При анализе характеристик апериодических звеньев (рисунок 24) можно сделать следующие выводы: · апериодическое звено 2-го порядка можно аппроксимировать апериодическим звеном 1-го порядка, если первая постоянная времени намного меньше второй, т.к. в таком случае влияние первой экспоненты на форму выходного сигнала несущественно. Исследование колебательного звена
При исследовании колебательного звена необходимо пронаблюдать за характером его частотных характеристикпри изменении постоянной времени и декремента затухания в пределах, указанных в индивидуальном задании. Т.е. необходимо исследовать частотные характеристики при постоянных времени f.
Исследование частотных характеристик колебательного звена при изменении постоянной времени ( Для исследования колебательного звена при изменении постоянной времени ( Рисунок 25
– Структурная схема для исследования колебательныхзвеньев при изменении постоянной времени ( Рисунок 26
– Логарифмические частотные характеристики колебательных звеньев при изменении постоянной времени ( Рисунок 27
– Переходные функции колебательныхзвеньев при изменении постоянной времени ( g.
Исследование частотных характеристик колебательного звена при изменении постоянной времени ( Для исследования колебательного звена при изменении постоянной времени ( Рисунок 28
– Структурная схема для исследования колебательныхзвеньев при изменении постоянной времени ( Рисунок 29
– Логарифмические частотные характеристики колебательных звеньев при изменении постоянной времени ( Рисунок 30
– Переходные функции колебательныхзвеньев при изменении постоянной времени ( h.
Исследование частотных характеристик колебательного звена при неизмененной постоянной времени ( Для исследования колебательного звена при неизмененной постоянной времени ( Рисунок 31
– Структурная схема для исследования колебательного звена при неизмененной постоянной времени ( Рисунок 32
– Логарифмические частотные характеристики колебательных звеньев при изменении постоянной времени ( Рисунок 33
– Переходные функции колебательного звена при неизмененной постоянной времени ( i.
Реализация колебательного звена
Реализуем колебательное звено с постоянной времени Рисунок 34
– Электрическая принципиальная схема колебательного а) б) а) ЛАЧХ и ЛФЧХ;б) переходная функция Рисунок 35
– Характеристики колебательного звена и При анализе графиков частотных характеристик и переходных процессов (рисунок 35) колебательных звеньев можно сделать следующие выводы: · увеличение (уменьшение) постоянной времени звена при неизменном декременте затухания приводит к сдвигу частотных характеристик влево (вправо). · при неизменном коэффициенте демпфирования увеличение постоянной времени звена приводит к сужению полосы пропускания; колебательность переходного процесса не меняется. · при неизменной постоянной времени увеличение (уменьшение) коэффициента демпфирования приводит к уменьшению (увеличению) колебательности переходного процесса и к более плавной ЛФЧХ. · при неизменной постоянной времени увеличение (уменьшение) коэффициента демпфирования приводит к уменьшению (увеличению) перерегулирования, сужению (расширению) полосы пропускания и уменьшению (увеличению) колебательности. 3.
Исследование дифференцирующих звеньев
a.
Исследование частотных характеристик идеального дифференцирующего звена
Для исследования частотных характеристикидеального дифференцирующего звена в прикладном пакете Proteus\ISIS составляем структурную схему, представленную на рисунке 36. Логарифмические частотные характеристики идеального дифференцирующего звена представлены на рисунке 37, график переходной функции – на рисунке 38. Рисунок 36
– Структурная схема для исследования идеального дифференцирующего звена Рисунок 37
– Логарифмические частотные характеристики идеального дифференцирующего звена Рисунок 38
– Переходная функция идеального дифференцирующего звена b.
Реализация идеального дифференцирующего звена
Реализуем идеальное дифференцирующее звено схемой, изображенной на рисунке 39. ЛАЧХ и ЛФЧХ дифференцирующего звена представлены на рисунках 40 и 41, переходная функция – на рисунке 42. Рисунок 39
– Электрическая принципиальная схема дифференцирующего звена Рисунок 40
– ЛАЧХ и ЛФЧХ дифференцирующего звена Рисунок 41
– ЛАЧХ и ЛФЧХ дифференцирующего звена с инвертором а) б) Рисунок 42
– Переходная функция схемы реализации идеального дифференцирующего звена c.
Исследование частотных характеристик реального дифференцирующего звена
Для исследования частотных характеристикреальногодифференцирующего звена в прикладном пакете Proteus\ISIS составляем структурную схему, представленную на рисунке 43. Логарифмические частотные характеристики реальногодифференцирующего звена представлены на рисунке 44, переходные функции – на рисунке 45. Рисунок 43
– Структурная схема для исследования реальногодифференцирующего звена Рисунок 44
– Логарифмические частотные характеристики реальногодифференцирующего звена Рисунок 45
– Переходные функции реальногодифференцирующего звена d.
Реализация реального дифференцирующего звена
Реализуем реальноедифференцирующее звено с помощью схем, изображенных на рисунке 46. ЛАЧХ и ЛФЧХ дифференцирующего звена представлены на рисунках 47, переходные функции – на рисунке 48. а)б) а) Рисунок 46
– Электрические принципиальные схемы реального дифференцирующего звена Рисунок 47
– ЛАЧХ и ЛФЧХ схем реализации дифференцирующего звена Рисунок 48
– Переходная функция схемы реальногодифференцирующего звена 4.
Исследование интегрирующих звеньев
a.
Исследование частотных характеристик идеального интегрирующего звена
Для исследования частотных характеристикидеального интегрирующего звена в прикладном пакете Proteus\ISIS составляем структурную схему, представленную на рисунке 49. Логарифмические частотные характеристики идеального интегрирующего звена представлены на рисунке 50, график переходной функции – на рисунке 51. Рисунок 49
– Структурная схема для исследования идеального интегрирующего звена Рисунок 50
– Логарифмические частотные характеристики идеального интегрирующего звена Рисунок 51
– Переходная функция идеального интегрирующего звена b.
Реализация идеального интегрирующего звена
Реализуем идеальное интегрирующее звено схемой, изображенной на рисунке 52. ЛАЧХ и ЛФЧХ интегрирующего звена представлены на рисунках 53 и 54, переходная функция – на рисунке 55. Рисунок 52
– Электрическая принципиальная схема интегрирующего звена Рисунок 53
– ЛАЧХ и ЛФЧХ интегрирующего звена Рисунок 54
– ЛАЧХ и ЛФЧХ интегрирующего звена с инвертором Рисунок 55
– Переходная функция схемы реализации идеального интегрирующего звена c.
Исследование частотных характеристик реального интегрирующего
звена
Для исследования частотных характеристикреальногоинтегрирующего звена в прикладном пакете Proteus\ISIS составляем структурную схему, представленную на рисунке 56. Логарифмические частотные характеристики реальногоинтегрирующего звена представлены на рисунке 57, переходные функции – на рисунке 58. Рисунок 56
– Структурная схема для исследования реальногоинтегрирующего звена Рисунок 57
– Логарифмические частотные характеристики реальногоинтегрирующего звена Рисунок 58
– Переходные функции реальногоинтегрирующего звена При анализе частотных и переходных характеристик реальногоинтегрирующего звена и его реализации можно сделать следующие выводы: 5.
Исследование изодромного звена
Изодромное звено можно условно представить в виде совокупности двух звеньев, действующих параллельно, - идеального интегрирующего и безынерционного. Поэтому данное звено совмещает полезные качества обоих звеньев и часто используется в качестве регулирующего устройства ПИ-регулятора (пропорционально-интегрального регулятора). a.
Исследование частотных характеристик изодромного звена
Для исследования частотных характеристикизодромногозвена в прикладном пакете Proteus\ISIS составляем структурную схему, представленную на рисунке 59. Логарифмические частотные характеристики изодромногозвена представлены на рисунке 60. Рисунок 59
– Структурная схема для исследования изодромногозвена Рисунок 60
– Логарифмические частотные характеристики изодромногозвена b.
Реализация изодромного звена
Реализуем изодромноезвено схемой, изображенной на рисунке 61. ЛАЧХ и ЛФЧХ интегрирующего звена представлены на рисунках 62 и 63, переходная функция – на рисунке 64. Рисунок 61
– Электрическая принципиальная схема изодромногозвена Рисунок 62
– ЛАЧХ и ЛФЧХ изодромногозвена Рисунок 63
– ЛАЧХ и ЛФЧХ изодромногозвена с инвертором а) б) а) без инвертора; б) с инвертором Рисунок 64
– Переходная функция изодромногозвена 6.
Исследование звена запаздывания
Для исследования частотных характеристикзвена запаздывания в прикладном пакете Proteus\ISIS составляем структурную схему, представленную на рисунке 65. Логарифмические частотные характеристики изодромногозвена представлены на рисунке 66, переходные характеристики – на рисунке 67. Рисунок 65
– Структурная схема для исследования звена запаздывания Рисунок 66
– Логарифмические частотные характеристики звена запаздывания Рисунок 67
– Переходные функции звена запаздывания
|