Федосов Борис Трофимович
Рудненский индустриальный институт,
Рудный, Казахстан
Об авторе

УДК 681.51.01
Ф338

Исследование типовых звеньев линейных систем
Построение и изучение переходных характеристик

         Приведены фрагменты задания и методических указаний к лабораторной работе №2 по курсам ТАУ и системотехника. Полная версия пособия содержится в прилагаемом файле, ссылка для загрузки которого дана ниже.
         Пособие выполнено в виде электронной книги формата chm, которую можно просматривать на любом компьютере стандартными средствами операционной системы Windows.

1. Цель и задачи работы

Цель работы: - построение моделей типовых звеньев линейных САР (систем автоматического регулирования) и исследование временных характеристик этих моделей

В результате выполнения работы следует сделать выводы о том, как влияют параметры типовых звеньев на их переходные характеристики.

Задачи работы:

2. Краткие сведения о типовых звеньях

3. Задания к работе.

3.1. Исследование интегратора

3.1.1. Построить в программе Vissim виртуальный лабораторный стенд для исследования модели интегратора.

Вынести на рабочее поле Vissim’а генератор step ступенчатого сигнала (Blocks – Signal Producer - step), интегратор (Blocks – Integration - Integrator), осциллограф (Blocks – Signal Consumer – Plot), сделать надписи (Blocks – Annotation - lebel)

Исследование интегратора

Рис. 3.1. Примерный вид виртуального лабораторного стенда по исследованию интегратора, собранный на рабочем поле программы Vissim

Пояснения по настройке виртуального лабораторного стенда (заданию параметров моделирования).

Генератор ступенчатой функции, как видно из подписи под блоком, создает ступеньку с амплитудой, равной 1, задержанную на 0.5 сек относительно времени (-0.5 сек) начала моделирования с тем, чтобы на осциллографе она появлялась в нулевой момент времени. Выполняя лабораторную работу, стенд можно строить прямо по рис 3.1.

Сохранить лабораторный стенд в личной папке с содержательным названием.

3.1.2. Проверить, действительно ли интегратор Vissim’а (Blocks – Integration - Integrator) является таковым. Для этого, изменяя величину ступенчатого входного сигнала (двойной щелчок по блоку step, в диалоге установить требуемую амплитуду), определять время пересечения переходной функции с уровнем входного сигнала (это время равно постоянной времени Т интегратора), а также ее крутизну (производную по времени см. рис 2.6). Результаты занести в таблицу:

Таблица 1. Зависимости постоянной времени интегратора и крутизны его выходного сигнала от величины входной ступеньки

Таблица 1

Примечание. На осциллографе рис.3.1 можно в режиме запоминания отобразить вместе с имеющимся еще два графика переходных функций для других значений входного сигнала. Для этого следует дважды щелкнуть в центре осциллографа и в появившемся окне диалога на вкладке Options (Параметры) поставить галочку в пункте Over Plot (Поверх предыдущих графиков). Затем необходимо перенести выход интегратора на следующий свободный вход осциллографа, чтобы цвет графика был другим, изменить величину ступеньки, например в два раза, и запустить процесс счета (моделирования).

Окно свойств осциллографа

Рис. 3.2. Окно свойств осциллографа открыто на вкладке Options (Параметры). Отметка в поле Over Plot позволяет вывести на осциллограф несколько графиков (в данном случае до 4-х Plot Count)

Построить графики найденных постоянных времени и крутизны выходных сигналов в зависимости от величины входной ступеньки. График может быть построен вручную на бумаге, в Paint’е или в Маткаде. Наконец, координаты точек могут быть записаны в текстовый файл и выведены из него на осциллограмму в Vissim’е (см. Help).

Если получается, что постоянная времени не зависит от величины входного сигнала, а крутизна выходного сигнала пропорциональна ему, то исследуемое устройство – интегратор.

Как проверить то, что реакция на сумму воздействий блока интегратора равна сумме его реакций на каждое из них?

Сделать снимок экрана и сохранить его с содержательным названием в формате gif в подпапке Lab_2 лабораторной работы № 2 личной папки.

3.1.3. Убедиться, что постоянную времени интегратора можно изменять, включая последовательно с ним (Blocks – Arithmetic - gain) усилитель (см. формулу 2.6) и изменяя его коэффициент усиления. Для изменения усиления блока следует дважды по нему щелкнуть и в единственном поле диалогового окна задать значение коэффициента усиления.

Vissim позволяет исследовать одновременно несколько интеграторов с разными постоянными времени:

Изменение постоянной времени эквивалентного интегратора

Рис. 3.3. Примерный вид виртуального лабораторного стенда для проверки возможности изменения постоянной времени интегратора посредством изменения коэффициента усиления усилителя, включенного последовательно с интегратором. Постоянные времени следует определить по графикам с точностью, не хуже чем в две значащих цифры

Интегратор Vissim’а не позволяет изменять его постоянную времени. Для этого применен усилитель (Blocks – Arithmetic - gain), усиление которого обратно пропорционально постоянной времени (см. формулу 2.6). Как видно из подписи к генератору ступенчатой функции, он создает ступеньку с амплитудой А, равной 1, задержанную на Т=0.5 сек относительно начала моделирования с тем, чтобы на осциллографе она появлялась в нулевой момент времени. Внизу показана панель Vissim’а, на которой отображаются основные параметры моделирования: количество блоков – 18; модельное время (Simulate – Simulation Properties: Start и End) выбрано изменяющимся от -0.5 сек до 2 сек, шаг моделирования (там же Step Size) выбран равным 0.001 сек.

Установить, как связаны коэффициент усиления и постоянная времени эквивалентного интегратора.

Можно ли утверждать, что передаточная функция последовательно включенных усилителя и интегратора равна произведению их передаточных функций?

Сохранить лабораторный стенд в личной папке с содержательным названием. Сделать снимок экрана и сохранить его с содержательным названием в формате gif в подпапке Lab_2 лабораторной работы № 2 личной папки.

3.1.4. Сделать выводы о точности соответствия виртуального интегратора идеальному.

* * *

4. Отчет и защита работы

5. Домашнее задание

6. Контрольные вопросы

7. Литература и Интернет

Приложения



Исследование типовых звеньев линейных систем
Построение и изучение переходных характеристик


Задания и методические указания
к выполнению лабораторной работы №2
по курсам "Системотехника" и "ТАУ"

Файл пособия: [TAU_Lab_2_2006_v23.zip 537 КБ, 6.01.2006]

Фрагмент пособия

Цель работы: - построение моделей типовых звеньев линейных САР (систем автоматического регулирования) и исследование временных характеристик этих моделей
         В результате выполнения работы следует сделать выводы о том, как влияют параметры типовых звеньев на их переходные характеристики.

         Версия 2.3 дополнена файлами моделей и документом Маткада с вычислениями, проводимыми в работе, загружаемыми офф-лайн.

15.11.2005
6.01.2006


К содержанию
<< 3.2. Лабораторные работы

<< К оглавлению
раздела Избранное