Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет
“ЛЭТИ” имени В.И.Ульянова (Ленина)»
(СПбГЭТУ)
--------------------------------------------------------------------------------------------------
Методические указания
к лабораторным работам по дисциплине
«ОСНОВЫ АВТОМАТИКИ И САУ»
(часть 2 - использование среды «DesignLab» для моделирования устройств
радиоавтоматики)
Санкт-Петербург
2007
УДК 621.37/39 (076)
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине
«Основы автоматики и САУ» (часть 2 - использование среды «DesignLab» для моделирования устройств радиоавтоматики) / Сост.: А.И.Соколов; СПбГЭТУ. – С.-Пб., 2007 – 22с.
Данный материал может быть использован в качестве методических указаний к выполнению лабораторных работ в дисциплине «Основы автоматики и САУ» (вместо типового цикла лабораторных работ с использованием физических моделей САУ или в дополнение к нему). Кроме основных установок обеспечения лабораторной поддержки лекционного курса, дается дополнительная целевая установка - ознакомление студентов с современными методами визуального моделирования устройств радиоавтоматики на уровне принципиальной, функциональной и структурной схем.
Приведена краткая инструкция для работы в среде «DesignLab 8.0», дано описание заданий для выполнения шести работ лабораторного цикла. Содержатся сведения о принципах построения моделей устройств автоматического управления и порядке их исследования. Изложена методика проведения исследований математических моделей изучаемых в дисциплине систем. Методические указания предназначены для студентов радиотехнических специальностей.
Замечание. Выполнение работ требует различного временного ресурса, в зависимости от имеющихся у студента навыков визуального моделирования. Поэтому указанное в заданиях время выполнения работы является ориентировочным (при досрочном окончании выполнения работы рекомендуется приступать к составлению схемы моделирования для следующей работы). Контроль оформления отчетов и их защита выполняются во временных рамках аудиторных (лабораторных) занятий.
Утверждено редакционно-методическим советом университета в качестве методических указаний
1. ВОЗМОЖНОСТИ СРЕДЫ «DesignLab 8.0» И КРАТКАЯ
ИНСТРУКЦИЯ ДЛЯ РАБОТЫ В ЭТОЙ СРЕДЕ
В среде схемотехнического моделирования «DesignLab» возможно исследование устройств, описанных на уровне принципиальной, функциональной и структурной схем, а также решение систем дифференциальных уравнений. Порядок действий при моделировании следующий.
Поэтому советуем студенческой бригаде (даже состоящей из одного студента) серьезно подойти к решению задачи выбора студента-оператора, манипулирующего клавишами и мышью ЭВМ (ресурсы времени лабораторного занятия и нервных клеток преподавателя ограничены!).
тельно до начала моделирования организовать персональный каталог для записи файлов, создаваемых средой «DesignLab».
Размещение компонентов схемы выполняется последовательностью команд «Draw/Get New Part/Libraries + Place» (фиксация компонента осуществляется нажатием левой кнопки мыши, а завершение размещения - правой). Если для удобства изображения схемы необходимо развернуть компонент, то используется комбинация клавиш «Сtrl+R» (Rotate).
Соединение компонентов выполняется после команды «Draw/Wire» или нажатия соответствующей дублирующей кнопки на панели управления средой (начало, изломы и конец линий фиксируются при нажатии левой кнопки мыши, а окончание рисования линий - правой).
3. Для редактирования параметров компонентов следует выделить (нажатием левой кнопки мыши) компонент и, либо двойным нажатием левой кнопки мыши, либо командами «Edit/Attributes» вызвать редактор параметров (атрибутов).
Числовые данные вводятся либо без размерности с фиксированной или плавающей точкой, либо с размерностью и масштабными суффиксами:
p=1e-12, n=1e-9, u=1e-6, m=1e-3, k=1e3, meg=1e6,g=1e9, t=1e12. Например: pF, kOm, megOm, mS, mSec и т.д. (строчные и прописные буквы не различаются).
После ввода каждого параметра следует дать команду «Save Attr». Для инерционных компонентов необходимо указать начальные условия (IС).
4. Командой «File/Save As» записать задачу в свой каталог. В дальнейшем можно пользоваться командой «File/Save». Для каждой задачи создавать отдельный каталог.
5. С помощью команды «Analysis/Electrical Rule Check» проверить правильность ввода схемы устройства.
6. С помощью команды «Analysis/Setup/...» задать директивы моделирования. Например, для выполнения вычислений частотных характеристик в разделе «Analysis/Setup/AC Analysis» установить октавное разбиение оси частот, выбрать желаемое число точек вычислений на октаву, а также начальное и конечное значения частоты. Для выполнения вычислений переходной характеристики в разделе «Analysis/Setup/Transient Analysis» установить шаг дискретизации и время анализа (рекомендуется шаг дискретизации подтвердить в нижнем окне «Step Ceiling»).
7. Создать список соединений с помощью команды «Analysis/Create Netlist». Этот список можно просмотреть по команде «Analysis/Examine Netlist».
8. Командой «Analysis/Simulate» запустить задачу на моделирование (в меню «Analysis/Probe Setup» должна быть включена первая позиция опции «Auto Run Option»).
9. В среде постпроцессора «Probe» построить результаты моделирования в виде графиков. Для этой цели используется команда «Trace/Add», а также командная строка «Trace Expression», в которую следует вывести наблюдаемые переменные или их функции (например: DB(V(5)/V(1)) - модуль в децибелах, P(...) - фаза, R(...) - реальная часть, IMG(...) - коэффициент мнимой части. D(...) - производная по времени и т.п.).
Для замены переменной по оси X используются команды:
«Plot/X Axis Setting/Axis Variable».
10. Для вывода числовой информации можно использовать следующие способы.
1). Использование двух курсоров, управляемых левой и правой кнопками мыши (команды «Tools/Cursor/Display»).
2). К соответствующей точке схемы подсоединить компонент «Print1» из библиотеки «Special.slb», для вывода частотных характеристик установить атрибут «Analysis=AC» (для вывода переходного процесса нужен еще такой компонент с атрибутом «Analysis =Tran»). В случае вывода функциональных преобразований (например, при построении логарифмических характеристик) можно использовать компонент «VPrint1», в атрибутах которого следует указать: AC=V(out), PHASE= V(out), DB=V(out). Результаты моделирования (таблицы) можно найти в файле *.out (команды «Analysis/Examine Output»).
3). Выделить желаемый график (идентификатор графика внизу экрана), командой «Edit/Copy» результаты моделирования занести в память, запустить текстовый редактор (например: «Пуск/Программы/Стандартные/Word Pad») и извлечь таблицу из памяти (команды «Правка/Вставить»).
11. Для построения семейства графиков (параметрический анализ) необходимо выполнить следующие манипуляции:
1). Значение параметра (сопротивление, емкость, ...) указать в виде {Rval}, {Cval} ... .
2). Добавить к схеме компонент «Param» из библиотеки «Special.slb» и в его атрибутах указать Name1: Rval, Value1: 1k.
3). В разделе меню «Analysis/Setup/Parametric» отметить разделы «Global parameter», «Value List» и указать Name: Rval, Values: перечень значений параметра, разделенных пробелом.
4). Выделить раздел «Parametric» в «Setup».
Замечание. В случае фатальной неудачи при выполнении действий по п.11, находчивые студенты создают несколько копий схемы моделирования с разными значениями резистора (и разными идентификаторами элементов!).
12. Для текущего контроля процесса моделирования (в случае длительных вычислений) используется компонент «Watch1», в атрибутах которого указывается вид анализа, а также нижнее и верхнее значения переменной.
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ РАДИОАВТОМАТИКИ МЕТОДОМ ЗАМЕЩЕНИЯ LCR-ЦЕПЬЮ (лабораторная работа 1)
Цель работы:
1) экспериментальное определение показателей качества САУ и установление их связи со структурой и параметрами САУ, определяемыми ее передаточной функцией;
2) приобретение навыков работы со средой моделирования.
2.1. Описание схемы моделирования
При выполнении первого задания необходимо освоить среду моделирования и научиться строить результаты моделирования для переменных схемы и их функциональных преобразований в числовой и графической форме. Поэтому для моделирования предлагается простейшая схема, не требующая трудоемкого ввода и длительного моделирования.
Методом замещения LCR-цепью моделируется САУ с передаточной функцией в разомкнутом состоянии где
N - номер студенческой бригады.
Схема замещения имеет вид, показанный на рис.1.
В схеме используется источник V1 типа «VPWL» из библиотеки «Source.slb». Этот источник вырабатывает напряжение заданной формы, аппроксимируемое кусочно-линейной функцией (в атрибутах «VPWL» следует задать DC=1, AC=1, с помощью параметров Ti и Vi описать ступенчатое воздействие). В схеме также используются элементы L,C,R из библиотеки «Analog.slb», аналоговая земля «AGND» и выводы «Bubble» из библиотеки «Port.slb». Передаточная функция LCR-цепи совпадает с передаточной функцией замкнутой САУ, а параметры определяются с помощью соотношений: C=1e-6 (1мкФ), L=T2/(KVC), R1=1/(KVC), R2i =T1i/C.
2.2. Задание по работе
Часть 1. Моделирование LCR-цепи.
Выполнить моделирование 3 вариантов LCR-цепи с построением
Рис.1
Замечание. При построении АФХ в графическом постпроцессоре «Probe» указать «Plot/X Axis Setting/Scale» = Linear, «Plot/X Axis Setting/Axis Variable/Trace Expression» = R(V(Out)), «Trace/Add/ Trace Expression» = Img(V(Out)).
При построении фазовой траектории рекомендуется к выходу схемы через буферный элемент (управляемый напряжением источник напряжения «E» из библиотеки «Analog.slb») подключить дифференцирующее звено «DIFFER» из библиотеки «Abm.slb».
Часть 2. Моделирование RС-цепи (моделирование апериодического звена).
Исключить из схемы L и R2, построить логарифмические характеристики апериодического звена (см. п.9 раздела 1).
2.3. Содержание отчета
1. Задание, структурная схема САУ, ее передаточные функции, расчет элементов схемы.
2. Схема моделирования, списки соединений и директив моделирования (разделы «Netlist» и «Analysis setup» файла *.out).
3. Результаты моделирования LCR-цепи (4 семейства кривых).
4. Экспериментальные и асимптотические ЛАЧХ и ФЧХ апериодического звена.
5. Заключение, содержащее постановку задач исследования, методику их проведения и основные выводы.
2.4. Контрольные вопросы
1. Как изменятся переходные процессы и АЧХ САУ при увеличении (уменьшении) резистора R2?
2. Какая связь существует между переходным процессом и АЧХ САУ?
3. Какая связь существует между переходным процессом и АФХ САУ?
4. Какая связь существует между переходным процессом и фазовой траекторией САУ?
5. В каком направлении следует изменять АЧХ (АФХ) для снижения колебательности системы?
6. Указать установившееся значение выходного напряжения САУ при g(t)=1(t) (ответ обосновать с помощью передаточной функции САУ).
7. Найти отличия экспериментальных и асимптотических ЛАЧХ и ФЧХ апериодического звена.
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ САУ С ЭЛЕКТРОННЫМ ИНТЕГРАТОРОМ (лабораторная работа 2)
Цель работы:
1) определение показателей качества САУ путем моделирования на ЭВМ;
2) приобретение навыков работы с ЛХ.
3.1. Описание схемы моделирования
При выполнении второго задания предполагается, что среда моделирования освоена и основное внимание уделяется исследованию САУ.
В состав САУ входит пропорционально-интегрирующее звено и электронный интегратор, построенный на операционном усилителе (ОУ). Передаточная функция такого «интегратора» при большом коэффициенте усиления ОУ имеет вид: В области частоты среза САУ эту передаточную функцию можно упростить:
Поэтому динамические свойства (переходные процессы) САУ с электронным и идеальным интегратором одинаковы. При моделировании САУ с электронным интегратором считать, что структура и параметры САУ соответствуют Заданию 1.
Схема моделирования приведена на рис.2. В схеме используются источники V1 типа «VPWL» и V2, V3 типа «VSRC» из библиотеки
Рис.2
«Source.slb», сумматор «ESUM» из библиотеки «Abm.slb», управляемый напряжением источник напряжения «E» (буферный каскад) из библиотеки «Analog.slb», операционный усилитель «LF411» из библиотеки «Eval.slb». В САУ используется инвертирующий электронный интегратор, поэтому к выходу системы подключен инвертор E3.
Схема громоздкая, поэтому, с целью экономии времени, допускается использование готовой модели. Для этого следует выполнить копирование файлов готовой модели из указанного преподавателем каталога в свой каталог, запустить файл *.sch и дать команды «Analysis/Electrical Rule Check» и «Analysis/Create Netlist».
3.2. Задание по работе
Выполнить исследование САУ (3 варианта) с построением
логарифмических и амплитудно-фазовых характеристик (для разомкнутой системы). При построении АФХ на панели «X Axis Settings» включить режим линейного масштаба оси абсцисс.
3.3. Содержание отчета
1. Задание, структурная схема САУ, ее передаточная функция, расчет элементов схемы.
2. Теоретическая часть отчета, включающая в себя:
1) семейство асимптотических ЛХ,
2) семейство переходных процессов САУ, построенных по ЛХ,
3) семейство АФХ, приближенно построенных по ЛХ с указанием точки пересечения единичной окружности,
4) распределение полюсов передаточной функции замкнутых САУ на плоскости комплексной переменной.
3. Экспериментальная часть отчета, включающая в себя:
1) схему моделирования, списки соединений и директивы моделирования (разделы «Netlist» и «Analysis setup» файла *.out),
2) результаты исследований (три семейства кривых).
4. Сопоставление теоретических и экспериментальных результатов, проверка соотношений для tН и %.
5. Заключение, содержащее постановку задач исследования, методику их проведения и основные выводы.
Указание. Комплект асимптотических ЛХ должен быть в наличии у каждого студента бригады, чтобы иметь возможность продемонстрировать свои персональные способности к работе с ЛХ.
3.4. Контрольные вопросы
1. Как изменятся переходные процессы и АЧХ САУ при увеличении (уменьшении) коэффициента усиления?
2. Как изменятся переходные процессы и АЧХ САУ при увеличении (уменьшении) постоянной времени апериодического звена?
3. Как изменятся переходные процессы и АЧХ САУ при увеличении (уменьшении) постоянной времени форсирующего звена?
4. Какая связь существует между переходным процессом и полюсами передаточной функции САУ?
5. Указать установившееся значение выходного напряжения САУ при g(t)=1(t) (ответ обосновать с помощью передаточной функции САУ).
6. Найти и объяснить противоречия в построении теоретических и экспериментальных ЛХ и АФХ.
4. КОРРЕКЦИЯ САР (лабораторная работа 3)
Цель работы:
1) анализ устойчивости САУ;
2) приобретение навыков в применении метода последовательной коррекции САУ.
4.1. Описание схемы моделирования
Часть 1. Коррекция САР с помощью метода ЛХ.
Задана передаточная функция разомкнутой САУ: и параметр T=21-№ , где № - номер бригады.
С помощью известных критериев устойчивости выбрать значение KV, соответствующее границе устойчивости. Построить логарифмические характеристики. Используя метод последовательной коррекции и присущие ему ограничения, скорректировать САР с помощью
а) пропорционально-интегрирующего звена;
б) пропорционально-дифференцирующих звеньев.
Оценить качество переходных процессов скорректированных САУ.
Определить параметры корректирующих звеньев.
Часть 2. Экспериментальные исследования.
Схема моделирования приведена на рис.3 и 4. Компонент «LAPLACE» из библиотеки «Abm.slb» должен иметь передаточную функцию исходной САУ. Корректирующие звенья лучше моделировать на уровне принципиальных схем (можно использовать также компонент «LAPLACE», но тогда увеличится время, затрачиваемое на моделирование системы). Вычитающий элемент «DIFF» можно найти в библиотеке «Abm.slb».
Рис.3
Рис.4
4.2. Задание по работе
1. Построить переходный процесс исходной САУ, не содержащей элементов коррекции.
2. Построить переходный процесс САУ, содержащей пропорционально-интегрирующее звено (рис.3).
3. Построить переходный процесс САУ, содержащей пропорционально-дифференцирующие звенья (рис.3 и 4).
4.3. Содержание отчета
1. Задание, структурная схема САУ, ее передаточная функция, расчет элементов схемы (коэффициента усиления).
2. Асимптотические ЛХ исходной САУ и результаты ее коррекции с помощью пропорционально-интегрирующего и пропорционально-дифференци-
рующих звеньев (ЛХ скорректированных САУ, ЛАЧХ элементов коррекции, ожидаемые переходные процессы).
3. Схема моделирования, списки соединений и директивы моделирования (разделы «Netlist» и «Analysis setup» файла *.out).
4. Результаты исследований (три переходных процесса).
5. Заключение, содержащее постановку задач исследования, методику их проведения и основные выводы.
4.4. Контрольные вопросы
1. Как определяются границы устойчивости САУ по корням характеристического уравнения?
2. Как записать характеристическое уравнение САУ, заданной передаточной функцией?
3. Как записать характеристическое уравнение САУ, описанной в пространстве состояний?
4. Как определяются границы устойчивости САУ по коэффициентам характеристического уравнения?
5. Как определяются границы устойчивости САУ по годографу Михайлова?
6. Как определяются границы устойчивости САУ по годографу Найквиста?
7. Дать физическую трактовку коррекции САУ с помощью пропорционально-интегрирующего и пропорционально-дифференцирующих звеньев.
5. РЕШЕНИЕ СИСТЕМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ
(лабораторная работа 4)
Цель работы:
1) описание систем в пространстве состояний;
2) численное решение систем дифференциальных уравнений;
3) анализ точности САУ.
5.1. Описание схемы моделирования
Часть 1. Описание САУ в пространстве состояний
Продолжается исследование САУ, структура и параметры которой определены в задании 1 (переходные процессы системы известны).
Составить структурную схему САУ, содержащую только интегрирующие и безынерционные звенья. С помощью структурной схемы описать САУ в пространстве состояний. Описание должно включать в себя уравнения состояния и наблюдения. Рекомендуется обеспечить совпадение одной из компонент вектора состояния САУ с ее выходным сигналом.
Часть 2. Моделирование САУ
Схема моделирования приведена на рис.5. В схему включены новые компоненты: функциональный преобразователь «EVALUE» и интегратор «INTEG» из библиотеки «Abm.slb». В атрибутах «EVALUE» в разделе «Expr» следует указать функциональную зависимость соответствующей производной от переменных состояния системы V(out1), V(out2) и входного воздействия (единичного: g(t)=1). В атрибутах «INTEG» в разделе «IC» следует указать начальные условия (нулевые).
Рис.5
5.2. Задание по работе
1. В режиме «Transient» выполнить моделирование САУ с построением переходных процессов (3 варианта). Убедиться в совпадении результатов с теми, которые были получены при выполнении Заданий 1 и 2.
2. Оценить ошибку системы в установившемся режиме (на график вывести функцию 1 - V(out1).
3. Записать функциональные зависимости «EVALUE» так, чтобы входное воздействие изменялось во времени по линейному закону: g(t)=V*TIME, где V - число, TIME - текущее время моделирования. Значение скорости V рассчитать, исходя из заданного коэффициента усиления системы KV и допустимой динамической ошибки eД = 0,1 [в].
4. В режиме «Transient» выполнить моделирование САР и оценить установившуюся ошибку системы (на график вывести функцию V*TIME - V(out1).
5.3. Содержание отчета
5.4. Контрольные вопросы
1. К каким последствиям приводит не выполнение рекомендации относительно обеспечения совпадения одной из компонент вектора состояния САУ с ее выходным сигналом?
2. Перечислить преимущества метода описания систем в пространстве состояний в сравнении с другими методами (скалярное дифференциальное уравнение, передаточная функция).
3. Как записывается характеристическое уравнение системы, представленной в пространстве состояний?
4. Какой порядок астатизма имеет моделируемая система?
5. Как определить порядок астатизма системы, представленной в пространстве состояний?
6. Указать 2 способа определения передаточной функции системы, представленной в пространстве состояний.
7. Дать рекомендации относительно выбора интервала временной дискретизации при численном решении систем дифференциальных уравнений.
(лабораторная работа 5)
Цель работы:
1) знакомство с функциональными элементами САУ радиотехнического назначения - системы фазовой автоподстройки частоты;
2) приобретение навыков в моделировании нелинейной САУ радиотехнического назначения.
6.1. Моделирование элементов функциональной схемы (2 часа)
В работе исследуются точностные и динамические характеристики нелинейной системы фазовой автоподстройки частоты, функциональная схема которой содержит фазовый детектор (дискриминатор), корректирующую цепь (не обязательно), усилитель, управляемый генератор.
Часть 1. Фазовый дискриминатор, описание схемы моделирования
Работа фазового дискриминатора данной системы основана на известном тригонометрическом соотношении:
2sin(t) sin(t+)=cos - cos(2t+) ,
в котором первое слагаемое формирует дискриминационную характеристику, а второе - отфильтровывается.
Схема моделирования приведена на рис.6. Элементами схемы являются: генераторы синусоидального напряжения «VSIN» из библиотеки «Source.slb», перемножитель «EMULT» из библиотеки «Abm.slb». В схеме также используются элементы C и R из библиотеки «Analog.slb», аналоговая земля «AGND» и выводы «Bubble» из библиотеки «Port.slb». Для генераторов синусоидального напряжения «VSIN» необходимо задать следующие параметры (атрибуты): DC=1, AC=1 (используются при расчете схемы по постоянному и переменному току), VOFF=0 (постоянная составляющая напряжения), VAMPL=1 или 2 (амплитуда), FREQ=1meg (частота), TD=0 (задержка), DF=0 (коэффициент затухания), PHASE[град] = (начальная фаза).
Рис.6
RC-цепь должна отфильтровывать 2-ю гармонику (RC>>0,5мкс) и не должна ухудшать динамические характеристики САУ (1/RC>>СР=KV). Можно выбрать C=1000пф, R=32к (RC=32мкс).
Моделирование фазового дискриминатора
В режиме «Transient» снять осциллограммы напряжений для нескольких значений и построить дискриминационную характеристику (зависимость V(PHout2) от ). При установке интервала временной дискретизации учесть значение частоты входного сигнала. При установке времени моделирования учесть постоянную времени RC-цепи.
Часть 2. Управляемый генератор, описание схемы моделирования
Схема моделирования управляемого генератора (рис.7) содержит генератор гармонического сигнала и схему управления фазой этого генератора.
Схема управления фазой состоит из источника управляющего напряжения типа «VPWL» (из библиотеки «Source.slb», в качестве входного сигнала можно задать единичную «ступеньку») и управляемого напряжением источника тока «GVALUE» (из библиотеки «Abm.slb»), заряжающего емкость. Генератор гармонического сигнала выполнен на функциональном преобразователе «EVALUE» (из библиотеки «Abm.slb»).
При задании параметров (атрибутов) «EVALUE» в строке «Expr» записать
sin(6.28*(1meg*TIME+V(UG1out1))),
где TIME - текущее время моделирования, V(UG1out1) - управляемая фаза.
При желании можно добавить к схеме компонент «Param» из библиотеки «Special.slb» и задать число Pi=3,1415926535898, идентификатор которого заменит число 6,28 в строке «Expr» (с коэффициентом 2). Этот параметр пригодится в дальнейшем для задания начальной фазы сигнала.
Рис.7
Для того, чтобы V(UG1in) и V(UG1out1) были связаны через интегратор (управляющее напряжение и частота генератора связаны линейной зависимостью), используется источник тока, заряжающий емкость С.
При задании параметров (атрибутов) «GVALUE» записать К1(число)*V(UG1in). Положить С=1мкф, тогда коэффициент управления частотой К1 имеет размерность мГц/в.
Например, при К1=0,4 и V(UG1in)=1в частота генератора равна 1,4мГц.
Для реактивных элементов схемы указать начальные установки (IС).
Моделирование управляемого генератора
В режиме «Transient» провести моделирование генератора и убедиться, что управление его частотой происходит в соответствии с заданным значением К1.
6.2. Моделирование системы синхронизации (2 часа)
- управляемый генератор выделить рамкой, занести в память и продублировать в другом месте экрана (комбинации клавиш: Contr_C и Contr_V); изменить идентификаторы портов, скорректировать атрибуты;
- генераторы VSIN и один генератор VPWL удалить;
- идентификаторы портов на входе EMULT привести в соответствие с
идентификаторами портов на выходах управляемых генераторов, а идентификатор на входе управляемого генератора системы ФАПЧ привести в соответствие с идентификатором порта на выходе фазового дискриминатора.
Замечание. В качестве задающего генератора также можно использовать источник синусоидального напряжения «VSIN» или источник с частотной модуляцией «VSFFM», но при этом следует обеспечить полное соответствие частот генераторов.
КV=4*103[1/c]=СР<1/RC3*104;
КV=КФД*КУГ, где КФД =1[в/рад] - крутизна дискриминационной характеристики (при малом значении динамической ошибки); КУГ=4*103[рад/c в]=0,64*103[Гц/в]. Следовательно коэффициент управления частотой генератора системы ФАПЧ равен К1=0,64*10-3[мГц/в] (коэффициент управления частотой задающего генератора выбрать самостоятельно в соответствии с решаемой задачей).
Построить зависимость ошибки e от начальной расстройки частот генераторов f (кривая должна быть симметричной относительно начала координат). Для малой расстройки частоты вычислить коэффициент
[1/с]
и сравнить его с заданным коэффициентом КV. Зависимость e (f) объяснить.
Теоретически оценить полосу удержания системы и сопоставить оценку с результатами п.6. Экспериментально измерить полосу схватывания (с разумной точностью, не требующей длительного моделирования). Зарисовать биения на выходе фазового дискриминатора в случае, когда начальная расстройка частот f превышает полосу схватывания системы.
9. (не обязательный, но интересные исследования студента, доведенные до сведения лектора, могут улучшить его рейтинговое состояние). Возможные направления дополнительных исследований:
- усовершенствование ФНЧ в фазовом дискриминаторе;
- добавление пропорционально-интегрирующего корректирующего звена и оценка качества переходных процессов, а также полосы схватывания системы;
- повышение порядка астатизма и оценка точности системы.
6.3. Содержание отчета
6.4. Контрольные вопросы
1. Почему исследуемая система является нелинейной?
2. Описать методику расчета постоянной времени RC-цепи в фазовом дискриминаторе.
3. Какой порядок астатизма имеет система ФАПЧ (ответ обосновать)?
4. Описать метод анализа нелинейной системы ФАПЧ.
5. Описать методику анализа линеаризованной системы. Как определяются параметры такой системы?
6. Почему начальная разность фаз существенно влияет на вид переходного процесса системы?
7. Объяснить форму биений на выходе фазового дискриминатора в случае, когда начальная расстройка частот f превышает полосу схватывания системы.
8. Указать способ сведения к нулю остаточной ошибки e, обусловленной начальной расстройкой частот генераторов.
В НЕЛИНЕЙНОЙ САУ (лабораторная работа 6)
Цель работы:
1) знакомство с особенностями существенно нелинейных САУ;
2) анализ нелинейной САУ с помощью уравнения замыкания и проверка результатов анализа методом моделирования.
7.1. Постановка задач исследования
Задана передаточная функция линейной инерционной части САУ: и ее параметры: T=21-№ , KV=1/T, где № - номер бригады.
На входе линейной инерционной части САУ включен безынерционный нелинейный элемент - идеальное реле (с=1в).
Требуется найти решение уравнения замыкания (графическим способом), определить параметры автоколебаний в нелинейной САУ (амплитуду и частоту), после чего проверить результаты теоретического анализа методом моделирования.
7.2. Описание схемы моделирования
Схема моделирования приведена на рис.8 и содержит компоненты «DIFF», «HILO» и «LAPLACE» из библиотеки «Abm.slb». В атрибутах «HILO» указать верхний и нижний уровни ограничения: HI=1, LO=-1; в атрибутах «LAPLACE» задать передаточную функцию линейной части системы. Входное воздействие (генератор V1 типа «VPWL») положить равным единице.
7.3. Задание по экспериментальной части работы
В режиме «Transient» исследовать автоколебания в нелинейной САУ. Оценить амплитуду и частоту гармонического процесса.
7.4. Содержание отчета
1. Задание, графическое решение уравнения замыкания (годографы), расчет амплитуды и частоты автоколебаний.
2. Схема моделирования, списки соединений, директивы моделирования.
3. Результаты экспериментальных исследований (осциллограмма гармонического процесса и его параметры).
4. Заключение, содержащее постановку задач исследования, методику их проведения и основные выводы.
Рис.8
7.5. Контрольные вопросы
1. Сформулировать условие возникновения автоколебаний в нелинейной САУ.
2. Указать ограничения, при которых справедлив анализ автоколебаний в нелинейной САУ.
3. Возможно ли существование автоколебаний в нелинейной системе с интегратором и одним апериодическим звеном (ответ обосновать)?
4. Возможно ли существование автоколебаний в исследуемой системе, если реле имеет зону нечувствительности (b=0.1v; b=0.5v)?
5. Устойчива ли исследуемая система без нелинейного элемента (ответ обосновать)?
6. Какие изменения в параметры системы следует внести, чтобы амплитуда автоколебаний увеличилась?
7. Какие изменения в параметры системы следует внести, чтобы частота автоколебаний увеличилась?
Содержание
1. Возможности пакета DesignLab 8.0.и краткая инструкция для работы с ним . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2. Моделирование устройств радиоавтоматики методом замещения LCR-цепью (лабораторная работа 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3. Моделирование САУ с электронным интегратором
(лабораторная работа 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
4. Коррекция систем (лабораторная работа 3) . . . . . . . . . . . 10
5. Решение систем дифференциальных уравнений
(лабораторная работа 4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
6. Моделирование системы синхронизации
(лабораторная работа 5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
7. Частотный метод определения автоколебаний в нелинейной САУ
(лабораторная работа 6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Список литературы
1. Коновалов Г.Ф. Радиоавтоматика. Учеб.для вузов по спец.Радиотехника, - М. Высш.шк. 2003. - 335с.
2. Первачев С.В. Радиоавтоматика. Учеб.для вузов, - М.- Радио и связь - 1982. - 296с.
3. Радиоавтоматика. Учеб.пособие для студ.вузов спец.Радиотехника /
В.А.Бесекерский, А.А.Елисеев, А.В.Небылов и др. Под ред.В.А.Бесекерского, - М.- Высш.шк., 1985. - 271с.
4. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1972. - 768 с.
5. Воронов А. А. Основы теории автоматического управления. - М.: Энергия. - Т. 1. - 1980. - 312 с.; Т. 2. - 1981. - 304 с.
6. Красовский А. А., Поспелов Г. С. Основы автоматики и технической кибернетики. - М.: ГЭИ, 1962. - 600 с.
7. Первачев С. В., Валуев А. А., Чиликин В. М. Статистическая динамика радиотехнических следящих систем. М.: Сов. радио, 1973. – 488 с.
8. Теория автоматического управления: В 2 ч. / Под ред. А. А. Воронова. - М.: Высш. шк., 1986. - Ч. 1 - 2. - 655 с.
9. Теорiя автоматичного управлiння / Г. Ф. Зайцев, В. К. Стеклов, О. I. Брiцький; За ред. проф. Г. Ф. Зайцева. – К.: Технiка, 2002. – 688 с.
10. Юревич Е. И. Теория автоматического управления. - Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1975. - 410 с.
11. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования и проектирования печатных плат Design Center (PSpice). - М., 1996.
Приложение. РАСЧЕТ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ СИНХРОНИЗАЦИИ (задание Д)
Это дополнительное задание может быть рекомендовано студентам, желающим улучшить свое рейтинговое состояние.
Задана передаточная функция разомкнутой системы
где KV=64/M; T2=M; T11=T2/16; T12=T2/4; ;
N - порядковый номер студента в списке группы.
Структура системы должна быть согласована с формирующим фильтром (ФФ), вырабатывающим случайный процесс с экспоненциально-коррелированной скоростью (двусторонняя спектральная плотность мощности шума на входе ФФ - SO=642/M). Уход фазы синхронизирующего генератора наблюдается на фоне аддитивного белого шума (двусторонняя спектральная плотность мощности шума SП=M).
Требуется
PAGE \* MERGEFORMAT 1