Лабораторный практикум по дисциплине «АВТОМАТИКА

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технологической политики и образования

ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия»

Кафедра «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве»

Лабораторный практикум

по дисциплине «АВТОМАТИКА»

Методические указания к лабораторным работам

Волгоград 2008

Лабораторный практикум по дисциплине «Автоматика»: Методические указания к лабораторным работам / Сост. И.В. Юдаев; Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия – Волгоград, 2002. – 20 с.

Для студентов очного и заочного обучения по специальности 110302 – «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства».

Введение

Лабораторный практикум предназначен для закрепления теоретических знаний, полученных при изучении дисциплины «Автоматика», а также для приобретения практических навыков по монтажу, эксплуатации, анализу и разработке технических средств автоматики и систем автоматического управления (САУ).

В соответствии с программой дисциплины «Автоматика» состоящей из трёх частей – «Основы автоматики», «Технические средства автоматики» и «Основы теории автоматического управления», в лабораторный практикум включены работы по изучению и исследованию отдельных элементов и устройств автоматики, а также по исследованию САУ.

При подготовке к лабораторным занятиям каждый студент обязан изучить соответствующие разделы теоретического курса (по лекционным записям и рекомендуемой литературе, приведённой после каждого описания к работе), подробно ознакомиться с содержанием лабораторной работы, методикой её проведения и схемой экспериментальной установки по материалам методических указаний.

К выполнению лабораторных работ студенты допускаются после обязательного прохождения инструктажа по технике безопасности, что подтверждается росписью студента в специальном журнале.

Перед началом очередного занятия студент должен предъявить отчёт о предыдущей лабораторной работе, а также показать свою подготовленность к выполнению предстоящей работы. Предварительную обработку полученных данных студенты должны провести в лаборатории и согласовать с преподавателем, а окончательную – дома.

Отчёт по лабораторной работе должен включать в себя:

1. Название работы и её цель.

2. Программу работы.

3. Необходимые теоретические сведения.

4. Схемы экспериментальных установок.

5. Таблицы опытных и расчётных данных.

6. Пример вычислений и расчётов для построения графиков.

7. Построенные графики и зависимости.

8. Анализ полученных результатов и выводы по работе.

Оформленный отчёт представляется преподавателю к защите. Неаккуратно оформленный отчёт к защите не допускается.

*****

Лабораторная работа № 1

Датчики температуры

Цель работы: изучить принцип действия, устройство, конструкцию и основные характеристики наиболее широко применяемых датчиков температуры.

Программа работы:

I. Изучить датчики температуры следующих типов: 1) жидкостные; 2) манометрические; 3) биметаллические; 4) дилатометрические;
5) термоэлектрические (термопары); 6) радиационные; 7) термометры сопротивления (терморезисторы; термисторы; позисторы).

II. Составить отчёт по работе.

Отчет по работе должен содержать по каждому типу датчиков:

1. Описание изучаемого датчика температуры.

2. Принцип действия датчика.

3. Основные характеристики рассматриваемого датчика температуры.

4. Конструктивные особенности описываемых датчиков.

5. Дать сравнительный анализ датчиков температуры по их основным характеристикам.

6. Схемы подключения датчиков температуры в системах автоматики.

7. Область применения и марки выпускаемых промышленностью датчиков температуры.

Основные положения и методические указания

Датчик температуры – техническое устройство, предназначенное для измерения и преобразования температуры среды, в которую помещен его воспринимающий элемент (орган), в другую физическую величину (как правило, в электрический сигнал), более удобную для воздействия и передачи на последующие элементы автоматической системы или для измерений.

При производстве сельскохозяйственной продукции и её переработке в САУ и САР применяются следующие датчики температуры.

1. Жидкостные датчики работают на основе явления теплового расширения ртути или спирта. К ним относятся контактные термометры, а также объемные жидкостные датчики, в которых изменение столба жидкости определяет изменение омического, индуктивного или емкостного сопротивлений или интенсивность светового потока. Измерение температур этими датчиками возможно в пределах от –30 до +100°С. Их достоинства – простота устройства, достаточная точность измерения; недостатки – недолговечность, они не подлежат ремонту и не приспособлены к вибрациям.

2. Манометрические датчики, в которых изменение объема (давления) жидкости или газа, находящихся в замкнутом пространстве, под влиянием изменения температуры преобразуется в перемещение специальных мембран, сильфонов или манометрических трубок, связанных с электрическими контактами. Класс точности этих датчиков 1,6 - 4,0. Они применяются для дистанционного (до 60 метров) измерения температур в пределах от –160 до +600°С. Их достоинства – простота конструкции, возможность дистанционного измерения; недостатки – значительная инерционность, невысокая точность измерения.

3. Биметаллические датчики, в основу работы которых положено свойство металлов изменять свои линейные размеры при изменении температуры. Чувствительный элемент такого датчика выполнен из пластины или спиральной ленты, состоящей из двух слоев разнородных металлов, отличающихся друг от друга коэффициентами объёмного теплового расширения. При нагреве составляющие биметаллической пластины или спирали удлиняются неодинаково, и поэтому происходит изгиб спирали в сторону металла с меньшим температурным коэффициентом расширения. При определенной температуре контакты цепи перемыкаются. Диапазон рабочих температур биметаллических датчиков от –60 до +350°С. Недостаток датчиков такой конструкции – медленное и неполное замыкание и размыкание контактов, которое приводит их к подгоранию.

4. Дилатометрические датчики, как и биметаллические, работают на основе явления изменения линейных размеров тел при изменении температуры. Стержень чувствительного элемента выполнен из кварца, фарфора или другого материала, имеющего малый коэффициент теплового расширения, расположен внутри трубки, изготовленной из металла с большим коэффициентом теплового расширения. Стержень одним концом жестко прикреплен к трубке, а вторым – свободным концом связан с контактной группой. В зависимости от колебаний температуры трубка изменяет свою длину, вследствие чего происходит перемещение стержня датчика и переключение контактов. Пределы измерений от –150 до +700°С; им присущи большие погрешности, которые меняются в зависимости от внутренних деформаций металла.

5. Термоэлектрические датчики (термопары) основаны на возникновении электродвижущей силы при изменении температуры одного из спаев замкнутой цепи, составленной из разнородных термоэлектродов и вторичных приборов регистрации или передачи полученных сигналов далее на элементы САУ. При нагревании спая в цепи возникает термо-э.д.с., величина которой пропорциональна разности температур нагретого и свободного концов и зависит от материала электродов.

Различают стандартные технические и нестандартные термопары. В автоматических системах применяются металлические или полупроводниковые типы термопар: а) высокотемпературные (до 2500°С); б) среднетемпературные (до 1200°С); в) низкотемпературные (до 800°С).

Термопары позволяют измерять и регистрировать температуру с высокой точностью и передавать показания на расстояние.

6. Радиационные термодатчики, принцип действия которых основан на изменении интенсивности спектрального состава излучения нагретых тел при изменении их температуры. К этим датчикам относятся оптические пирометры с пределами измерений от +700 до +6000°С, радиационные пирометры от +100 до +2500°С и цветовые пирометры на пределы +1400…2800°С. Применяются пирометры излучения, как правило, для определения бесконтактным методом температуры тел, нагретых до видимого свечения. В сельском хозяйстве они используются редко.

7. Термометры сопротивления широко используются для измерения температур в диапазоне от –200 до +700°С. Их применение основано на свойстве проводников или полупроводников изменять электрическое удельное сопротивление в зависимости, от температуры окружающей среды. Обладая теми же достоинствами, что и термопары, эти датчики, кроме того, позволяют получить на выходе большую мощность и хорошо согласуются с вторичными приборами.

В зависимости от материала изготовления термометры сопротивления подразделяются на: а) терморезисторы (материалы – медь, железо, никель, платина) – металлические термометры сопротивления; б) термисторы (материалы – окислы меди, кобальта, марганца, никеля и др.) – полупроводниковые термометры сопротивления с отрицательным коэффициентом сопротивления; в) позисторы (материалы – титанат бария с добавками) – полупроводниковые терморезисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления на рабочем участке характеристики.

К основным характеристикам датчиков температуры относят: 1) зависимость выходного параметра датчика от температуры; 2) передаточная функция датчика; 3) чувствительность датчика; 4) динамическая и статическая характеристики; 5) инерционность (быстродействие) датчика; 6) порог чувствительности; 7) погрешность преобразования.

Рекомендуемая литература

1*. Аш Ж. и др. Датчики измерительных систем.//В двух книгах. – М.: Мир, 1992. – С. 240 – 341.

2. Бородин И.Ф. Технические средства автоматики. – М.: Колос, 1982. –
С. 85 – 97.

3. Бородин И.Ф., Кирилин Н.И. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов. – М.: Колос, 1977. – С. 116 – 121.

4. Бородин И.Ф., Кирилин Н.И. Практикум по основам автоматики и автоматизации производственных процессов. – М.: Колос, 1974. –
С. 198 – 203.

5*. Бохан Н.И., Бородин И.Ф. и др. Технические средства автоматики и телемеханики. – М.: Агропромиздат, 1992. – С. 67 – 71.

6*. Витальев В.П., Фаликов В.С. Приборы и средства автоматизации систем теплоснабжения зданий.//Справочное пособие. – М.: Стройиздат, 1987. – С. 13 – 48.

7. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. – М.: Машиностроение, 1973. – С. 61 – 63.

8. Измерение электрических и неэлектрических величин./Под ред.
Н.Н. Евтихиева – М.: Энергоатомиздат, 1990. – С.172 – 181.

9. Загинайлов В.И., Шеповалова Л.Н. Основы автоматики. – М.: Колос, 2001. – 75 – 82.

10. Квартин М.И. Электромеханические и магнитные устройства автоматики. – М.: Высшая школа, 1979. – С. 114 – 139.

11*. Келим Ю.М. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики. – М.: Высшая школа, 1991. – С. 101 – 120.

12. Колесов Л.В. Основы автоматики. – М.: Колос, 1984. – С. 54 – 61.

13*. Кривоносов А.И., Новиков П.Н., Кауфман В.Я. Задачник по контрольно-измерительным приборам и автоматике. – М.: Агропромиздат, 1990. – С. 6 –26.

14*. Майоров С.В. Фотоэлектронные и термоэлектронные приборы и их применение. – М.: Машиностроение, 1973.

15. Мартыненко И.И., Лысенко В.Ф. Проектирование систем автоматики. – М.: Агропромиздат, 1990. – С. 204 – 207.

16*. Мартыненко И.И., Тимошенко Ю.А. Основы автоматики.// Методические указания к лабораторным работам. – Киев: УСХА, 1981. – С. 5 –17.

17. Мартыненко И.И. и др. Автоматика и автоматизация производственных процессов. – М.: Агропромиздат, 1985. – С. 118 – 124.

18*. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений. – М.: Мир, 1990. – С. 91 – 96.

Контрольные вопросы: 1. Какое техническое устройство называется датчиком температуры? Дать определение и объяснить назначение. 2. Объясните конструкцию и принцип действия изученных в лабораторной работе датчиков температуры (по выбору преподавателя). 3. Сравните между собой отдельные датчики температуры по достоинствам и недостаткам. 4. Перечислите основные характеристики датчиков температуры и дайте по ним пояснения. 5. Назовите основные типы термометров сопротивления и дайте им краткую характеристику. 6. Каковы отличия термометров сопротивления от полупроводниковых термисторов? 7. Изложите принцип действия термопар и укажите область их применения. 8. Перечислите основные характеристики термисторов и позисторов. 9. Какие типы датчиков можно использовать для дистанционной передачи информации о температуре контролируемых параметров. 10. Приведите примеры датчиков, используемых при измерении температуры жидких и газообразных сред, и обоснуйте свой выбор.

Лабораторная работа №2

Датчики освещенности

Цель работы: изучить принцип действия и характеристики фоторезисторов, вакуумных и ионных фотоэлементов, фотодиодов и фототранзисторов, а так же примеры их использования в сельскохозяйственном производстве.

Программа работы:

I. Изучить, используя справочную и учебную литературу, датчики освещённости следующих типов: 1) фотоэлементы, работающие на внешнем фотоэффекте; 2) фотоэлементы, работающие на внутреннем фотоэффекте; 3) фотоэлементы, работающие на вентильном фотоэффекте.

II. Составить отчёт по работе.

Отчет по работе должен содержать по каждому устройству:

1. Описание изучаемого датчика освещённости.

2. Принцип действия датчика.

3. Основные характеристики датчика.

4. Дать сравнительный анализ фотоэлементов по их основным характеристикам.

5. Схемы подключений рассматриваемых датчиков освещённости в системах автоматики.

6. Область применения и марки выпускаемых промышленностью датчиков освещённости.

Основные положения и методические указания

Датчики освещенности – фотоэлектронные приборы, реагирующие на изменение величины освещенности, светового потока или количества световых импульсов. Они преобразуют световой поток в электрический сигнал.

В качестве воспринимающих элементов датчиков освещенности используются:

1. Фоторезисторы (параметрические фотоэлементы);

2. Вакуумные и газонаполненные - ионные фотоэлементы;

3. Вентильные  фотоэлементы  (фотодиоды,  фототранзисторы, фототиристоры и др.).

Принцип действия изучаемых фотоэлементов основан на использовании внешнего, внутреннего или вентильного фотоэффектов.

1. Внешний фотоэффект: проявляется в испускании электронов фотоэлектрическим веществом в окружающее пространство под воздействием световой энергии. К ним относят:

Фотоэлемент с внешним фотоэффектом – представляет собой вакуумный или газонаполненный стеклянный баллон, на внутреннюю стенку которого нанесён фоточувствительный слой, являющийся катодом. Фотокатод вследствие падающего на него излучения испускает электроны, перемещающиеся к аноду под действием электрического поля, создавая тем самым ток внутри фотоэлемента (фототок).

Ионные фотоэлементы – это фотоэлемент с внешним фотоэффектом, колба (баллон) которого наполнена инертным газом. Это делается для увеличения чувствительности датчика освещённости, что определяется усилением фототока за счёт дополнительной ионизации инертного газа фотоэлектронами.

2. Внутренний фотоэффект (фоторезистивный эффект): Заключается в перераспределении электронов в веществе при поглощении им квантов оптического излучения, что изменяет электропроводность вещества. К ним относят фоторезисторы – фотосопротивления, у которых при изменении освещённости меняется внутреннее сопротивление и, следовательно, величина тока в цепи, содержащей этот датчик.

3. Вентильный (фотогальванический эффект): Возникновение Э.Д.С. между двумя разнородными слоями полупроводника или между полупроводником и металлом, обладающим электронной (n) и дырочной (p) проводимостями, под действием световой энергии. К ним относят:

Фотодиод – полупроводниковый воспринимающий элемент лучистой энергии, в котором происходит направленное движение носителей тока при воздействии энергии оптического излучения.

Фототранзистор – полупроводниковый прибор с двумя p–n – переходами, имеющий направленное движение носителей тока и обладающий свойством, одновременно с преобразованием оптической энергии в электрическую, усиливать фототок.

Фототиристор – четырехслойный полупроводниковый переключающий прибор с p–n–p–n –  переходами, управляемый энергией оптического излучения.

Фотоёмкость (фотоварикап) – полупроводниковый прибор, эффективная ёмкость которого изменяется в зависимости от интенсивности и спектрального состава оптического потока.

Светодиоды – полупроводниковые диоды, излучающие световую энергию за счёт явления электролюминесценции при протекании тока в структурах с p-n – переходом.

Оптроны – сочетание светодиодов и полупроводниковых фотоприёмников.

К основным характеристикам датчиков освещённости относят:
1) зависимость выходного параметра датчика (фототока) от освещённости или светового потока; 2) передаточная функция датчика; 3) чувствительность датчика (интегральная чувствительность); 4) световая характеристика, спектральная характеристика, вольтамперная характеристика; 5) инерционность (быстродействие) датчика; 6) порог чувствительности; 7) погрешность преобразования.

Рекомендуемая литература

1*. Аш Ж. и др. Датчики измерительных систем.//В двух книгах. – М.: Мир, 1992. – С. 131 – 229.

2. Бородин И.Ф. Технические средства автоматики. – М.: Колос, 1982. –
С. 75 – 83.

3. Бородин И.Ф., Кирилин Н.И. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов. – М.: Колосс, 1977. – С. 107 –113.

4*. Бохан Н.И., Бородин И.Ф. и др. Технические средства автоматики и телемеханики. – М.: Агропромиздат, 1992. – С. 55 – 57.

5. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. – М.: Машиностроение, 1973. – С. 67 –70.

6. Измерение электрических и неэлектрических величин. / Под ред.
Н.Н. Евтихиева – М.: Энергоатомиздат, 1990. – С. 181 – 187.

7*. Келим Ю.М. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики. – М.: Высшая школа, 1991. – С. 125 – 136.

8. Колесов Л.В. Основы автоматики. – М.: Колос, 1984. – С. 50 –54.

9. Колосов С.П., Калмыков И.В., Нефёдова В.И. Элементы автоматики. – М.: Машиностроение, 1970. – С. 297 – 317.

10*. Майоров С.В. Фотоэлектронные и термоэлектронные приборы и их применение. – М.: Машиностроение, 1973.

11*. Мартыненко И.И., Тимошенко Ю.А. Основы автоматики. // Методические указания к лабораторным работам. – Киев: УСХА, 1981. –
С. 17 – 28.

12. Мартыненко И.И. и др. Автоматика и автоматизация производственных процессов. – М.: Агропромиздат, 1985. – С. 125 – 128.

13*. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений. – М.: Мир, 1990. – С.85 – 91.

14*. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник / В.И. Иванов, А.И. Аксёнов, А.М. Мишин – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 448 с.

15*. Соболева Н.А., Меламид А.Е. Фотоэлектронные приборы. – М.: Высшая школа, 1974.

16*. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника. – М.: Советское радио, 1977.

Контрольные вопросы: 1. Какое техническое устройство называется датчиком освещённости? Дать определение и объяснить назначение. 2. Объясните физическую сущность внешнего, внутреннего и вентильного фотоэффектов. 3. Расскажите о принципе действия вакуумных и ионных фотоэлементов. 4. Расскажите о принципе действия фоторезисторов. 5. Как определяется спектральная и интегральная чувствительность фотоэлементов? 6. Перечислите основные характеристики датчиков освещённости (по выбору преподавателя) и дайте их пояснение. 7. Расскажите о принципе действия фотодиода в фотопреобразовательном и фотогенераторном режимах. 8. Что такое оптрон и оптронная пара? 9. Объясните различие в работе светодиода и фотодиода и приведите примеры их использования. 10. Приведите примеры датчиков освещённости, используемых при измерении качества сырья или продукции, при определении количества предметов, при изготовлении фотореле, и обоснуйте свой выбор.

Лабораторная работа № 3

Датчики перемещения

Цель работы: изучить принцип действия, устройство и характеристики датчиков линейных и угловых перемещений.

Программа работы

1. Ознакомиться с представленными на рабочем месте датчиками перемещений, а также с контрольно-измерительной аппаратурой, необходимой для снятия характеристик датчиков.

2. Снять и построить статическую характеристику реостатного датчика угловых перемещений Uн = f(α) или Iн = f(α).

3. Снять и построить статическую характеристику потенциометрического датчика угловых перемещений Uн=f(α) и сравнить её с расчетной характеристикой.

4. Определить чувствительность потенциометрического датчика для α=0; 0,25φ; 0,5φ; 0,75φ; φ и построить кривую зависимости kд=f (α).

5. Снять и построить статическую характеристику индуктивного датчика линейных перемещений Iпр = f (x). Определить чувствительность датчика для различных значений входного параметра перемещений.

6. Снять и построить статическую характеристику индукционного датчика угловых перемещений E = f (α).

7. Снять и построить характеристику работы сельсинной пары: сельсин датчик (СД) – сельсин приёмник (СП) в индикаторном режиме
αп = f (αд). Определить величину угла статической ошибки.

8. Изучить все шесть видов датчиков перемещения по литературным и справочным источникам и включить в отчёт по работе.

Отчет по работе должен содержать по каждому устройству:

1. Описание рассматриваемого датчика перемещения.

2. Принцип действия, на котором основана работа устройства.

3. Основные характеристики изучаемого датчика.

4. Результаты экспериментальных исследований датчиков, их анализ и сравнение.

5. Схема подключения датчика перемещения в системах автоматики.

6. Область применения и марки выпускаемых промышленностью датчиков перемещения.

Основные положения и методика выполнения работы

Датчики перемещения – элементы автоматики, воспринимающие и преобразующие линейные и угловые перемещения в форму, удобную для использования в автоматическом устройстве (в большинстве случаев в виде электрического сигнала).

Датчики перемещения в зависимости от назначения и принципа действия имеют различное конструктивное исполнение. По характеру перемещения бывают датчики поступательных (линейных) и угловых перемещений. В зависимости от принципа действия датчики перемещения классифицируют как:

1) контактные датчики;

2) потенциометрические и реостатные датчики;

3) индуктивные датчики;

4) трансформаторные (индукционные) датчики;

5) емкостные датчики;

6) сельсины и вращающиеся трансформаторы.

Контактные датчики преобразуют линейное или угловое перемещение чувствительного элемента в электрический импульс, который используется либо для приведения в движение непосредственно исполнительного механизма, либо его управляющего органа.

Потенциометрический датчик (потенциометр) предназначен для преобразования перемещения в напряжение постоянного или переменного тока. К достоинствам потенциометрических датчиков следует отнести простоту конструкции, малые габариты и вес, возможность питания как постоянным, так и переменным током. Основным недостатком является наличие скользящих контактов.

Индуктивные датчики предназначены для преобразования механического перемещения в электрический сигнал. Работа индуктивного датчика основана на изменении индуктивного сопротивления катушки со стальным сердечником при перемещении подвижного якоря.

Индукционные или трансформаторные датчики представляют собой устройства принцип работы, которых основан на изменении взаимной индуктивности между двумя системами обмоток.

Емкостными называются датчики, у которых входной сигнал – перемещение определяет изменение выходного сигнала – электрической ёмкости.

Сельсинами называются специальные машины переменного тока, которые в зависимости от того, как включены их статорные обмотки, могут работать в качестве датчиков или в качестве элементов дистанционной передачи. Датчиками являются сельсины, работающие в трансформаторном режиме. В дистанционных передачах используются сельсины, работающие в индикаторном режиме. Обычно сельсины применяются попарно: один называется сельсин датчик (СД), а другой – сельсин приёмник (СП)

Вращающимися трансформаторами называют электрические микромашины переменного тока, преобразующие угол поворота ротора в напряжение, пропорциональное этому углу или некоторым его функциям.

К основным характеристикам датчиков перемещения относят: 1)зависимость выходного параметра датчика от перемещения или угла поворота; 2) передаточная функция датчика; 3) чувствительность датчика; 4) динамическая и статическая характеристики; 5) инерционность (быстродействие) датчика; 6) порог чувствительности; 7) погрешность преобразования.

Методика проведения экспериментальных исследований

1. Статическая характеристика реостатного и потенциометрического датчика угловых перемещений снимается с использованием следующей схемы.

Снять и построить статическую характеристику реостатного датчика угловых перемещений Uн = f(α) или Iн = f(α). Эта характеристика снимается при замкнутом переключателе SA1 (с его помощью подаётся напряжение в схему) и разомкнутом переключателе SA2.

Снять и построить статическую характеристику потенциометрического датчика угловых перемещений Uн=f(α). Эта характеристика снимается при замкнутом переключателе SA1 (с его помощью подаётся напряжение в схему) и замкнутом переключателе SA2.

Рис.3.1. Схема для снятия характеристик реостатного и потенциометрического датчиков (R=47 кОм, Rн=50 Ом, Un=5В).

2. Расчетная статическая характеристика потенциометрического датчика определяется по формуле:

,    (3.1.)

где φ – полный угол поворота потенциометрического датчика при изменении сопротивления от 0 до R (φ = 360°); α – угол поворота; Uп – напряжение питания, В;  Rн – сопротивление нагрузки, Ом.

3. Определить чувствительность потенциометрического датчика можно, используя следующую формулу:

.   (3.2)

4. Снять статическую характеристику индуктивного датчика линейных перемещений можно, используя схему экспериментальной установки:

Рис.3.2. Схема для снятия характеристик индуктивного датчика

5. Снять статическую характеристику индукционного датчика угловых перемещений можно, используя схему экспериментальной установки:

Рис.3.3. Схема для снятия характеристик индукционного датчика

6. Снять характеристику работы сельсинной пары: сельсин датчик (СД) – сельсин приёмник (СП) в индикаторном режиме
можно используя схему экспериментальной установки:

Рис. 3.4. Сельсин-пара в индикаторном режиме

7. Определить величину угла статической ошибки работы сельсинной пары: сельсин датчик (СД) – сельсин приёмник (СП) в индикаторном режиме можно по следующей формуле:

ΔΘ=αвс – αве ,     (3.2)

где αвс – угол поворота сельсина датчика; αве – угол поворота сельсина приёмника.

Рекомендуемая литература

1. Бородин И.Ф. Технические средства автоматики. – М.: Колос, 1982. –
С. 56 – 66, 68 – 74.

2. Бородин И.Ф., Кирилин Н.И. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов. – М.: Колос, 1977. – С. 96 – 107.

3*. Бохан Н.И., Бородин И.Ф. и др. Технические средства автоматики и телемеханики. – М.: Агропромиздат, 1992. – С. 32 – 49; 50 – 55.

4. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. – М.: Машиностроение, 1973. – С.54 –61; 70 –74.

5. Измерение электрических и неэлектрических величин. / Под ред.
Н.Н. Евтихиева – М.: Энергоатомиздат, 1990. – С. 126 –166.

6. Загинайлов В.И., Шеповалова Л.Н. Основы автоматики. – М.: Колос, 2001. – 55 – 59.

7. Квартин М.И. Электромеханические и магнитные устройства автоматики. – М.: Высшая школа, 1979. – С. 40 – 56; 74 – 97; 104 – 113.

8*. Келим Ю.М. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики. – М.: Высшая школа, 1991. – С. 41 – 54; 64 – 88; 93 –101.

9. Колесов Л.В. Основы автоматики. – М.: Колос, 1984. – С. 36 – 50.

10. Колосов С.П., Калмыков И.В., Нефёдова В.И. Элементы автоматики. – М.: Машиностроение, 1970. – С. 99 – 123.

11*. Мартыненко И.И., Тимошенко Ю.А. Основы автоматики. // Методические указания к лабораторным работам. – Киев: УСХА, 1981. –
С. 29 – 38.

12. Мартыненко И.И. и др. Автоматика и автоматизация производственных процессов. – М.: Агропромиздат, 1985. – С. 106 – 118.

13*. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений. – М.: Мир, 1990. – С. 61 – 75.

14*. Устройства и элементы систем автоматического регулирования и управления. // Книга 1.Измерительные устройства, преобразующие элементы и устройства. / Под ред. В.В. Солодовникова. – М.: Машиностроение, 1973.

Контрольные вопросы: 1. Назовите виды датчиков линейных и угловых перемещений и кратко охарактеризуйте их принцип действия. 2. В чём достоинства и недостатки контактных датчиков? 3. Приведите сравнительную характеристику реостатного и потенциометрического датчиков перемещения. 4. Что такое чувствительность датчика перемещения и как она определяется? 5. Расскажите о принципе действия индуктивных датчиков перемещений и перечислите их достоинства и недостатки. 6. Расскажите о принципе действия индукционных датчиков перемещений и перечислите их достоинства и недостатки. 7. Расскажите о принципе действия емкостных датчиков перемещений и перечислите их достоинства и недостатки. 8. Объясните принцип действия и работу сельсинной пары. 9. Объясните принцип действия и работу вращающихся трансформаторов. 10. Приведите сравнительную характеристику всех известных вам датчиков перемещений.

Лабораторная работа № 4

Усилители автоматики

Цель работы: изучить принцип действия, устройство, конструкцию и основные характеристики наиболее широко применяемых усилительных устройств (усилителей) автоматики.

Программа работы:

I. Изучить усилители следующих типов: 1) полупроводниковые транзисторные; 2) тиристорные; 3) магнитные; 4) диэлектрические; 5) электромашинные.

II. Составить отчёт по работе.

 

Отчет по работе должен содержать по каждому типу усилителей:

1. Описание изучаемого типа усилителя.

2. Принцип действия, на котором основана работа устройства.

3. Основные характеристики рассматриваемого усилителя.

4. Конструктивные особенности изучаемого устройства.

5. Принципиальные схемы усилителей.

6. Использование усилителей в схемах автоматики.

Основные положения и методические указания

Усилитель автоматики – это техническое устройство, предназначенное для увеличения мощности сигнала за счёт энергии дополнительного источника питания, при этом выходная (усиленная) величина является функцией входного сигнала и имеет одинаковую с ним физическую природу. Усилительные устройства различают по виду вспомогательной энергии и подразделяют на электрические, магнитные, электромеханические, электронные, гидравлические, пневматические, комбинированные усилители.

В сельскохозяйственном производстве наиболее часто используют следующие электрические усилители.

1. Полупроводниковые транзисторные усилители  используют для предварительного усиления сигналов, получаемых от датчиков. Они характеризуются незначительной мощностью потребления, достаточной надёжностью, высоким быстродействием, сравнительно большим коэффициентом усиления и малыми габаритами.

2. Тиристорные усилители используют для усиления сигналов с более широким диапазоном увеличения токов и напряжений, чем транзисторные. Они отличаются малыми габаритами и массой, высоким КПД, высокой надёжностью, работоспособностью в условиях агрессивных сред, но в тоже время они весьма чувствительны к перегрузкам по току.

3. Магнитные усилители это электромагнитные статические устройства, не имеющие подвижных частей и характеризующиеся нечувствительностью к вибрациям и толчкам, а также нетребовательностью к качеству электрической энергии. Мощность таких усилителей на выходе достигает нескольких десятков киловатт.

4. Диэлектрические усилители применяются как усилители мощности. В основе их работы лежит принцип зависимости параметров некоторых диэлектриков от напряжённости электрического поля. Параметры этих усилителей зависят от температуры и влажности.

5. Электромашинные усилители представляют собой генератор постоянного тока с независимым возбуждением, ротор которого приводится во вращение двигателем постоянного или переменного тока. Усиление мощности происходит за счёт энергии, передаваемой в механической форме генератору через вал от первичного приводного двигателя. Коэффициент усиления мощности таких усилителей имеет порядок 103 – 104.

К основным характеристикам электрических усилителей относят: 1) передаточная функция усилителя; 2) коэффициент усиления по мощности (напряжению, току); 3) зависимость между выходной и входной величинами усилителя; 4) быстродействие; 5) динамическая характеристика.

Рекомендуемая литература

1. Бородин И.Ф., Кирилин Н.И. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов. – М.: Колос, 1977. – С. 132 – 148.

2. Бородин И.Ф. Технические средства автоматики. – М.: Колос, 1982. –
С. 245 – 261.

3*. Бохан Н.И., Бородин И.Ф. и др. Технические средства автоматики и телемеханики. – М.: Агропромиздат, 1992. – С. 170 –191.

4. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. – М.: Машиностроение, 1973. – С. 128 – 158.

5. Квартин М.И. Электромеханические и магнитные устройства автоматики. – М.: Высшая школа, 1979. – С. 235 – 303.

6*. Келим Ю.М. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики. – М.: Высшая школа, 1991. – С. 231 – 283.

7. Колесов Л.В. Основы автоматики. – М.: Колос, 1984. – С. 79 – 94.

8. Колосов С.П., Калмыков И.В., Нефёдова В.И. Элементы автоматики. – М.: Машиностроение, 1970. С. 162  – 296.

9. Мартыненко И.И. и др. Автоматика и автоматизация производственных процессов. – М.: Агропромиздат, 1985. – С. 131 – 145.

Контрольные вопросы: 1. Какое техническое устройство называется усилителем автоматики? Дать определение и объяснить назначение. 2. Какие функции выполняют усилители в системах автоматики? 3. Объясните конструкцию и принцип действия изученных в лабораторной работе усилителей (на выбор преподавателя). 4. Какие электронные усилители используют в системах автоматике? 5. Назовите достоинства и недостатки электронных усилителей. 6. Перечислите основные характеристики усилителей и дайте их пояснение. 7. Дайте характеристику магнитным усилителям. 8. Что называют электромеханическими усилителями? Дать краткую характеристику устройствам. 9. Поясните применение усилителей в системах автоматики.

Лабораторная работа № 5

Исполнительные механизмы автоматики

Цель работы: изучить принцип действия, устройство, конструкцию и основные характеристики наиболее широко применяемых электрических исполнительных механизмов.

Программа работы:

I. Изучить исполнительные механизмы следующих типов: 1) электромагнитные: а) соленоидные ИМ; б) электромагнитные муфты; 2) электродвигательные.

II. Составить отчёт по работе.

Отчет по работе должен содержать по каждому типу исполнительных механизмов:

1. Описание изучаемого типа исполнительного механизма.

2. Принцип действия, на котором основана работа устройства.

3. Основные характеристики исполнительных механизмов.

4. Конструктивные особенности изучаемых исполнительных механизмов.

5. Схемы подключения исполнительных механизмов.

6. Область применения и марки выпускаемых промышленностью исполнительных механизмов.

7. Сравнительная оценка исполнительных механизмов по их основным характеристикам.

Основные положения и методические указания

Исполнительный механизм (ИМ) – это техническое устройство, воздействующее непосредственно или через регулирующий орган на объект управления в соответствии с поступающими от автоматического управляющего устройства (автоматического регулятора) сигналами. По виду потребляемой энергии ИМ подразделяются на электрические, пневматические и гидравлические.

В сельскохозяйственном производстве используются электрические исполнительные механизмы: электромагнитные и электродвигательные .

1. Электромагнитные исполнительные механизмы (соленоидные электропривода) используют для управления различного рода регулирующими и запорными клапанами, вентилями, золотниками и т.п. Они подразделяются на прямоходовые электромагниты (соленоидного типа) и электромагнитные муфты. Электромагнитные ИМ подразделяются на ИМ с катушкой электромагнита, рассчитанной на длительное обтекание, и на ИМ с катушкой электромагнита, рассчитанной на кратковременное воздействие тока.

2. Электродвигательные исполнительные механизмы представляют собой электрические двигатели постоянного и переменного тока, а также микромашины, которые приводят в движение регулирующий орган объекта управления. Они подразделяются на однооборотные и многооборотные ИМ.

Техническое устройство, состоящее из исполнительного двигателя, редуктора, тормоза, конечных выключателей и аппаратуры управления и сигнализации называют исполнительным устройством автоматики.

К основным характеристикам электрических исполнительных механизмов относят: 1) передаточная функция исполнительного механизма; 2) коэффициент усиления; 3) постоянная времени, характеризующая инерционное запаздывание начала работы исполнительного механизма; 4) номинальное значение крутящего момента на выходном валу или усилие на выходном штоке; 5) зона нечувствительности.

Рекомендуемая литература

1. Бородин И.Ф., Кирилин Н.И. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов. – М.: Колос, 1977. – С. 186 – 195.

2. Бородин И.Ф. Технические средства автоматики. – М.: Колос, 1982. –
С. 135 – 161.

3*. Бохан Н.И., Бородин И.Ф. и др. Технические средства автоматики и телемеханики. – М.: Агропромиздат, 1992. – С. 192 –225.

4. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. – М.: Машиностроение, 1973. – С. 159 – 172.

5. Квартин М.И. Электромеханические и магнитные устройства автоматики. – М.: Высшая школа, 1979. – С. 203 – 216.

6*. Келим Ю.М. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики. – М.: Высшая школа, 1991. – С. 220 – 230.

7*. Клюев А.С., Минаев П.А. Наладка систем контроля и автоматического управления. – Л.: Стройиздат, 1980. – 146 – 156.

8. Колесов Л.В. Основы автоматики. – М.: Колос, 1984. – С. 105 – 125.

9. Колосов С.П., Калмыков И.В., Нефёдова В.И. Элементы автоматики. – М.: Машиностроение, 1970. С. 157 – 161.

10. Мартыненко И.И., Лысенко В.Ф. Проектирование систем автоматики. – М.: Агропромиздат, 1990. – С. 150 – 153; 207 – 214.

11. Мартыненко И.И. и др. Автоматика и автоматизация производственных процессов. – М.: Агропромиздат, 1985. – С. 157 – 163.

12. Шавров А.В., Коломиец А.П. Автоматика. – М.: Колос, 2000. –
С.241 – 247.

Контрольные вопросы: 1. Какое техническое устройство называется исполнительным механизмом? Дать определение и объяснить назначение. 2. Какие функции выполняют исполнительные механизмы в системах автоматики? 3. Объясните конструкцию и принцип действия изученных в лабораторной работе исполнительных механизмов (на выбор преподавателя). 4. Какие электромагнитные исполнительные элементы используют в системах автоматике? 5. Перечислите основные характеристики исполнительных механизмов и дайте их пояснение. 6. Дайте характеристику электродвигательных исполнительных механизмов. 7. В чём заключается различие исполнительного устройства и исполнительного механизма.

Лабораторная работа №6

Экспериментальное определение статических и динамических характеристик объекта управления

Цель работы: освоить методику экспериментального определения статической и переходной характеристик исследуемого объекта, его основных свойств, а также методику получения частотных характеристик графоаналитическим способом по переходной характеристике объекта.

Программа работы

1. Ознакомиться с методикой экспериментального определения статических и переходных характеристик объектов управления, а также с лабораторной установкой, предназначенной для этого. Изучить функциональную схему установки и составить её принципиальную электрическую схему.

2. Экспериментально снять статическую характеристику объекта Θ=f(I), изменяя для этого ток нагревателя ступенями, выставляя его от 0 до 4,5 А с шагом по 0,5 А.

3. Согласно изложенной в настоящих указаниях методике, снять переходную характеристику объекта Θ=f(t) при I=4,5 А по одному или двум каналам управления.

4. Используя полученную экспериментальную переходную характеристику найти передаточную функцию объекта, а также определить основные его параметры: передаточный коэффициент (kо), постоянную времени (Т), время разгона (Tp), время чистого (τо) и емкостного запаздывания (τе), коэффициенты емкости (с) и самовыравнивания (ρ).

5. Используя экспериментальную переходную характеристику найти частотные характеристики объекта графоаналитическим методом согласно выражениям (4.13…4.16) и построить АЧХ, ФЧХ и АФЧХ, задаваясь изменением ω от 0 до + ∞.

6. Составить отчет о выполненной работе.

Отчёт по работе должен содержать

1) Структурную схему CAP и принципиальную электрическую схему установки.

2) Статическую характеристику Θ=f(I) исследуемого объекта.

3) График переходной характеристики Θ=f(t) с необходимыми дополнительными построениями для определения параметров и характеристик исследуемого объекта.

4) Частотные характеристики АЧХ, ФЧХ и АФЧХ исследуемого объекта.

5) Промежуточные и окончательные результаты расчетов параметров и характеристик объекта, а также расчётные таблицы для построения АФЧХ, АЧХ и ФЧХ.

Основные положения и методические указания

Объект управления (ОУ) – устройство (или совокупность устройств), осуществляющее технологический процесс, который нуждается в оказании специально организованных воздействий извне для выполнения его алгоритма функционирования.

Регулируемым параметром (управляемой величиной) называется какая–либо физическая величина (температура, уровень, давление и т.п.), постоянное значение которой, должно поддерживаться неизменным в ОУ или изменяться по заранее предписанному закону. Регулирующим воздействием (управляющей величиной) называется воздействие на ОУ со стороны автоматического управляющего устройства (автоматического регулятора) с целью поддержания в ОУ алгоритма функционирования.

К числу наиболее часто встречающихся объектов управления в сельскохозяйственном производстве относятся различные тепловые устройства и помещения с установками искусственного микроклимата (электроводонагреватели, калориферные установки, холодильные установки, электропечи, птичники, теплицы и т.д.).

Свойства ОУ в большей степени влияют на устойчивость и показатели качества работы автоматической системы, оказывают существенное влияние на весь процесс управления и предъявляют определенные требования к автоматическому управляющему устройству (автоматическому регулятору). Поэтому для создания качественно работающей автоматической системы необходимо знать статические и динамические свойства ОУ. Эти свойства определяются путем изучения поведения ОУ в установившихся и неустановившихся состояниях.

Установившееся (статическое) состояние объекта возможно лишь при равенстве прихода в объект вещества или энергии и их расхода. В этом случае регулируемый параметр не изменяется во времени. Установившееся состояние объекта при различных значениях регулируемого параметра отражает статическая характеристика. Статические характеристики устанавливают связь между параметрами, характеризующими объект в его установившемся состоянии, и обычно описываются алгебраически или графически.

Статическая характеристика ОУ – зависимость регулируемого параметра (y) от положения регулирующего органа в установившемся состоянии. Статическую характеристику целесообразно находить только для устойчивых объектов, обладающих положительным самовыравниванием.

Устойчивый ОУ – объект, обладающий способностью приходить в равновесное состояние после изменения входной величины без вмешательства извне.

Аналитическое определение статической характеристики заключается в составлении уравнения материального или энергетического баланса ОУ для установившихся состояний, и затем в отыскании в нем неизвестных величин и нахождения по нему зависимости между выходной у и входной величинами х исследуемого объекта.

Экспериментальное определение статической характеристики ОУ заключается в последовательном создании нескольких равновесных состояний объекта при различных значениях входной и выходной величин. Из одного равновесного состояния в другое объект переводят путем изменения входного воздействия. По истечении достаточного промежутка времени после изменения входной величины в объекте самостоятельно устанавливается равновесное состояние. По полученным значениям входной и выходной величин объекта для нескольких равновесных состояний строят график статической характеристики.

Время разгона ОУ (Tр) – время от момента подачи возмущения до момента, когда управляемый параметр достигнет своего установившегося значения (практически 99 % от установившегося значения – см. рис.6.1).

Скорость разгона ОУ (чувствительность объекта к возмущениям) определяется отношением скорости изменения выходной величины Θ к изменению входной величины q (при единичном скачкообразном изменении входной величины ∆q)

    (6.1) 

На рис. 6.1 представлены переходные характеристики (кривые разгона) одно-емкостного объекта с самовыравниванием без запаздывания (кривая 1) и много емкостного объекта с самовыравниванием и запаздыванием
(кривая 2).

Кривая разгона для одно-емкостных объектов представляет собой экспоненту, характеризующуюся тем свойством, что касательные, проведённые из любой её точки, отсекают на линии, соответствующей новому установившемуся значению управляемого параметра, одинаковые отрезки времени, представляющие собой в данном случае постоянные времени объекта Т.

Постоянная времени объекта – это время, в течение которого управляемый параметр объекта в случае скачкообразного возмущения достигнет нового равновесного возмущения достигнет нового равновесного состояния при условии, что параметр изменяется с постоянной скоростью, равной скорости в момент приложения возмущения.

Для одно-емкостного объекта между временем разгона Tp , постоянной времени объекта Т, скоростью разгона ε и коэффициентом самовыравнивания ρ существуют следующие зависимости:

 (6.2 а, б, в)

Самовыравнивание ОУ – свойство устойчивого объекта приходить в равновесное состояние после ступенчатого изменения входной величины без вмешательства извне. Количественно самовыравнивание объекта определяет коэффициент самовыравнивания.

,     (6.3)

где q – входная величина в относительных единицах; Θ – управляемая величина в относительных единицах

Передаточный коэффициент ОУ можно определить из выражения (6.3)

     (6.4)

Рис. 6.1. Переходные характеристики: 1 – одно-емкостного ОУ без запаздывания; 2 – много-емкостного ОУ с чистым и ёмкостным запаздыванием.

Аккумулирующая способность ОУ – свойство объекта накапливать энергию или вещество, количественно определяется коэффициентом ёмкости

,     (6.5)

где ∆Q – изменение количества вещества или энергии в объекте вследствие неравенства потоков на входе и выходе, которое приводит к изменению управляемого параметра на величину ∆Θ за время ∆t.

В частных случаях в объектах накапливается тепло, жидкость, газ и пр. Объект регулирования обладает определённой ёмкостью лишь при наличии сопротивления на выходе из объекта энергии или вещества.

Величина ёмкости определяется размерами объекта, свойствами материалов, из которых он изготовлен, и свойствами энергии или вещества. Чем больше коэффициент параметра при одном и том же изменении входной величины, и наоборот.

По числу ёмкостей объекты регулирования делятся на одно-емкостные и много-емкостные. К первым относятся резервуары с регулируемым уровнем воды, камера смешения воздуха, участки трубопроводов, отдельные конструктивные устройства и др. Объекты регулирования с несколькими ёмкостями, участвующими в процессе регулирования и разделёнными между собой сопротивлениями, являются много емкостными. Такими объектами являются калориферы, поверхностные охладители и др. Теплообменники с известным приближением можно считать двух емкостными объектами.

При нанесении возмущающего воздействия управляемый параметр изменяется не мгновенно, а с некоторым запаздыванием во времени. Оценку запаздывания определяют по времени чистого (передаточного, транспортного, дистанционного) запаздывания τо, ёмкостного (переходного) запаздывания τе и полного запаздывания τ, которые определяются по временным характеристикам.

Чистое (передаточное) запаздывание ОУ вызвано наличием определённого расстояния между управляющим элементом, вносящим возмущение и  чувствительным элементом регулятора, воспринимающим изменение управляемого параметра. Для того чтобы поток вещества или энергии прошёл это расстояние, необходимо некоторое время, называемое временем передаточного запаздывания.

Ёмкостное (переходное) запаздывание (для много емкостных объектов) обусловлено наличием тепловых, гидравлических и других сопротивлений между ёмкостями, что вызывает замедление перехода энергии или вещества из одной ёмкости в другую. Время полного запаздывания равно сумме времени чистого запаздывания и времени ёмкостного запаздывания.

Описание установки. Для экспериментального определения переходной и статической характеристик используется установка с двух емкостным тепловым объектом, обладающая положительным самовыравниванием. Физическая модель ОУ выполнена в виде трубчатой электрической печи 1 (рис.6.2), внутри которой помещён нагревательный элемент 2 и датчик температуры 3. Текущие значения температуры воздуха на выходе объекта ∆Θ (регулируемый параметр) регистрируется прибором 11. Через печь прогоняется воздух вентилятором 5, приводом от электродвигателя 6.

Входные величины ОУ: изменение количества прогоняемого через объект воздуха, производимое изменением скорости вращения двигателя переключателем 4 и изменением силы тока (мощности) электронагревателя 2, осуществляемое с помощью автотрансформатора 7.

Ток и мощность электронагревателя связаны между собой известной формулой:

,     (6.6)

где U и I – показания вольтметра (8) и амперметра (9); R – сопротивление спирали нагревателя (2).

Методика получения переходной характеристики. Переходные характеристики ОУ должны быть сняты как по каналу управления (от управляющего элемента – автотрансформатора к датчику температуры), так и по каналу возмущения (двигатель, изменение его скорости вращения – датчик температуры).

Эксперимент по снятию переходных характеристик проводится при разомкнутой системе регулирования. До нанесения ступенчатого воздействия систему стабилизируют при режиме работы (0,5…0,7 Iн) и определенном значении выходной величины (обычно выбирают среднее значение выходной величины по шкале регистрирующего прибора). В установившемся состоянии система должна находиться не менее 5…10 мин.

Рис. 6.2. Схема экспериментальной установки для определения статических и динамических характеристик управляемого объекта : 1 – трубчатая электрическая печь (объект управления);2 – нагревательный элемент (ТЭН) ;3 – терморезистор (датчик температуры);4 – переключатель схемы соединения обмоток статора двигателя вентилятора (звезда - треугольник);5, 6 – вентилятор с электроприводом;7 – автотрансформатор;8, 9 – вольтметр и амперметр;10– регистратор температуры.

Затем объекту мгновенно наносится скачкообразное возмущение (например, устанавливают 1,0·Iн), величина которого должна составлять не менее 10% от нормального режима работы объекта, но не должна выходить за границы линейного участка статической характеристики. В зависимости от того, по какому каналу снимается характеристика, ступенчатое входное воздействие наносится перестановкой переключателя 4 или движка автотрансформатора 7 (рис. 6.2). Во время процесса изменение температуры на выходе ОУ фиксируется автоматическим регистратором температуры 10. При отсутствии самопишущего прибора следует записывать показания имеющегося прибора через определенные интервалы времени, контролируемые секундомером. Вначале эти интервалы должны быть короткими – 5 секунд, а с уменьшением скорости изменения выходной величины их можно увеличить до минуты.

По протоколу опыта строят кривую разгона на миллиметровой бумаге в достаточно крупном масштабе, чтобы можно было более точно определить время чистого и емкостного запаздывания и постоянную времени объекта.

Методика получения частотных характеристик по переходной характеристике. С достаточной для инженерных расчетов степенью точности частотные характеристики объекта могут быть определены по экспериментально снятым временным характеристикам или более точно получены экспериментальным путем. В инженерной практике, в частности для предварительного анализа CAP динамическая характеристика объекта аппроксимируется дифференциальным уравнением первого порядка с запаздывающим аргументом. Порядок определения частотных характеристик графоаналитическим методом по экспериментальным временным характеристикам может быть следующим. Экспериментальная переходная характеристика в соответствии со своим внешним видом (кривая 2 рис.6.1) аппроксимируется переходными характеристиками двух последовательно соединенных звеньев – апериодического и запаздывающего. Аппроксимирующая передаточная функция будет иметь вид:

,    (6.7)

где постоянная времени То и время запаздывания τD подлежат определению по экспериментальной переходной характеристике.

На кривой разгона (рис.6.3) выбираются две точки Б и В с координатами θб, tб и θв, tв. Желательно, чтобы точка Б была расположена около точки перегиба А (рис.6.3), а ордината θв равнялась 0,8…0,9. Аппроксимирующая кривая будет пересекать экспериментальную характеристику в начале координат, точках А и Б и в принципе в бесконечности; этим обеспечивается приемлемая точность описания динамических свойств объекта передаточной функцией вида (6.7).

Неизвестные величины определяются выражениями:

  (6.8)

    (6.9)

Рис. 6.3. Аппроксимация переходной характеристики объекта характеристиками апериодического и запаздывающего звеньев

Для более быстрого (но менее точного) определения величин τд и То Поступают следующим образом. По переходной характеристике (рис. 6.3) определяют моменты времени t1 и t2, в которых значения выходных величин соответственно равны Θ=0,33 и Θ=0,7 тогда:

   (6.10)

    (6.11)

Передаточный коэффициент исследуемого объекта Ко при полном воздействии управляющего элемента (полностью подан на нагревательный элемент номинальный ток Iн и при этом Хвх = 100%) определяется выражением

    (6.12)

где qн и qк – начальное (до приложения возмущения) и конечное (новое установившееся ) значения управляемой величины.

По передаточной функции ОУ (6.7) легко получить АФХ объекта, для этого нужно заменить оператор p на произведение (јω):

  (6.13)

или в полярных координатах:

(6.14)

отсюда находим АЧХ и ФЧХ объекта

    (6.15)

  (6.16)

Рекомендуемая литература

1. Бородин И.Ф., Кирилин Н.И. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов. – М.: Колос, 1977. – С. 116 – 121.

2. Загинайлов В.И., Шеповалова Л.Н. Основы автоматики. – М.: Колос, 2001. – С. 36 – 43 .

3. Колесов Л.В. Основы автоматики. – М.: Колос, 1984. – С. 149 – 159.

4. Мартыненко И.И., Лысенко В.Ф. Проектирование систем автоматики. – М.: Агропромиздат, 1990. – С. 42 – 110.

5*. Мартыненко И.И., Тимошенко Ю.А. Основы автоматики.// Методические указания к лабораторным работам. – Киев: УСХА, 1981. – С. 87 – 98.

6. Мартыненко И.И. и др. Автоматика и автоматизация производственных процессов. – М.: Агропромиздат, 1985. – С. 80 – 97.

7. Шавров А.В., Коломиец А.П. Автоматика. – М.: Колос, 2000. –
С. 70 – 76.

Контрольные вопросы: 1. Что называется объектом управления (ОУ) в автоматике? Привести примеры ОУ используемых в сельскохозяйственном производстве. 2. Расскажите об основных свойствах ОУ? 3. Как влияют свойства ОУ на устойчивость и показатели качества САУ (САР)? 4. Какой управляемый объект является устойчивым? 5. Дайте определение передаточной функции. 6. Что называется кривой разгона и переходной характеристикой ОУ? 7. Что такое самовыравнивание и аккумулирующая способность ОУ? 8. Как оценить запаздывание ОУ? 9. Как определить время разгона ОУ? 10. Какие частотные характеристики объектов управления Вы знаете?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

Исследование регулятора типа Р–25

Цель работы: освоение методики экспериментального определения переходной характеристики исследуемого объекта и последующего расчёта параметров настройки пропорционально-интегрального регулятора (ПИ-регулятора), а также получение графиков переходного процесса для вариантов позиционного (релейного) и непрерывного (ПИ) регулирования.

Программа работы

1. Ознакомиться с настоящим описанием.

2. Снять переходную характеристику объекта регулирования Θ=f(t) при I=4,5 А.

3. Вычислить параметры настройки регулятора: Кп и Ти.

4. Довести температуру воздуха в ручном режиме до некоторого установленного значения, обеспечить регулировкой сигнала задатчика нулевое рассогласование (индикаторы "больше", "меньше" не горят) и, переключившись в автоматический трехпозиционный режим регулирования, снять график переходного процесса в этом режиме.

5. Выставить найденные в пункте 3 значения параметров настройки ПИ-регулятора и снять переходной процесс реакции CAP на управляющее или возмущающее воздействие (по указанию преподавателя).

Отчёт по работе должен содержать:

1.  Структурную схему CAP.
2.  Графики переходной и нормированной переходной  характеристики с необходимыми дополнительными построениями для определения параметров настройки ПИ-регулятора.
3.  Промежуточные и окончательные результаты расчетов параметров настройки.
4.  Экспериментальные графики переходных процессов CAP в трехпозиционном релейном и пропорционально-интегральном (ПИ) режимах регулирования.

Основные положения и методические указания

Пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор типа Р-25 предназначен для использования в системах автоматического регулирования технологических процессов. Регулятор выполнен на полупроводниковых элементах и интегральных микросхемах. Является современным аналогом ранее выпускавшихся приборов типа РП-3 и РПИБ.

На выходе регулятора имеются бесконтактные ключи (тиристоры), с помощью которых осуществляется трехпозиционное управление (меньше – ноль – больше) однофазным электродвигателем стандартного исполнительного механизма с постоянной скоростью вращения. Также возможна реализация с помощью регулятора и ПИ-режима. Целью данной работы является сравнение этих режимов регулирования и знакомство с принципами определения параметров настройки регулятора Р-25 применительно к CAP температурой воздуха в помещении.

Функциональная схема CAP. Лабораторная установка состоит из двух идентичных CAP. Их функциональные схемы представлены на стенде и рис. 7.1.

Рис. 7.1. Функциональная схема CAP

Рис. 7.2. Структурная схема CAP

Вентилятор с приводом от электродвигателя М1(2) принудительно гонит воздух через нагреватель ЕК1(2). Датчиком температуры нагретого воздуха является медный термометр сопротивления ТЕ1(2), сигнал с которого подается на автоматический измерительный мост типа КСМ1(2). Кроме отображения текущего значения температуры мост вырабатывает напряжение переменного тока, пропорциональное этой температуре, которое подается на вход регулятора Р-25.

На входе регулятора данное напряжение сравнивается с сигналом задатчика. В зависимости от знака разности этих сигналов открывается один из выходных ключей, и исполнительный механизм перемещает в ту или иную сторону движок автотрансформатора, от которого питается электронагреватель ЕК1(2). Величины перемещений и их частота зависят от режима работы регулятора (релейный или пропорционально-интегральный), а также от параметров настройки, методика которой будет изложена далее.

Изменение напряжения на нагревателе происходит таким образом, чтобы свести сигнал рассогласования к нулю. При достижении этого оба ключа на выходе регулятора закрываются, и движок автотрансформатора фиксируется в неподвижном состоянии.

В схеме управления двигателя вентилятора имеется ключ SA1(2), переключающий схему соединения обмоток статора с треугольника на звезду, что изменяет расход воздуха и служит моделью возмущающего воздействия в данной системе автоматического регулирования.

Краткое описание регулятора Р–25. Структурная схема регулятора вместе с исполнительным механизмом постоянной скорости перемещения изображена на рис.7.2, вид передней панели прибора Р-25 – на рис.7.4.

Входной величиной регулятора является сигнал рассогласования ε = х – у, где х – сигнал задания, у – сигнал обратной связи или выходной (ток нагревателя Iek). Всего на вход прибора Р-25 может быть подано одновременно три сигнала датчиков с индивидуальной настройкой коэффициента передачи по каждому каналу и последующим суммированием этих сигналов. В данной работе используется только третий канал с максимальным, равным единице коэффициентом передачи.

Поступающий на этот вход сигнал у с датчика температуры ТЕ вычитается из сигнала задания х, вырабатываемого самим регулятором и зависящего от положения движков потенциометров "корректор" (грубо) и "задание" (точно). Разностное напряжение ε выведено на клемму "е" прибора Р–25 и может быть измерено вольтметром относительно общей клеммы "от".

Сигнал ε усиливается и в случае выхода его за пределы зоны нечувствительности D, ширина которой регулируется потенциометром "зона", вызывает срабатывание соответствующего выходного ключа регулятора, о чем свидетельствует светодиодный индикатор на панели прибора.

Передаточная функция регулятора в режиме релейного регулирования (клавиша "ПИ" нажата):

,    (7.1)

где D – зона нечувствительности.

Передаточная функция в режиме ПИ–регулирования:

,     (7.2)

где Кп – коэффициент пропорциональности; Ти – постоянная времени интегрирования, с.

Величины Кп и Ти выставляются с помощью соответствующих потенциометров расположенных на передней панели прибора Р-25, а определение их численных значений для конкретной CAP составляет основную задачу настройки регулятора.

Настройка параметров регулятора. В данной работе эта задача решается с помощью кривой разгона (переходной характеристики) объекта регулирования – нагревателя ЕК.

Напомним, что переходной характеристикой называется реакция объекта на входное воздействие, которое может быть представлено в виде единичной ступенчатой функции:

    (7.3)

Для снятия переходной характеристики необходимо:

а) перевести регулятор в ручной режим управления;

б) включить тумблер SB1(2) в цепи нагревателя ЕК1(2);

в) выставить с помощью переключателя "больше - меньше" ток нагревателя Iek=4А, что соответствует приращению входного воздействия
х = 90%;

г) отключить тумблер SB1(2) и в течение 5…10 мин продувать нагреватель воздухом от вентилятора до достижения комнатной температуры Θн;

д) не отключая вентилятор снова включить тумблер SB1(2) и снять динамику изменения температуры Θ(t) по шкале моста КСМ, делая отсчеты через каждые 5 секунд в начале опыта, а затем через 20 секунд от начального значения Θ(0) вплоть до достижения установившегося значения температуры Θ(∞).

Далее следует построить график нормированной переходной характеристики:

   (7.4)

Этот график следует аппроксимировать теоретической зависимостью:

  (7.5)

Такая аппроксимация соответствует передаточной функции объекта регулирования:

   (7.6)

Расчёт параметров регулирования производится по формулам:

(7.7)

где tn – координата точки перегиба графика y(t) (находится, как середина интервала времени, на котором имело место наибольшее приращение величины y(t)); – находится из графика рис.7.3.

Параметры регулятора вычисляются по формулам, приведённым в таблице 7.1 и с учётом вида типового переходного процесса.

Таблица 7.1. Оптимальные значения параметров ПИ–регулятора.

Регулятор	Вид переходного процесса
	апериодический	с 20 % перерегулированием	минимальный интегральный критерий качества
ПИ

Примечание: Полученное по данной таблице значение Кп следует помножить на отношение времени прохода стандартного исполнительного механизма из одного крайнего положения в другое, равное 63 с и реального, в данном случае 21 с.

Рис. 7.3. Передняя панель прибора Р–25: 1–корректор; 2, 3, 4–коэффициенты передачи по каналам 3, 2, 1, соответственно; 5–задатчик; 6–зона нечувствительности; 7–скважность импульса; 8–коэффициент пропорциональности Кп; 9–постоянная времени интегрирования Ти; 10–постоянная времени демпфера; 11, 12, 13–гнезда сигналов рассогласования, обратной связи и общая точка; 14 –переключатель режима работы; 15–тумблер "больше–меньше" режима ручного управления; 19 – переключатель режима  регулирования (ПИ, релейный); 17, 18 – светоиндикаторы направления регулирующего воздействия.

Рекомендуемая литература

1. Бородин И.Ф., Кирилин Н.И. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов. – М.: Колос, 1977. – С. 116 – 121.

2. Загинайлов В.И., Шеповалова Л.Н. Основы автоматики. – М.: Колос, 2001. – С. 131 – 139, 182.

3. Колесов Л.В. Основы автоматики. – М.: Колос, 1984. – С. 159 – 165.

4. Мартыненко И.И., Лысенко В.Ф. Проектирование систем автоматики. – М.: Агропромиздат, 1990. – С. 116 – 143.

5. Ротач В.Я. Расчёт динамики промышленных автоматических систем регулирования. – М.: Энергия, 1973. – С. 344 – 354; 416 – 421.

6. Шавров А.В., Коломиец А.П. Автоматика. – М.: Колос, 2000. –
С. 158 – 172.

Контрольные вопросы: 1. Какое техническое устройство называется автоматическим регулятором? Дать определение и объяснить назначение. 2. Какие типы автоматических регуляторов Вы знаете? 3. Пояснить принцип действия позиционного (релейного) регулятора. 4. Пояснить принцип работы непрерывного регулятора (на примере ПИ-регулятора). 5. Что представляет из себя зависимость управляемой величины от времени при позиционном регулировании? 6. Что представляет из себя зависимость управляемой величины от времени при непрерывном регулировании? 7. Какие параметры являются параметрами настройки П-регулятора, И-регулятора, ПИ-регулятора, ПИД-регулятора? 8. Как определяются параметры настройки позиционного регулятора? 9. Как определить параметры настройки ПИ-регулятора? 10. Какие методы расчёта параметров настройки непрерывных регуляторов Вы знаете?

Лабораторная работа № 8

Построение однотактных систем управления

Цель работы: освоение приёмов построения однотактных систем управления на основе логических элементов.

Программа работы

1. Ознакомиться с данным описанием.

2. Получить у преподавателя номер варианта задания и выполнить синтез однотактной схемы управления. Схема управления должна быть выполнена в двух вариантах, т.е. только на элементах: а) И, И-НЕ и НЕ; б) И, И-НЕ, НЕ и ИЛИ-НЕ.

3. Показать разработанную схему преподавателю, и после одобрения собрать её на передней панели установки АВК-31.

4. Пригласить преподавателя и продемонстрировать работу схемы.

5. Составить отчет о выполненной работе.

Отчёт по работе должен содержать:

1) Словесную запись варианта задачи синтеза;

2) Описание всех этапов синтеза, с изображением таблиц и схем.

Порядок выполнения работы

Синтез системы управления проводится в соответствии с указанными ниже этапами. Полученную схему реализуют на стенде, содержащем наборы логических элементов И, НЕ, ИЛИ-НЕ, И-НЕ, причем входные сигналы формируют с помощью источника напряжения и префиксной клавиши, а выходные сигналы схемы подают на светодиоды. Затем изменяют значения входных сигналов в порядке, определяемом таблицей состояний, и по индикаторным лампам проверяют значения выходных сигналов.

Основные положения и методические указания

Однотактной системой управления называют систему, в которой выходной сигнал управления в любой момент времени полностью определяется входными сигналами в этот же момент времени.

Рассмотрим пример синтеза однотактной системы на логических элементах И-НЕ. В качестве примера возьмём построение схемы браковочного устройства. Устройство содержит три дефектоскопа, одновременно контролирующих три зоны листа материала. При наличии в зоне одного дефекта дефектоскоп вырабатывает единичный сигнал. Если в листе больше чем один дефект, устройство должно подать единичный сигнал на толкатель, который сбрасывает негодный лист в бункер. Синтез однотактной схемы проводится в четыре этапа.

Этап 1. Построение таблицы состояний. Таблица состояний представляет собой формализованную запись условий работы системы. В таблицу заранее заносят все возможные комбинации входных сигналов, а затем в соответствии с требованиями к конкретной системе управления для каждой комбинации записывают значение сигнала. В тех случаях, когда в системе управления какая-то конкретная комбинация входных сигналов не встречается, для этой комбинации можно не проставлять значения выходного сигнала. Для того чтобы не пропустить ни одной комбинации входных сигналов, каждому входному сигналу присваивается свой порядковый номер (N=1, 2, .., m) и «вес» , который определяется для каждого сигнала как q=2N'l. Каждая комбинация входных сигналов определяется номером состояния, представляющим собой сумму «весов» тех сигналов, которые имеют единичное состояние значения. Номера состояний меняются от 0 до 2 (где m–общее число входных сигналов). Таблица 8.1. представляет собой таблицу состояний для браковочного устройства. Выходной сигнал Y в ней принимает значение 1 только в тех случаях, когда в строчке, обозначающей состояния выходных сигналов, есть, по крайней мере, две единицы.

Таблица 8.1.                                     Таблица истинности

Номер состояния	Входные сигналы, X	Выходной сигнал Y
	X3	X2	X1
0	0	0	0	0
1	0	0	1	0
2	0	1	0	0
3	0	1	1	1
4	1	0	0	0
5	1	0	1	1
6	1	1	0	1
7	1	1	1	1

Этап 2. Запись логической функции. Логическую функцию, описывающую условия, при которых выходной сигнал равен единице, записывают в виде логической суммы, число членов которой равно числу в колонке Y таблицы состояния. Каждую сумму записывают как произведение входных сигналов для тех состояний, в которых Y=1. Если входной сигнал равен нулю, то он входит в произведение со знаком инверсии. Для таблицы состояний (табл. 8.1) логическая функция имеет вид:

(8.1)

Логическая функция определяет условия, при которых Y=1. Эти условия могут возникнуть в четырёх случаях, каждый из которых характеризуется определённой комбинацией значений трёх входных сигналов.

Этап 3. Упрощение логической функции и приведение её к виду, содержащему заданные логические операции. Для преобразования логической функции наиболее часто используют следующие соотношения:

    (8.2)

В преобразованном виде логическая функция должна содержать только те логические операции, которые можно реализовать в заданном базисе логических элементов. Для рассматриваемого случая, когда логическую функцию необходимо реализовать на элементах И-НЕ, преобразования полученной функции дают следующее выражение:

(8.3)

Этап 4. Реализация логического выражения заданным базисом элементов. На рис. 8.1. показана схема реализации полученного логического выражения на элементах И–НЕ.

Рис. 8.1. Схема реализации логического выражения

Другой способ реализации логической функции, полученной из таблицы 8.1.

   (8.3)

Это выражение реализуется на рис. 8.2.

Рис. 8.2. Схема реализации второго варианта логического выражения

Следует отметить, что схемы представленные на рис.8.1. и рис.8.2. в логическом смысле эквивалентны.

Описание лабораторного стенда

Лабораторная установка состоит из одного стенда на базе аналоговой вычислительной машины АВК – 31. На лицевой панели стенда имеются изображения наборов различных элементов: И-НЕ, И, НЕ, ИЛИ-НЕ, с различным числом входов; светодиоды; генератор тактовых импульсов; блок установки триггеров; источник напряжения, J-K триггеры, свободные клеммы. Коммутацию элементов следует выполнять проводниками со штекерами.

Источник напряжения имеет выходные гнезда, сигналы которых инверсные друг другу. В гнезде «+» формируется логическая единица. Управление R-S –триггера (выполненного с использованием J-K – триггера) осуществляется подачей логического нуля на соответствующие R и S входы. Дугой способ получения R-S –триггера – использование информационных входов J-K – триггера, причём вход J играет роль входа S, а вход К соответствует входу R. В последнем случае на тактирующий вход С необходимо подавать сигнал от расположенного на стенде генератора синхроимпульсов. Отсутствие соединения с входом любого элемента соответствует подаче на вход логической единице.

Следует помнить, что нельзя соединять между собой выходы логических элементов.

Задание

Спроектировать, собрать и проверить работу системы управления, которая должна технически реализовать одну из следующих задач:

1. В цехе установлено семь электротехнологических аппаратов, каждый из которых потребляет мощность 1 кВт. Цех получает электроэнергию от подстанции, где установлено два силовых трансформатора мощностью 2 и 4 кВт. К подстанции подведена кабельная линия, способная пропускать максимальную мощность 5 кВт. Необходимо включить первый трансформатор, или второй, или оба, в зависимости от мощности, потребляемой цехом, что позволяет экономить электроэнергию за счет уменьшения потерь холостого хода в трансформаторах. Под уменьшением потерь холостого хода следует понимать такие режимы работы, при которых подключёнными к нагрузке должны быть оба трансформатора даже, несмотря на их низкий коэффициент загрузки.

2. На дискретную схему управления подается двоичный трёхразрядный код, характеризующий число одновременно включенных аппаратов. Сигналы со схемы управления должны включать два контактора.

3. Цифровой вольтметр вырабатывает двоичный трёхразрядный код и может измерять напряжение в диапазоне от 1 до 8 В. Необходимо создать систему сигнализации, включающую аварийную лампу при выходе напряжения за пределы диапазона, выбираемого из таблицы вариантов по заданию преподавателя:

Вариант	1	2	3	4	5	6
Диапазон напряжений, В	1…3	2…4	3…5	4…6	5…7	6…8

4. Цифровой датчик вырабатывает двоичное трёхразрядное число, пропорциональное температуре в технологическом аппарате. Необходимо создать устройство согласования датчика с исполнительным цифровым механизмом, регулирующим подачу греющего пара в аппарат. Выходным сигналом исполнительного механизма является двоичное трёхразрядное число, пропорциональное расходу греющего пара.

Рекомендуемая литература

1. Бородин И.Ф., Кирилин Н.И. Практикум по основам автоматики и автоматизации производственных процессов. – М.: Колос, 1974. – С. 21 – 32.

2. Загинайлов В.И., Шеповалова Л.Н. Основы автоматики. – М.: Колос, 2001. – С. 101 –115.

3. Колесов Л.В. Основы автоматики. – М.: Колос, 1984. – С. 126 – 148.

4. Потёмкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 320 с.

Контрольные вопросы: 1. Что называется однотактной логической схемой? 2. Перечислите основные логические операции. 3. Поясните таблицу истинности для элементов И, И-НЕ. 4. Поясните таблицу истинности для элементов ИЛИ, ИЛИ-НЕ. 5. По заданию преподавателя упростите предложенную логическую функцию.

Лабораторная работа № 9

Синтез логического автомата

Цель работы: освоение приёмов построения схем логических автоматов на основе логических элементов.

Программа работы

1. Ознакомиться с данным описанием.

2. Получить у преподавателя шифр (цифры i; j) и разработать схему автомата с учётом имеющихся в установке АВК-31 элементов.

3. Показать разработанную схему автомата преподавателю, и после одобрения собрать её на передней панели установки АВК-31.

4. Пригласить преподавателя и продемонстрировать работу схемы.

5. Составить отчет о выполненной работе.

Отчёт по работе должен содержать:

1) Словесную запись варианта задачи синтеза;

2) Схему автомата в соответствии с заданием.

Основные положения и методические указания

Автоматами, или последовательностными схемами, называют схемы, выходы которых зависят не только от значений входов в данный момент, но и от комбинаций значений входов в определённые прошлые моменты времени.

Алгоритм работы кодового замка. Задачей лабораторной работы является освоение навыков разработки схем кодовых устройств, на примере кодового замка, и их реализация на логических элементах, входящих в состав установки АВК – 31.

Предположим, что на наружной поверхности двери вынесены кнопки ПУСК, ОСТАНОВ и световой индикатор работы счётчика импульсов из блока БУ. При нажатии на кнопку ПУСК счётчик начинает считать импульсы, поступившие на его вход один раз в секунду и индицировать их на табло светоиндикаторов в коде 1-2-4-8 (В представленном коде число импульсов равно сумме цифр светящихся индикаторов). Шифр замка определяется двумя цифрами – i и j (от 0 до 9). Для открытия двери необходимо нажать кнопку остАНОВ перед приходом i-го импульса и отпустить её сразу же после его появления, а затем проделать аналогичную операцию в момент прихода j-го импульса (предполагается, что число i меньше числа j). Нажатие кнопки ОСТАНОВ в любые другие моменты времени должно приводить схему автомата в исходное положение и исключать тем самым открытие двери при случайном нажатии кнопок.

Допустим, что сигнал на открытие двери соответствует состоянию «0» обоих триггеров, о чём можно судить по загоранию подключенных к соответствующим выходам индикаторов Л1, Л2. Тогда алгоритм работы замка будет следующим:

а) по сигналу ПУСК оба триггера устанавливаются в состояние «1»;

б) сигнал «0» с i-го выхода дешифратора и сигнал «0» с клеммы ОСТАНОВ (последний возникает при нажатии кнопки ОСТАНОВ) подаются на вход элемента ИЛИ-НЕ, выходной сигнал которого через элемент НЕ поступает на вход «УСТ 0» триггера Тг1;

в) сигнал «0» с j-го выхода дешифратора и сигнал «0» с клеммы ОСТАНОВ (последний возникает при нажатии кнопки ОСТАНОВ) подаются на вход элемента ИЛИ-НЕ, выходной сигнал которого через элемент НЕ поступает на вход «УСТ 0» триггера Тг2;

г) сигналы с других выходов дешифратора подаются на входы элемента И, с выхода которого далее – на первый вход элемента ИЛИ-НЕ, причём на второй вход этого элемента подаётся сигнал с клеммы ОСТАНОВ. Далее с выхода элемента ИЛИ-НЕ сигнал поступает через последовательно включённые инвертор НЕ и элемент И на входы «УСТ 1» обоих триггеров, предотвращая тем самым выдачу сигнала на открытие двери в случае несвоевременного нажатия кнопки ОСТАНОВ;

д) на второй вход упомянутого в предыдущем пункте элемента И следует подать сигнал с первого выхода дешифратора для осуществления предварительной установки триггеров в начальное состояние.

Описание лабораторного стенда

Лабораторная установка состоит из одного стенда на базе аналоговой вычислительной машины АВК – 31. На лицевой панели стенда имеются изображения наборов различных элементов: И-НЕ, И, НЕ, ИЛИ-НЕ, с различным числом входов; светодиоды; генератор тактовых импульсов; блок установки триггеров; источник напряжения; J-K триггеры; свободные клеммы. Коммутацию элементов выполняется проводниками со штекерами.

На горизонтальной панели аппарата АВК – 31 расположены три клавиши ИП (исходное положение), пуск и останов, с помощью которых осуществляется управление работой счётчика тактовых импульсов с дешифратором кодов, находящегося в блоке БУ. Другие органы управления, размещённые на горизонтальной панели, в данной работе не участвуют и здесь не описываются.

Источник напряжения имеет выходные гнезда, сигналы которых инверсные друг другу. В гнезде «+» формируется логическая единица. Управление R-S –триггера (выполненного с использованием J-K – триггера) осуществляется подачей логического нуля на соответствующие R и S входы. Дугой способ получения R-S –триггера – использование информационных входов J-K – триггера, причём вход J играет роль входа S, а вход К соответствует входу R. В последнем случае на тактирующий вход С необходимо подавать сигнал от расположенного на стенде генератора синхроимпульсов. Отсутствие соединения с входом любого элемента соответствует подаче на вход логической единице.

Следует помнить, что нельзя соединять между собой выходы логических элементов и триггеров. Соединения элементов между собой следует осуществлять возможно более короткими соединительными проводами.

Рекомендуемая литература

1. Потёмкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – С. 300 – 315.

2. Изаков Ф.Я., Казадаев В.Р., Ройтман А.Х., Шмаков Б.В. Курсовое и дипломное проектирование по автоматизации технологических процессов. – М.: Агропромиздат, 1988 – С. 86 – 132.

Контрольные вопросы: 1. Что называется логическим автоматом? 2. В чём различие между автоматом и комбинационной схемой? 3. Поясните таблицу истинности для RS-триггера. 4. Поясните таблицу истинности для JK-триггера. 5. По заданию преподавателя поясните отдельные узлы разработанной в работе схемы.

СОДЕРЖАНИЕ:

Лабораторная работа №1 Датчики температуры                                     4 стр.

Лабораторная работа №2 Датчики освещенности                                   7 стр.

Лабораторная работа №3 Датчики перемещения                                  10 стр.

Лабораторная работа №4 Усилители автоматики                                  15 стр.

Лабораторная работа №5 Исполнительные механизмы автоматики   17 стр.

Лабораторная работа №6 Экспериментальное определение статических и динамических характеристик объекта управления                                 4 стр.

Лабораторная работа №7 Исследование регулятора типа Р–25           12 стр.

Лабораторная работа №8 Построение однотактных САУ                    19 стр.

Лабораторная работа №9 Синтез логического автомата                       24 стр.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Значком * отмечена литература, которая отсутствует в библиотеке ВГСХА.

1. по теме Системы счисления- Перевод из 2 в 10 сс
2. медиа и искусство и политическая коммуникация
3. Статья 58 ТК РФ предусматривает два вида трудовых договоров различая их в зависимости от срока действия
4. Арбитражный процессуальный кодекс Российской Федерации
5.  Специфика работы социального педагога и его основные функции
6. Краткий исторический анализ становления и развития института подозреваемого в уголовном судопроизводстве
7. Химические, физические факторы окружающей среды, меры предупреждения вредного влияния на организм
8. влечение к чувственным восприятиям- ведь независимо от того есть от них польза или нет их ценят ради них сам
9. а Ідентифікаційний код за ЄДРПОУ
10. dvertising in our Lif
11. Как определить правильность осанки
12. Роберт Кох
13. А Мужской; Б Женский
14. зеленого цвета повышение температуры тела до 388С ощущение тяжести в правой половине грудной клетки
15. Лосев А.Ф. Эстетика Возрождения
16. Задание от Деда Мороза.html
17. Курсовая работа- Мотивация библиотечного персонал
18. Тема Законы XIIтаблиц
19. б классе школы 32
20. педагогічної діяльності 19

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе