1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest poznanie zasad działania i właściwości ciągłego układu regulacji nadążnej oraz jego elementów.

2. Schemat blokowy układu.

1. 1-element zadający,2-wzmacniacz wstępny,3-wzmacniacz mocy,4-silnik wykonawczy,5-mechanizm napędzany,6-element korekcyjny,7-element pomiarowy (czujnik).

• q(t) - wielkość kierująca,x_o(t) - wartość zadana wielkości regulowanej,x(t) - wartość rzeczywista wielkości regulowanej,x₁(t) - wartość proporcjonalna do wartości rzeczywistej wielkości regulowanej,ε (t)- uchyb regulacji.

W układach regulacji nadążnej , wartość zadana wielkości regulowanej x_o(t) zależy od dowolnie zmieniającej się wielkości kierującej q(t). Wielkość q(t) zmienia się w sposób z góry nieokreślony. Skutkiem tego jest to , że wartość zadana wielkości regulowanej x_o(t) oraz wartość x(t) zmieniają się w nieznany z góry sposób. Elementami: zadającym i pomiarowym jest w tym układzie para selsynów. Jeżeli w układzie pojawi się niezgodność położeń obu wałów: wejściowego i wyjściowego, wówczas napięcie uchybu powoduje zmianę prądów płynących przez wzmacniacz. Na skutek różnicy prądów wytworzy się strumień wypadkowy wzbudzenia amplidyny, co następnie prowadzi do pojawienia się napięcia na jej zaciskach. W wyniku tego napięcia wał silnika zacznie się obracać zmieniając położenie kątowe wału wyjściowego. Obrót będzie trwał do momentu gdy położenie kątowe wałów wejściowego i wyjściowego zrównają się i napięcie uchybu stanie się równe zeru.

3. Charakterystyka łącza selsynowego.

Napięcie wyjściowe łącza selsynowego w funkcji kąta niezgodności położenia selsynowego nadajnika i odbiornika. Kąt odbiornika ϑ =0.

ϑ	Uwyj	ϑ	Uwyj	ϑ	Uwyj
[^o]	[V]	[^o]	[V]	[^o]	[V]
0	1.5	130	45	260	56
10	7	140	38	270	57
20	17	150	30	280	56
30	26	160	21	290	55
40	35	170	11	300	51
50	42	180	1	310	45
60	49	190	8	320	38
70	53	200	18	330	30
80	56	210	27	340	21
90	57	220	35	350	11
100	56	230	43	360	1.5
110	55	240	49
120	51	250	53

Wykres napięcia wyjściowego selsyny w funkcji kąta niezgodności selsyny nadajnika i odbiornika.

4. Dokładność złącza selsynowego.

Po unieruchomieniu wirnika odbiornika SO obracano wirnikiem nadajnika SN tak aby osiągnąć wartość napięcia wyjściowego równą zeru. Różnica wskazań położeń kątowych selsyna nadawczego i odbiorczego stanowią uchyb Δ.

ϑSO	ϑSN	Δϑ	ϑSO	ϑSN	Δϑ	ϑSO	ϑSN	Δϑ
[^o]	[^o]	[^o]	[^o]	[^o]	[^o]	[^o]	[^o]	[^o]
Obrót w prawo.
0	2	2	140	142	2	280	282	2
20	22	2	160	161	1	300	302	2
40	43	3	180	181	1	320	321	1
60	63	3	200	201	1	340	342	2
80	83	3	220	222	2	360	362	2
100	102	2	240	241	1
120	123	3	260	261	1
Obrót w lewo.
360	362	2	210	212	2	60	62	2
330	332	2	180	182	2	30	31	1
300	302	2	150	152	2	0	2	2
270	272	2	120	123	3
240	242	2	90	93	3

Przykład wyznaczenia uchybu Δϑ :

Δϑ =ϑ_SN - ϑ_SO=2-0=2^o.

Badając dokładność łącza określiliśmy wartość uchybu, którego wartość wahała się w przedziale od 1^o do 3^o.

5. Charakterystyka wzmacniacza elektronicznego.

Przy zmianie napięcia wejściowego wzmacniacza U_wej badaliśmy napięcie na zaciskach wyjściowych wzmacniacza U_wyj .

Uwej	Uwyj	Uwej	Uwyj	Uwej	Uwyj	Uwej	Uwyj
[V]	[V]	[V]	[V]	[V]	[V]	[V]	[V]
0	0	12.5	4.2	57	4.6	12.5	4.25
1	1.25	15	4.5	50	4.7	10	4
2.5	2.5	20	4.6	40	4.7	7.5	3.4
5	3.2	30	4.7	30	4.7	5	3
7.5	3.6	40	4.7	20	4.6	2.5	2.5
10	4	50	4.6	15	4.5	1	1.25
						0	0

Charakterystyka U_wyj=f(U_wej).

Korzystając z wykresu dla prostoliniowej części charakterystyki U_wyj=f(U_wej) można wyznaczyć współczynnik wzmocnienia wzmacniacza

W zakresie napięcia U_wej od 0 do 1.25V charakterystyka U_wyj=f(U_wej) jest liniowa i współczynnik wzmocnienia k_w wynosi 1.25. Powyżej tego napięcia następuje zakrzywienie aż do momentu gdy U_wej=20V wtedy to wzmacniacz przechodzi w stan nasycenia i wartość U_wyj jest stała i niezależnie od U_wej i wynosi 4.6V.

6. Charakterystyka amplidyny U_wy=f(U_wzm).

Uwzm	Uwyj	Uwzm	Uwyj
[V]	[V]	[V]	[V]
0	6.5	0.9	30
0.15	8.4	1	32.5
0.25	10	1.1	40
0.4	12	1.15	50
0.5	12.2	1.25	62
0.6	14.5	1.27	68
0.7	24	1.3	70
0.8	27.5	1.4	70

Charakterystyka amplidyny U_wy=f(U_wzm).

Napięcie U_wyj narasta ze wzrostem napięcia U_wzm aż do wartości U_wzm=1.3V. Powyżej tej wartości napięcie U_wyj ma stałą wartość 70V.

7. Charakterystyka amplidyny - napięcie wyjściowe w funkcji prądu obciążenia U_wyj=f(I).

Element nieliniowy wyłączony.
Uwyj	[V]	65	66	66	65	65	64	52.5	22.5
Iobc	[A]	0.38	0.5	0.62	0.8	1.08	1.7	2.72	3
Element nieliniowy włączony.
Uwyj	[V]	67.5	67.7	67.7	67.7	65	62	43	22
Iobc	[A]	0.38	0.48	0.66	0.8	1.1	1.75	2.3	2.5

Charakterystyka amplidyny przy wyłączonym elemencie nieliniowym.

Charakterystyka amplidyny przy włączonym elemencie nieliniowym.

Włączenie elementu nieliniowego ma znaczny wpływ na kształt charakterystyki U_wyj=f(I). Bez elementu nieliniowego dłuższy jest odcinek liniowy charakterystyki i dopiero od wartości 2.7A prądu obciążenia I krzywa gwałtownie się załamuje i biegnie do zera. Włączenie elementu nieliniowego powoduje skrócenie liniowej części charakterystyki aż do 1.7A prądu obciążenia.

8. Uchyb ustalony układu zamkniętego.

Po obróceniu wirnikiem selsyna nadawczego SN o kąt ϑ_nad silnik odtworzy zadane położenie kątowe i wirnik selsyna odbiorczego SO obróci się o kąt ϑ_odb. Różnica między wartością zadaną ϑ_nad a odtworzoną ϑ_odb stanowi uchyb ustalony regulacji.

ϑ_u=ϑ_nad -ϑ_odb

obrót w prawo
ϑnad	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
ϑodb	0	27	57	87	117	147	178	209	238	268	298	327	358
ϑu	0	3	3	3	3	3	2	1	2	2	2	3	2
obrót w lewo
ϑnad	360	330	300	270	240	210	180	150	120	90	60	30	0
ϑodb	360	329	301	270	241	211	181	149	120	91	61	28	0
ϑu	0	1	-1	0	-1	-1	-1	1	0	-1	-1	2	0

Wartość uchybu waha się w przedziale od -1^o do 3^o. Wartości ujemne pojawiają się tylko dla jednego kierunku obrotów. Prawidłowość ta świadczy o stałym poślizgu selsyna odbiorczego względem selsyna nadawczego, który nazywa się uchybem ustalonym regulacji.

9. Strefa nieczułości układu.

Obracając wirnik selsyna nadawczego SN w jednym kierunku a później w drugim o kąt niezbędny do uruchomienia silnika można wyznaczyć strefę nieczułości układu. Strefa ta jest sumą kątów obrotu wirnika selsyna nadawczego w obu kierunkach.

ϑ_wejP+ϑ_wejL=ϑ_n

ϑwej	[^o]	30	60	90	180	270	0
ϑwejP	[^o]	2.5	2.5	2.5	2	1.5	1.5
ϑwejL	[^o]	2	2.5	1	2	1.5	1.5
ϑn	[^o]	4.5	5	3.5	4	3	3

Strefa nieczułości wynosi 3^o-5^o. Występowanie tej strefy może być spowodowane niedokładnością urządzeń mechanicznych tzn. opory w łożyskach a także bezwładność urządzeń.

10. Wpływ korektorów.

Schemat układu korektora.

Parametry korektora mają duży wpływ na przebieg uchybu regulacji. Przy włączeniu RC₁C₂ wartość uchybu szybko się ustala. Po wyłączając kolejne części korektora zmieniają się jego parametry a co zatem idzie zwiększa się wartość uchybu i czas po którym ulegnie ustaleniu. Uchyb ten jednak przy włączonym korektorze ma po odpowiednio długim czasie wartość zero. Tej wartości uchybu nie można zapewnić bez korektora gdyż występują niegasnące oscylacje.

---