Исследование частотных свойств линейных динамических звеньев

6

Министерство образования и науки Украины

Донбасская Государственная Машиностроительная Академия

Кафедра АПП

Лабораторная работа

по дисциплине

"Теория автоматического управления"

Выполнил

Проверил

Краматорск

Тема: Исследование частотных свойств линейных динамических звеньев

Исследуем апериодическое звено I-го порядка. Передаточная функция звена:

, где с

Теоретический расчет

1) Определение частотных характеристик звена.

Определяем активную и реактивную составляющие:

Зависимость амплитуды от частоты имеет вид

Зависимость угла сдвига фаз от частоты имеет вид

Построим графики АЧХ (рис.1), ФЧХ (рис.2) и АФЧХ (рис.3) звена.

Рисунок 1 - амплитудно-частотная характеристика апериодического звена I-го порядка

Рисунок 2 - фазо-частотная характеристика апериодического звена I-го порядка.

Рисунок 3 - амплитудно-фазовая характеристика апериодического звена I-го порядка.

2) Построим логарифмические частотные характеристики апериодического звена I-го порядка.

Определяем коэффициент усиления звена: K = 1

Кол-во чистых на низких частотах наклон = 0

Определяем сопрягающие частоты:

По полученным результатам строим ЛАЧХ и ЛФЧХ звена (рис.4).

Рисунок 4 - логарифмические частотные характеристики апериодического звена I-го порядка

Практический расчет

Определим характеристики и экспериментальным путем.

Для этого используем измерительный стенд (рис.5).

На вход исследуемого звена подадим синусоидальный сигнал.

Модуль вектора равен отношению амплитуд выходного и входного сигналов.

Фазовую характеристику получаем путем измерения фазового сдвига между входным и выходным сигналами.

Рисунок 5 - принципиальная схема апериодического звена I-го порядка

Подавая на вход звена синусоидальное напряжение амплитудой 10В и изменяя частоту этого напряжения от 1Гц до 20кГц, производим замеры амплитуды выходного сигнала и величины фазового сдвига.

Для вычисления величины фазового сдвига воспользуемся формулой

,

где - частота входного сигнала; - сдвиг фаз во времени;

Результаты измерения заносим в таблицу Таблицу 1.

Таблица 1 - Результаты измерений

Отобразим на одном графике частотные характеристики, полученные расчетным и опытным способами.

Внешний вид амплитудно-частотной характеристики указан на Рис.6, фазо-частотной характеристики - на рис.7, логарифмических частотных характеристик - на рис.8.

Рисунок 6 - амплитудно-частотные характеристики, полученные расчетным способом (красн) и на практике (син).

Рисунок 7 - фазо-частотные характеристики, полученные расчетным способом (красн) и на практике (син)

Рисунок 8 - логарифмические частотные характеристики, полученные расчетным способом (красн) и на практике (син).

Вывод: исследовали частотные свойства апериодического звена I-го порядка. Рассчитали его частотные характеристики теоретически и на практике.