Лабораторная работа № 3 исследование элементов структуры системы стабилизации положения магнитного тела
Целью работы являются
Изучение элементов системы стабилизации положения магнитного тела.
Экспериментальное определение статических и динамических характеристик фотоэлектрического датчика положения и усилителя постоянно-
го тока УПТ.
Общие указания
На рис. 3.1 представлена структурная схема системы стабилизации ферромагнитного телаФМТ.
Приведенная структурная схема включает следующие элементы ОУ - объект управления, объединяющий тяговый электромагнит ЭМ и ФМТ в их взаимодействии; ОЭМ - обмотка электромагнита, преобразующая напряжение управления в ток электромагнита, создающий тяговое усилие FЭМ и являющийся внутренней координатой ОУ; УПТ - усилитель постоянного тока, обеспечивающий необходимый коэффициент усиления по напряжению и мощности; ДОС - датчик обратной связи по положению ФМТ; ПК - последовательная корректирующая цепь, обеспечивающая устойчивость системы стабилизации положения ФМТ.
Левитацию (свободное парение тел), получаемую за счет сил, возникающих в магнитном поле, называют магнитным подвесом. Принцип действия магнитного подвеса (МП) основан на преобразовании энергии электрического тока в механическую энергию магнитного поля. Магнитное поле обладает энергией, за счет которой оно может действовать на ФМТ. Именно такой магнитный подвес является объектом управления (ОУ) в данной лабораторной установке. Сложность процессов, происходящих в ОУ, не позволяет организовать в рамках лабораторной работы исследование его статических и динамических характеристик с целью получения математической модели. Теоретически эти вопросы будут рассмотрены в ходе проведения на данном макете исследования системы стабилизации положения ФМТ в рамках курса «Электромеханические системы».
В качестве датчика положения ФМТ в данной установке используется датчик ФД-К-142. Он представляет собой чувствительный элемент, составленный из матрицы фотодиодов (рис. 3.2). Датчик освещается лампой накаливания HL1 (28 В, 4.8 Вт). Датчик обратной связи состоит из собственно датчика (ФД-К-142) и операционного усилителя. ДОС в рабочем диапазоне представляет собой безынерционное звено, коэффициент передачи которого (kДОС) необходимо определить в процессе проведения лабораторной работы. Сигнал, снимаемый с ДОС, сравнивается с задающим напряжением, в результате чего вырабатывается сигнал рассогласования. Для формирования воздействия на ОУ в схеме используется УПТ, обеспечивающий усиление сигналаU до необходимого уровня по напряжению и мощности. Нагрузкой УПТ служит обмотка ЭМ. Максимальный ток ЭМ (ток, необходимый для обеспечения нужного тягового усилия при отрыве ФМТ от опоры) равен 2.3 А. Диапазон изменения значений коэффициента усиления УПТ лежит в пределах 5…190. Усилитель установки характеризуется передаточной функцией инерционного звена первого порядка
.
В ходе проведения лабораторной работы ставится задача определения постоянной времени УПТ ТУ и снятия его статических характеристик UЭМ=UУ=f(UВХ) при заданных значениях kУ (50; 60; 80; 90; 100). Необходимо также проверить точность оцифровки потенциометра, устанавливающего задаваемый kУ.
Порядок выполнения работы
Ознакомиться с лабораторной установкой, с расположением и назначением органов управления на лицевой панели макета и средствами отображения информации.
Для снятия статической характеристики датчика обратной связи подключить выход цифрового вольтметра к выходным клеммам датчика, как показано на рис. 3.3.
Включить тумблер «СЕТЬ». Пододвинуть шторку 1 (рис. 3.3) к начальному делению линейки 2 (h=0 мм) и снять показания вольтметра.
Передвинуть шторку вверх на 1 мм, снять новые показания вольтметра и т.д., дойдя до конечного значения линейки h=20 мм. Выключить тумблер "СЕТЬ".
По полученным данным построить график зависимости UДОС=f(h).
Используя полученную характеристику, определить коэффициент передачи ДОС: . Коэффициент передачи ДОС имеет размерность вольт на сантиметр.
Подключить генератор звуковых частот (ГЗЧ) на вход УПТ, а осциллограф на его выход. Включить тумблер "СЕТЬ" и используемые приборы (ГЗЧ и осциллограф).
Установить kУ=100. Подать с ГЗЧ на вход УПТ синусоидальный сигнал частоты f=20 Гц. Регулятором выходного напряжения генератора установить амплитуду синусоидального сигнала на выходе УПТ, равную 25…30 В. Плавно увеличивая частоту входного сигнала, зафиксировать значение частоты сигнала генератора f*, при котором амплитуда выходного сигнала уменьшиться в 1.4 раза. Выключить приборы и сеть.
Рассчитать постоянную времени УПТ: .
Подключить на выход УПТ цифровой вольтметр, а на его вход подать управляющее напряжение от клеммы g. Регулятор управляющего напряжения поставить в положение "0". Включить тумблер "СЕТЬ".
Установить на входе УПТ напряжение UВХ в пределах 0.2…0.4 В. Перемещая потенциометр регулирования значения kУ в положения, отмеченные цифрами, фиксировать в каждом из этих положений величину выходного напряжения UЭМ. Выключить тумблер "СЕТЬ".
Подсчитать в каждом из фиксированных положений значения и сравнить их со значениями, указанными на шкале потенциометра коэффициента усиления.
Установить заданное значение kУ. Включить тумблер "СЕТЬ". Схема соединений осталась такой же, как в п. 10.
Изменяя UВХ ( в пределах 0.1…0.6 В), и фиксируя значения выходного напряжения УПТ UЭМ, снять таким же образом статическую характеристику усилителя UЭМ=f(UВХ). Выключить установку.
Оформление результатов работы
Результаты выполнения работы должны быть оформлены в виде отчета,
в котором представляются:
Принципиальная схема проведения экспериментов исследования элементов ДОС и УПТ.
Таблицы результатов эксперимента UДОС=f(h); UЭМ=f(kУ) при UВХ=const; UЭМ=f(UВХ) при kУ=const.
Графическое представление результатов эксперимента по п. 2.
Необходимые расчеты kДОС, TУ, kУ по проверке цифровой шкалы
коэффициента усиления УПТ.
Выводы по работе, в том числе по оценке степени линейности статической характеристики ДОС и УПТ.
- Лабораторная работа № 1
- Исследование характеристик и определение
- Параметров электродвигателя постоянного тока
- С независимым возбуждением
- Лабораторная работа № 2
- Изучение элементов двухконтурной системы
- Подчиненного регулирования скорости вращения
- Двигателя постоянного тока
- Лабораторная работа № 3 исследование элементов структуры системы стабилизации положения магнитного тела
- Лабораторная работа №4 исследование механического объекта управления ("вертолет")
- Общие указания
- Порядок выполнения работы
- Оформление результатов работы
- Лабораторная работа № 5 исследование характеристик двухфазного асинхронного электродвигателя
- Порядок выполнения работы
- Исследование характеристик двухфазного асинхронного электродвигателя
- Оформление результатов работы
- 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5