Исследование частотных свойств линейных динамических звеньев

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

	0,001	0,02	0,08	0,15	0,4	0,8	1	1,2	3	5	10	20
	6,28	125,6	502,4	942	2512	5024	6280	7536	18840	31400	62800	125600
	-10,35	-10,28	-9.54	-8	-4,65	-2,75	-2,24	-1,9	-0,803	-0,49	-0,248	-0,125
	-0,37	-7,4	-27,48	-43,2	-67	-79,2	-80,64	-82	-86,72	-88,2	-89,3	-89,99
	10
	10	9,9	8,87	7,14	3,53	1,86	1,49	1,25	0,5	0,3	0,151	0,075
	1	0,99	0,87	0,714	0,353	0,186	0,149	0,125	0,05	0,03	0,015	0,0075
	0	-0,09	-1,2	-2,93	-9	-14,6	-16,54	-18	-26	-30,5	-36,5	-42,5

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.