Организация лабораторных занятий

ОРГАНИЗАЦИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

1.1. Цели лабораторных занятий

Лабораторные занятия являются одной из важных форм обучения и воспитания. Они создают условия для практического приложения диалектической методологии при изучении задач инженерного анализа и синтеза автоматических и автоматизированных систем управления и контроля.

Лабораторные работы играют важную роль в формировании у обучаемых творческого подхода к познанию закономерностей и принципов построения САУ, методов их исследования на основе теоретического материала и практической деятельности. Им принадлежит важное место в развитии таких профессиональных качеств, как самостоятельность, инициатива и высокая степень личной ответственности за качество выполняемой работы.

Целями лабораторных занятий являются:

1. Практическое освоение обучаемыми научно-теоретических положений теории автоматического управления.

2. Овладение техникой экспериментальных исследований САУ и анализа полученных результатов.

3. Привитие навыков работы с лабораторным оборудованием, контрольно-измерительными приборами и вычислительной техникой.

Основным содержанием лабораторных работ, обеспечивающим достижение поставленных целей, является исследование влияния параметров САУ и ее элементов на динамические свойства системы и характеристики, моделирование процессов функционирования на вычислительной технике.

1.2. Методические указания

по подготовке и организации лабораторных занятий

Успешное достижение поставленных целей занятий определяется качеством подготовки к занятию и организацией проведения.

Обучаемые готовятся к выполнению лабораторных работ заблаговременно в часы, отводимые на самостоятельную подготовку. Степень подготовленности к работе определяется:

1) оценкой знания теоретического материала по теме занятия и программе выполнения исследований, которая осуществляется ЭВТ и устным опросом;

2) готовностью бланка отчета в объеме, предусмотренном руководством к лабораторной работе и выполненным в тетради с конспектом по дисциплине.

Обучаемые, получившие положительные оценки по знаниям и правильно подготовившие бланки отчета, допускаются к выполнению лабораторной работы.

Основной частью лабораторного занятия является самостоятельная работа обучаемых по выполнению запланированных исследо­ваний. Этап самостоятельной работы играет решающую роль в достижении учебных и воспитательных целей занятия.

Качество выполнения работы оценивается:

- соответствием экспериментальных данных теоретическим закономерностям с учетом точности измерений и качества проведения исследований;

- степенью понимания физических процессов, протекающих в исследуемой системе при проведении эксперимента;

- соответствием и глубиной обобщения и выводовпо полученным результатам;

- соответствием оформления отчета требованиям ГОСТов.

По завершении исследований заканчивается оформление отчета, проводится анализ результатов, делаются выводы и отчет представляется к защите.

Требования к отчету о лабораторной работе

Отчет должен содержать исчерпывающую информацию о результатах всех экспериментов, а также другие необходимые данные, подтверждающие сделанные выводы и работу. Отчет оформляется в соответствии с требованиями ГОСТов каждым обучаемым в рабочей тетради согласно образцу формы отчета.

Отчет о лабораторной работе

1. Тема работы ____________________________________

2. Цель работы (указывается конкретно цель данной работы).

3. Алгоритм исследования (приводится последовательность выполнения экспериментальных исследований и особенностиих технической реализации).

4. Технические средства проведения исследований:

1) структурная схема лабораторной установки или схема соединений;

2) тип, основные технические данные, класс точности, диапазоны измерений, объем памяти.

1. Результаты исследований в таблицах и графиках, расчетные формулы и результаты расчетов.

6. Выводы по работе (указываются конкретные закономерности, зависимости, установленные в результате эксперимента,ихсоотношение с теоретическими закономерностями).

«_____»____________200 г. ______________А.Петров

1.4. Меры безопасности

при эксплуатации электроустановок

К работе на электроустановках допускаются обучаемые, знающие правила эксплуатации, программу исследований, меры безопасно­сти и проинструктированные перед началом работ с росписью в журнале инструктажа.

Все работы по сборке, настройке и разборке схем, отыскании неисправностей, ремонту производить только при снятом напряжении.

При работе на лабораторных установках запрещается;

1) работать на неисправных и незаземленных электроустановках; при появлении признаков неисправности (запах горелой изоляции, чрезмерный нагрев, дым) необходимо немедленно отключить питание установки и доложить преподавателю;

2) касаться токоведущих частей, клемм электроустановок;

3)вскрывать и ремонтировать находящиеся под напряжением приборы и установки.

Во время выполнения работы необходимо:

1) поддерживать порядок на рабочем месте, быть внимательный и сосредоточенным;

2) выполнять работу в полном объеме в соответствии с функциональными обязанностями в расчете.

После окончания исследование провести заключительные операции.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ТИПОВЫХ ЗВЕНЬЕВ САУ

ПО ВРЕМЕННЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

Цель работы

1. Закрепить теоретические знания по теме путем экспериментального исследования временных характеристик типовых звеньев.

2. Сформировать практические навыки оценки динамических свойств типовых звеньев по их временным характеристикам.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать схему исследования переходных характеристик звеньев в среде Simulink как показано на рис. 1.2.

2. Исследовать влияние параметра k усилительного звена на его усилительные свойства, для чего передаточные функции исследуемых звеньев сделать равными . Получить переходные характеристики. Сформулировать выводы.

Рис. 1.2. Схема исследования переходных характеристик звеньев

3. Исследовать влияние постоянного времени Т интегрирующее звено на его быстродействие, для чего передаточные функции исследуемых звеньев сделать равными Получить переходные характеристики. Сделать выводы.

4. Исследовать влияние постоянного времени Т апериодического звена, на его быстродействие, для чего передаточные функции исследуемых звеньев сделать равными ; Получить переходные характеристики. Определить время регулирования для каждого звена. Построить зависимость времени регулирования от постоянной времени звена Сделать выводы.

5. Исследовать колебательное звено:

а) Для исследования влияния постоянной времени на качество переходной характеристики при с коэффициентом затухания , значения переходных функций сделать равными: Получить переходные характеристики, по которым определить время регулирования и величины перерегулирования. Построить графики зависимости времени регулирования и величины перерегулирования от величины постоянной времени колебательного звена . Сделать выводы.

б) Для исследования влияния коэффициента затухания колебательного звена на качество переходной характеристики задать значения при Значения передаточных функций будут равны:

Получить переходные характеристики, по которым определить время регулирования и величины перерегулирования для трех значений коэффициента затухания. Построить графики зависимости времени регулирования и величины перерегулирования от величины коэффициента затухания Сделать выводы.

6. С помощью встроенных функций МАТLAB вычислить для звена с передаточной функцией , нули и полюса передаточной функции, переходную характеристику. Для этого необходимо набрать следующий алгоритм.

Зафиксировать в отчете о ЛР результат. Сделать выводы.

7. Вычислить значения полюсов для передаточных функций по пункту 5б. Сделать выводы.

Содержание отчета

1. Тема, цель работы, схема исследования.

2. Графики переходных характеристик усилительного звена при трех значениях коэффициента усиления.

3. Графики переходных характеристик интегрирующего звена при трех значениях постоянной времени.

4. Графики переходных характеристик апериодического звена при трех значениях постоянной времени, график зависимости

5. Графики переходных характеристик колебательного звена при трех значениях постоянной времени, график зависимости

6. Графики переходных характеристик колебательного звена при трех значениях коэффициента затухания, графики зависимости

7. График расположения нулей и полюсов передаточной функции на комплексной плоскости, переходную характеристику звена по п. 6.

8. Выводы по каждому пункту исследования.

Контрольные вопросы

1. Тема, цель работы, схема исследования.

2. В чем состоит физический смысл переходной характеристики?

3. Как можно получить переходную характеристику?

4. Какие характерные точки имеются на "переходной характеристике интегрирующего звена?

5. Какие характерные точки имеются на переходной характеристике апериодического звена?

6. Как по известной переходной функции (или характеристике) определить импульсную переходную характеристику?

7. При каких условиях свойства апериодического звена приближаются к свойствам усилительного звена?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ТИПОВЫХ ЗВЕНЬЕВ САУ

ПО ЧАСТОТНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

Цель работы

1. Закрепить теоретические знания по теме путем экспериментального исследования параметров звеньев на динамические свойства.

2. Сформировать практические навыки оценки динамических свойств типовых звеньев по их частотным характеристикам.

Лабораторная работа №3

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК И ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ЛИНЕЙНОЙ САУ

Цель работы

1. Закрепить теоретические знания по теме путем экспериментального исследования влияния параметров САУ на устойчивость.

2. Сформировать практические навыки оценки устойчивости САУ по их динамическим характеристикам.

Содержание отчета

1. Тема, цель работы, схема исследования.

2. Аналитический расчет граничного значения коэффициента усиления .

3. Графики переходного процесса для трех значений коэффициента усиления.

4. График расположения полюсов передаточной функции разомкнутой системы.

5. График расположения полюсов передаточной функции замкнутой системы для трех значений коэффициента усиления.

6. Годографы Найквиста для трех значений коэффициента усиления. Значения запасов устойчивости по фазе и амплитуде.

Лабораторная работа №4

В УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМАХ

Цель работы

1. Закрепить теоретические знания по теме путем экспериментального исследования статических и астатических систем.

2. Сформировать практические навыки исследования влияния параметров и структуры системы на ее точность.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.
Собрать схему исследования точности функционирования системы в среде SimuLink, в соответствии с рис. 4.1. По данной схеме аналитически определить выражения для установившейся ошибки по входному сигналу и по возмущению.

Рис. 4.1. Схема исследования точности функционирования САУ.

2. Исследовать влияние амплитуды входного сигнала на величину установившейся ошибки. Задав значения коэффициентов k₁=2, k₂=5, k₄=0, изменяя значения k₃ (1; 2; 4), определить значения установившейся ошибки. Занести в отчет графики трех переходных процессов, построить зависимость f(х_o ).

Сформулировать выводы.

3. Исследовать влияние сигнала помехи на величину установившейся ошибки, для чего задать значения коэффициентов k₁=2, k₂=5, k₃=0 изменяя значения коэффициента k₄ (0.3; 0.6; 0.9) получить переходные процессы , занести их в отчет, определить установившиеся ошибки, построить зависимость f(k₄ ).

Сформулировать выводы.

4. Исследовать влияние величины коэффициента передачи системы на установившуюся ошибку. Задав значения коэффициентов k₂=5, k₃=1, k₄=0, изменяя значения k₁ (2; 4; 6) определить значение установившейся ошибки. Занести в отчет графики трех переходных процессов, построить зависимость f(k₂ ).

Сформулировать выводы.

5. Исследовать влияние величины коэффициента k₂ на установившуюся ошибку для чего задать значения коэффициентов k₁ = 2, k₃ = 1, k₄ = 0.3, изменяя значения коэффициента k₂ (5, 10, 20) получить переходные процессы и определить значения установившихся ошибок. Построить зависимость f(k₂ ).

Сформулировать выводы.

6. Исследовать влияние порядка астатизма системы на величину установившейся ошибки, для чего первое апериодическое звено заменить на интегрирующее с передаточной функцией К(s)= . Подать на вход системы ступенчатый сигнал, определить величину установившейся ошибки, при k₁ = 2, k₂ =5, k₃ = 1, k₄ = 0, затем подать на вход линейно-нарастающий сигнал x(t)=0,1t и определить значение ошибки. Занести в отчет графики переходных процессов.

Сформулировать выводы.

Содержание отчета

1. Тема, цель работы, схема исследования.

2. Графики переходных процессов для трех значений k₃ , графики зависимости и f(k₃).

3. Графики переходных процессов для трех значений k₁ , график зависимости f(k₁ ·k_2.).

4. Графики переходных процессов для трех значений k₄ , график зависимости f(k_4.).

5. Графики переходных процессов для трех значений k₂ , график зависимости f(k_2.).

6. Графики переходных процессов для системы с первым порядком астатизма при ступенчатом и линейно-нарастающим входным сигналом.

7. Выводы по методам повышения точности систем.

Контрольные вопросы

1. Дать формулировку правила определения порядка астатизма САУ по структурной схеме САУ.

2. Получить аналитическое выражение для определения величины установившейся ошибки.

3. Что понимается под ошибкой САУ и чем она отличается от погрешности?

4. Какие методы повышения точности САУ исследуются в работе?

5. Указать характер и пояснить физический смысл влияния параметров системы на величину установившейся ошибки.

6. Указать цель, задачи и порядок исследований данной лабораторной работы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ИССЛЕДОВАНИЕ

Цель работы

1. Закрепить теоретические знания по теме путем экспериментальных исследований САУ методом пространства состояний.

2. Совершенствовать практические навыки анализа САУ и работы на современной ЭВТ.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ

ДИСКРЕТНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Цель работы

1. Закрепить теоретические знания по теме путем экспериментальной оценки влияния параметров системы на устойчивость дискретных САУ.

2. Совершенствовать практические навыки анализа САУ и работы на современной ЭВТ.

Лабораторная работа №7

ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ДИСКРЕТНОЙ СИСТЕМЫ

АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Цель работы

1. Закрепить теоретические знания по теме путем экспериментальной оценки влияния внешних воздействий, параметров и структуры системы на ее показатели качества функционирования.

2. Совершенствовать практические навыки исследования САУ и работы на современной ЭВТ.

Лабораторная работа №8

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ

СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Цель работы

1. Закрепить теоретические знания по теме путем экспериментального исследования типовых нелинейностей систем и оценки динамических свойств нелинейных систем.

2. Совершенствовать практические навыки анализа САУ и работы на современной ЭВТ.

ОРГАНИЗАЦИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

1.1. Цели лабораторных занятий

Лабораторные занятия являются одной из важных форм обучения и воспитания. Они создают условия для практического приложения диалектической методологии при изучении задач инженерного анализа и синтеза автоматических и автоматизированных систем управления и контроля.

Лабораторные работы играют важную роль в формировании у обучаемых творческого подхода к познанию закономерностей и принципов построения САУ, методов их исследования на основе теоретического материала и практической деятельности. Им принадлежит важное место в развитии таких профессиональных качеств, как самостоятельность, инициатива и высокая степень личной ответственности за качество выполняемой работы.

Целями лабораторных занятий являются:

1. Практическое освоение обучаемыми научно-теоретических положений теории автоматического управления.

2. Овладение техникой экспериментальных исследований САУ и анализа полученных результатов.

3. Привитие навыков работы с лабораторным оборудованием, контрольно-измерительными приборами и вычислительной техникой.

Основным содержанием лабораторных работ, обеспечивающим достижение поставленных целей, является исследование влияния параметров САУ и ее элементов на динамические свойства системы и характеристики, моделирование процессов функционирования на вычислительной технике.

1.2. Методические указания

по подготовке и организации лабораторных занятий

Успешное достижение поставленных целей занятий определяется качеством подготовки к занятию и организацией проведения.

Обучаемые готовятся к выполнению лабораторных работ заблаговременно в часы, отводимые на самостоятельную подготовку. Степень подготовленности к работе определяется:

1) оценкой знания теоретического материала по теме занятия и программе выполнения исследований, которая осуществляется ЭВТ и устным опросом;

2) готовностью бланка отчета в объеме, предусмотренном руководством к лабораторной работе и выполненным в тетради с конспектом по дисциплине.

Обучаемые, получившие положительные оценки по знаниям и правильно подготовившие бланки отчета, допускаются к выполнению лабораторной работы.

Основной частью лабораторного занятия является самостоятельная работа обучаемых по выполнению запланированных исследо­ваний. Этап самостоятельной работы играет решающую роль в достижении учебных и воспитательных целей занятия.

Качество выполнения работы оценивается:

- соответствием экспериментальных данных теоретическим закономерностям с учетом точности измерений и качества проведения исследований;

- степенью понимания физических процессов, протекающих в исследуемой системе при проведении эксперимента;

- соответствием и глубиной обобщения и выводовпо полученным результатам;

- соответствием оформления отчета требованиям ГОСТов.

По завершении исследований заканчивается оформление отчета, проводится анализ результатов, делаются выводы и отчет представляется к защите.

Требования к отчету о лабораторной работе

Отчет должен содержать исчерпывающую информацию о результатах всех экспериментов, а также другие необходимые данные, подтверждающие сделанные выводы и работу. Отчет оформляется в соответствии с требованиями ГОСТов каждым обучаемым в рабочей тетради согласно образцу формы отчета.

Отчет о лабораторной работе

1. Тема работы ____________________________________

2. Цель работы (указывается конкретно цель данной работы).

3. Алгоритм исследования (приводится последовательность выполнения экспериментальных исследований и особенностиих технической реализации).

4. Технические средства проведения исследований:

1) структурная схема лабораторной установки или схема соединений;

2) тип, основные технические данные, класс точности, диапазоны измерений, объем памяти.

1. Результаты исследований в таблицах и графиках, расчетные формулы и результаты расчетов.

6. Выводы по работе (указываются конкретные закономерности, зависимости, установленные в результате эксперимента,ихсоотношение с теоретическими закономерностями).

«_____»____________200 г. ______________А.Петров

1.4. Меры безопасности

при эксплуатации электроустановок

К работе на электроустановках допускаются обучаемые, знающие правила эксплуатации, программу исследований, меры безопасно­сти и проинструктированные перед началом работ с росписью в журнале инструктажа.

Все работы по сборке, настройке и разборке схем, отыскании неисправностей, ремонту производить только при снятом напряжении.

При работе на лабораторных установках запрещается;

1) работать на неисправных и незаземленных электроустановках; при появлении признаков неисправности (запах горелой изоляции, чрезмерный нагрев, дым) необходимо немедленно отключить питание установки и доложить преподавателю;

2) касаться токоведущих частей, клемм электроустановок;

3)вскрывать и ремонтировать находящиеся под напряжением приборы и установки.

Во время выполнения работы необходимо:

1) поддерживать порядок на рабочем месте, быть внимательный и сосредоточенным;

2) выполнять работу в полном объеме в соответствии с функциональными обязанностями в расчете.

После окончания исследование провести заключительные операции.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ТИПОВЫХ ЗВЕНЬЕВ САУ

ПО ВРЕМЕННЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

Цель работы

1. Закрепить теоретические знания по теме путем экспериментального исследования временных характеристик типовых звеньев.

2. Сформировать практические навыки оценки динамических свойств типовых звеньев по их временным характеристикам.