Модулятор длительности импульсов

МДИ преобразует медленноменяющийся сигнал в последовательность прямоугольных импульсов, скважность которых пропорциональна величине сигнала. Частота следования импульсов выбирается, исходя из анализа энергетических характеристик системы ИУ-Д» (для данной системы это 5000 Гц). На вход триггера подается управляющее напряжение, пилообразное напряжение и напряжение смещения.

Рис.13.Принципиальная электрическая                  Рис.14. Схема моделирования

                  схема МДИ          

  Напряжение смещения выбирается таким образом, чтобы при нулевом входном сигнале для системы с симметричным законом управления скважность составляла . В настоящее время в качестве пороговых элементов в МДИ используются специальные микросхемы - триггер Шмидта - микросхемы ТЛ, а для получения МДИ, имеющих большой коэффициент передачи в качестве пороговых элементов используют интегральные операционные усилители. Принципиальная схема такого МДИ представлена на рис. 13.

Генератор пилообразного напряжения F_пил (Saw-edged signal) генерирует сигнал пилообразной формы, частота которого выбирается исходя из анализа энергетических характеристик системы «импульсный усилитель – двигатель, который сравнивается с сигналом, поступающим с усилителя. Происходит преобразование медленно меняющегося сигнала в периодическую последовательность прямоугольных импульсов с широтно-импульсной модуляцией.

 

 

А)
В)

       Рис.15.Диаграммы напряжений МДИ. А - сигналы на входе МДИ, В - сигнал на выходе МДИ

Остальные элементы следящего привода собраны в соответствии со структурными схемами рис. 2 и 3.

 

Контрольное тестирование с целью проверки изученного теоретического материала, изложенного выше, а также соответствующих разделов лекционного курса, и допуска к выполнению лабораторной работы.

1. Откройте папку «Тесты к вирт. лаб. №1».

2. Запустите программу tester.exe. Пароль «718».

3. Ответьте на все поставленные вопросы.

4. В случае, если вы ответили более чем на 60% вопросов, то приступайте к выполнению работы.

5. Если количество правильных ответов было меньше 60%, то вновь изучите теорию и пройдите повторный курс тестирования.

    III. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ

Объектами исследования являются математические модели реверсивного электрического привода и его элементов, разработанных в среде MATLAB и Simulink. Для выполнения работы необходим, современный компьютер с установленными операционной системой Windows XP, MATLAB 6.5, программой «БАНКИР 7.5».

IV. ЗАДАНИЕ НА РАБОТУ

1. Изучить модель следящей системы, функциональное назначение и принципы работы отдельных элементов модели, их взаимодействие.

2. Исследовать динамические характеристики следящей системы: изучить влияние величины коэффициента усиления в прямой цепи, типа и характеристик сглаживающего фильтра на характер переходных процессов и частотные характеристики замкнутой системы.

 

V. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

I. Изучение принципов работы отдельных элементов модели и их взаимодействие. Все модели, используемые в работе, находятся в папке «work» пакета MATLAB, которые должны быть предварительно открыты.

Откройте файл «SKVT.mdl».

Запустить файл «SKVT.mdl».

Изучите полученные диаграммы.

Используя возможности программы «simulink» просмотрите все параметры и коэффициенты трансформации СКВТ – Д и СКВТ – П.

(Исходная частота напряжения возбуждения СКВТ взята нереальной для обеспечения лучшего понимания происходящего процесса.)

Измените типы СКВТ – Д и СКВТ – П по своему усмотрению, взяв их из таблицы 1 и занесите измененные параметры в модель SKVT.

Таблица 1. Технические данные ВТ серии 2,5БВТ

 

	Обозначение (тип) ВТ	Назначение ВТ	Напряжение возбуждения, В			Z01, Ом	К
			Номинальное	Рабочий диапазон
	2,5БВТ-Д	ВТДП-Д	12	0-12		200	0,56
		СКВТ
	2,5БВТ-П	ВТДП-П	12	0-27		800	1
	2,5БВТ-С	СКВТ	12	0-12		200	0,56
	2,5БВТ-Л	ЛВТ	12	0-12		200	0,52
	2,5БВТ-2	СКВТ	12	0-12		400	0,56
Диапазон рабочих частот напряжения возбуждения, Гц					380-21000

 

 Используя функцию PrintScreen и графический редактор Paint, сохраните полученные процессы.

Запустите файл «DM.mdl».

Изучите полученные диаграммы.

Используя возможности программы «simulink» просмотрите все параметры напряжений возбуждения (source) и рабочего (Sine wave).

(Исходная частоты напряжения взяты теми же, что и в схеме «SKVT.mdl»).

Измените  величины этих напряжений и частот в соответствии с проделанным в предыдущем пункте и занесите измененные параметры в модель «DM.mdl».

Используя функцию PrintScreen и графический редактор Paint, сохраните полученные процессы.

Запустите файл «Shim.mdl».

Проделайте те же операции, что и в предыдущих пунктах.

Запустите файл «model_sum.mdl».

Проследите последовательно все процессы преобразования сигналов в измерителе рассогласования (СКВТ – Д и СКВТ – П), демодуляторе и модуляторе длительности импульсов.

II. Исследование динамических характеристик следящей системы: изучить влияние величины коэффициента усиления в прямой цепи, типа и характеристик сглаживающего фильтра на характер переходных процессов и частотные характеристики замкнутой системы.

2. Изучение влияния коэффициента усиления по разомкнутому контуру (прямой цепи) на динамические характеристики следящей системы.

  Запустите файл «model. mdl».

2.3. Получите модель системы с последовательной коррекцией, установив ключи S1 и S2 в положение 1.

2.4. Установите ступенчатый входной сигнал 0.01В

2.5. Устанавливая коэффициент усиления Ку 30, 300, 3000, изучите характер переходных процессов на выходе системы.

2.6. Используя функцию PrintScreen и графический редактор Paint, сохраните полученные процессы.

2.7. Сделайте выводы об устойчивости и точности системы

2.8. Получите модель системы с параллельной коррекцией, установив ключи S1 и S2 в положение 2.

2.9. Устанавливая коэффициент усиления Ку 30, 300, 3000, изучите переходные процессы в системе.

2.10. Используя функцию PrintScreen  и графический редактор Paint, сохраните полученные процессы.

2.11. Сделате выводы об устойчивости системы.

3. Изучение влияния сглаживающего фильтра.

3.1. Ключи S1 и S2 в положение 1, Ку = 300

3.2. Установите ступенчатый входной сигнал 0.01В

3.3.  Для изменения типа фильтра, установите в блоке Filter значение параметра Type filter равным 1 или 2, который соответствуют фильтру Бесселя или апериодическому фильтру. Изучите характер переходных процессов на выходе системы для данных типов сглаживающего фильтра.

3.4. Сохраните полученные процессы и сделать выводы о характере влияния сглаживающего фильтра на работу системы.

4. Влияние частоты входного сигнала на динамические характеристики следящей системы.

4.1. Ключи S1 и S2 в положение 1, Ку = 300

4.2. Установите синусоидальный входной сигнал амплитудой 0.1 В и частотой 1 рад/c, изучите переходные процессы в системе.

     Проведите аналогичные действия для частот 5 и 10 рад/c

4.3. Сохранить полученные процессы и сделать выводы.

 

5. Используя линеаризованную модель (Linear model) оценить ЛАФЧХ системы.

(Tools→Linear analysis; Simulink→Get Linearized Model; Plot type→Bode)

 

    YI. УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА

    Отчет о работе должен содержать.

1. Блок-схемы привода.

2. Диаграммы напряжений во всех изученных элементах.

3. Переходные процессы и частотные характеристики системы.

4. Все необходимые выводы по работе.

 

    YII. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объяснить функциональное назначение и принцип работы элементов следящей системы?

2. Как осуществляется управление частотой вращения двигателя в

данной следящей системе?

3. Какой сигнал и почему используется для осуществления обрат

ной связи по скорости вращения вала двигателя?

4. Как влияет коэффициент усиления системы в прямой цепи на характер переходных процессов в системе?

5. Какие требования предъявляются к характеристикам сглаживающего фильтра?

6. Что произойдет с системой, если существенно увеличит коэффициент усиления в разомкнутом контуре?

6. На основе анализа каких характеристик привода определяется частота ШИМ выходного каскада усилителя мощности?

 

    YIII. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Электропривод летательных аппаратов. /Под ред. В.А. Полковникова. - Москва, Машиностроение, 1990 г.-352стр.

2. Следящие приводы. Том 2 / Под ред. Б.К. Чемоданова – Изд-во МГТУ, 2003г.-880 с.

3. Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие. - СПб.: КОРОНА принт, 2001. - 320 с., ил.

4. Проектирование следящих систем. /Под ред. Н.А. Лакоты. - Москва, Машиностроение, 1992 г.-352стр