Akademia Górniczo-Hutnicza
im. Stanisława Staszica
w Krakowie
Wydział Inżynierii
Mechanicznej i Robotyki
Metrologia - Laboratorium
Ćwiczenie numer 7,8
Temat: Własności dynamiczne przetworników 1-go i 2-go rzędu.
Wykonali:
Folwarski Michał
Gąska Marcin
Kruk Marcin
Murzańska Alicja
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia było przeprowadzenie pomiaru właściwości dynamicznych przetworników pierwszego i drugiego rzędu, wykreślenie odpowiedzi na skok jednostkowy oraz wykreślenia charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych i fazowo-częstotliwościowych.
2. Badanie rzeczywistego elementu inercyjnego 1-go rzędu.
Schemat układu pomiarowego:
Oscyloskop: Goldstar DIGITAL STORAGE OS-3040
Generator: METEX UNIVERSAL SYSTEM MS-9150
badanie odpowiedzi na skok jednostkowy.
Zadany sygnał wejściowy: f=97Hz, A=6V,
Wzmocnienie k=1
Rezystancja rezystora 
Pojemność kondensatora: 50
Wyznaczenie analityczne odpowiedzi na wyjściu:
W dziedzinie Laplace`a:
przechodząc do dziedziny czasu otrzymujemy:
- wartość obliczona wynośi: 110
dla 
- wartość odczytana z oscyloskopu: 50
dla 
Rozbieżność jest efektem żle skalibrowanej podstawy czasu.
Wraz ze zwiększaniem pojemności kondensatora oraz ze zwiększaniem rezystancji rezystora zwiększa się stała czasowa T badanego układu.
b) Wyznaczenie charakterystyki amplitudowo-częstotliwosciowej:
Przy wyznaczaniu charakterystyki amplitudowo-częstotliowściowej podawaliśmy na wejście sygnał sinusoidalny o amplitudzie 6[V]. Zwiększaliśmy przy tym częstotliwość sygnału wejściowego, badając zachowanie wyjścia w stosunku do wejścia.
Częstotliwość graniczna badanego układu wyniosła ok. 250[Hz].
Tabela pomiarowa:
U2 |
k |
f |
[V] |
[dB] |
[Hz] |
6 |
0 |
1 |
6 |
0 |
250 |
5.3 |
-1.07751 |
500 |
4.56 |
-2.38373 |
770 |
3.92 |
-3.6973 |
950 |
3.44 |
-4.83186 |
1130 |
2.56 |
-7.39823 |
1450 |
1.44 |
-12.3958 |
2120 |
1 |
-15.563 |
20000 |
c)wyznaczenie charakterystyki fazowo-częstotliwościowej
Przy wyznaczaniu charakterystyki fazowo-częstotliwościowej doprowadzaliśmy do układu sygnał wejściowy sinusoidalny o amplitudzie 6[V]. Badaliśmy jak zmienia się przesunięcie fazowe wyjścia w stosunku do wejścia w funkcji częstotliwości sygnału wejściowego.
Tabela pomiarowa:
kąt przs. |
f |
[ 0] |
[Hz] |
0 |
1 |
0 |
46 |
-27.49 |
1800 |
-56.44 |
7400 |
-70.81 |
12000 |
-90 |
21000 |
2. Badanie rzeczywistego elementu inercyjnego 2-go rzędu.
Schemat układu pomiarowego:
Rezystancja rezystora: 510
Pojemność kondensatora: 100
Indukcyjność cewki: 227
a) Badanie odpowiedzi układu na wejście w postaci skoku jednostkowego.
Wyznaczenie analityczne odpowiedzi na wyjściu:
W dziedzinie Laplace`a:
Wyznaczamy odpowiedz na skok jednostkowy o amplitudzie A = 6[V]
gdzie: 
przebieg napięcia na oscylacyjnym członie inercyjnym drugiego rzędu:
Wartości odczytane z obrazu na oscyloskopie:
Czas odpowiedzi tu=3,5[ms]
Wartość ustalona odpowiedzi Y(tu)=14[V]
Przelot 
Ym=8[V]
Wraz ze wzrostem pojemności kondensatora można zauważyć, skrócenie okresu oscylacji. Ze wzrostem rezystancji rezystora w układzie zwiększa się tłumienie i wartość wyjściowa szybciej zdąża do uzyskania wartości ustalonej
Wyznaczenie charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej.
W układach oscylacyjnych występuje zjawisko rezonansu, które powstaje gdyż energia elektryczna jest przekazywana pomiędzy dwoma członami magazynującymi ją w różnej
postaci: pojemności i indukcyjności. Podczas zjawiska rezonansu wartość wielkości wyjściowej jest większa od wielkości wejściowej mimo iż początkowe wzmocnienie wynosiło 1.
Tabela pomiarowa:
U2 |
k |
f |
[V] |
[dB] |
[Hz] |
9 |
2,182889 |
398 |
10 |
3,098039 |
605 |
15 |
6,619864 |
851 |
17 |
7,707018 |
978 |
15 |
6,618964 |
1109 |
10 |
3,098039 |
1272 |
7 |
0 |
1456 |
5 |
-2,92256 |
1596 |
2 |
-10,8814 |
2063 |
c)wyznaczenie charakterystyki fazowo-częstotliwościowej
Tabela pomiarowa:
kat przes |
f |
[0] |
[Hz] |
0 |
100 |
0 |
425 |
-38.68 |
5780 |
-90 |
6200 |
-123,75 |
6480 |
-149 |
7080 |
-180 |
18000 |
Nietypowy kształt charakterystyki fazowo-częstotliwościowej może być spowodowany małą stabilnością układu podczas pracy w okolicy częstotliwości rezonansowej.
właściwości dynamicznych przetworników pierwszego i drugiego rzędu, wykreślenie odpowiedzi na skok jednostkowy oraz wykreślenia charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych i fazowo-częstotliwościowych.
Na zajęciach mielimy okazję zaobserwować jak w rzeczywistości wygląda odpowiedź na skok jednostkowy dla przetworników pierwszego i drugiego rzędu. Po wykonaniu pomiarów byliśmy w stanie wykreślić charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowe i fazowo-częstotliwościowe. Odbiegały one nieznacznie od idealnych ,ale w rzeczywistym układzie może mieć na to wpływ wiele czynników, które się składają na błędy ,np. takich jak błąd odczytu, oraz rozkalibrowanie oscyloskopu. Badając układy elektryczne mogliśmy się przekonać, ze odwzorowują one doskonale inne układy inercyjne pierwszego i drugiego rzędu stosowane np. w automatyce czy mechanice.
Wyszukiwarka