Бесекерский, страница 5

Если липам ика какого-либо звена системы описывается липейиым уравнением с запазлывающим аргументом (т. с. звено обладает чисж> врсмсцпым запазлыванием пли временной залержкой т перелачи сигнала (рис. 1.9)), то система называется линейной системои с запаэдынаиием. Динамика лииейиых импульсиых систем описывается лппсйпымп ревностными уравнениями. Нели>>ейной системой называется такая система, в которой хотя бы в олпом звсцс нарушается линейность статической характеристики или же имеет место любое лругос паруп>сп»с линейности уравнений динамики звена (произвслсиие псремсипых илп их произволпых, корень, квадрат пли болсс высокая степень переменной, любая другая пслппсйиая связь переменных и пх цропзволцых).

Слсловательпо, к цслипсйным системам относятся, в частности, все системы, в звеньях которых имеются статические характсрпстики любого из многих видов, показанных ца рис. 1.6, и-е. К цим же относятся и все релсйпые характеристики (рис. 1.8). Нелинейными могут быть, разумеется, также и системы с переменными параметрами, с распределенными параметрами, с запаздыванием, импульсные и цифровыее системы, если в них гдс-либо нарушается ли иейпость уравнений динамики. При исслсловаиии, расчете и сиптсзе автоматических систем нужно иметь в виду, что цаиболес полно разработаиы теория и различные прикладные методы лля обыкновенных линейных и лппсйиых лискрстиых систем.

Поэтому в иптсрссах простоты расчета всегла желательно (там, гле это допустимо) свопить задачу к такой форме, чтобы максимально использовать мстоль> исслсловация таких систем. Обычно уравнения лина- мики всех звеньев системы старак>тся привести к обыкповецпым лицсйцым, и только лля некоторых звепьсв, 18 Общие сведения о системах автоматического управления глс это недопустимо илн где специально вволится особое линейное или нелинейное звено, учитываются зти особые их свойства.

Тогда при наличии одного такого звена система прн расчете разбивается на два блока (рис. 1,10), в одном из которых объелипяется весь комплекс обыкновенных линейных звеньев. Однако зто вовсе не значит, что при проектировании новых автоматических систем нужно стрем иться к обыкновенным линейным системам. Наоборот, уже из приведенных вьппс определений совершенно очевидно, что обыкновенпыс линейные системы обладают ограпиченпымн возможностями, Введение особых линейных и нелинейных звеньев может припать спстеме лучшие качества, Особенно богатыми возможностями облалают системы со специалыш вводимыми нелинсйностями и дискретныс системы, в том числе с цифровыми вычислительными устройствами, а также адаптивные системы. 9 1.3.

Примеры непрерывных автоматических систем Одна из псрвых в истории техники автоматических систем была изобретена И. И. Нолзуновым в 1765 г. Это был автоматический регулятор уровня воды в котле его паровой машины (рнс. 1.11). Измерительное устройство (поплавок), излтеряюптсе управляемую величину (высоту уровня воды в котле), непосредственно перемешает управляющий орган (клапан питания котла водой). Котел является управляемым объектом. Изменение величины отбора пара нз котла в паровую машину является основным возмущающим воздействием на объект. Если отбор пара увеличится, испарение воды ускорится, уровень воды Н начнет ул~сньшаться, Тогда поплавок, опускаясь, будет шире открывать клапан, усилится приток питающей воды, н уровень ее будет автоматически восстанавливаться. Кроме изменения отбора пара, возмущающее воздействие па объект будет проявляться также и в изменении условий тсплового режима рабюты котла (интенсивность топки, температура питаюптсй воды и окружающего пространства).

Регулятор во всех случаях будет действовать так, чтобы ликвидироватьь нежелательное отклонение уровня воды, по каким бы причинам опо ни возникало, Следующим в истории тсхники автоматическим регулятором, получившим широкое распространение, был центробежный регулятор скорости врапюния вала паровой машины, изобретенный Уаттом в 1784 г. (рис. 1.12). Этот регулятор имеет лругую конструкцию и другую природу управляемой величины (угловая скорость от), но совершенно тот же общий принцип действия. Измерительное устройство (цент- робежный механизм) реагирует на из- Глава 1.

Виды систем автоматического управления 19 менсние управляемой величины го. Так, если угловая скорость вала от увсличивается, шары центробежного механизма расходятся, муфта поднимается и перемен!аст непосредственно управляющий орган (например, заслонку в трубе питания машины паром). Это изменяет приток энергии в машину, чем автоматически уничтожается нежелательное отклонснис угловой скорости ш. Основным возмущакнпнм воздействием на объект здесь является изменение нагрузки на валу паровой машины. Кроме этого, может иметь место и другое возмущающее воздействие в виде нарупюния нормальных параметров пара в трубе питания машины. Регулятор гасит влияние любого воздействия Гв определенных прелслах), стремясь вес время ликвидировать отклонение, по какой бы причине опо ни возникало.

Для иллюстрации общности принципов построения систем автоматического управления относящихся к самым разнообразным техническим объектам, приведем еьце несколько конкретных примеров. На рис, 1 13 изображена схема автоматической стабилизации темпера гуры вольг или масла в тепловом двигал еле. Нагретая вола из двигателя (управляемьгй объект) поступает в тсрмостат (измерительное устройство). Если температура волы повышается, то ноп действием увеличения давления паров специальной легко испаряв>- гпейся жидкости, находяи1ейся в сильфоне термостат а, прикрывается клапан прямого возврата воды в двигатель. Вследствие етого болыпсе количество волы пойдет в обход — через радиатор, где она охлаждается.

'!аким образом, автоматически под- Ю Общие сведения о системах автоматического управяенив дсрживается постоянная температура воды в системе охлаждения теплового двигателя (в частности, автомобильного). На рис. 1.14 показана схема системы стабилизации угловой скорости ю вращения нала электрического двигателя Дв. Последний является управляемым объектом. Измерительным устройством является тахогснсратор Т>; вырабатывающий иаиряжсцис (>>, пропорциональное управляемой велнчш>со>. На цотснциомстрс задающего устройства устанавливается напряжение (,>», соответствующее требуемому значению угловой скорости ш Рассогласование 1>. = 1/с — 1>> подается на усилитель У.

Посту»ающее с его выхода в обмотку унравлсния двигателя напряженно (>з является управлякнцим воздействием, благодаря которому двигатель ликвидирует создавшееся отклонение о>. Изменен»с созлавасмого нагрузкой момента М„представляет собой возмущающее воздействие. Примерами связанных систем являются системы стабилизации нацряжспия и частоты переменного тока, стабилизации скорости и температуры в реактивных двигателях, стабилизации различных величин в энергетической системе, состоящей из нескольких параллельно работщоших объектов. Связанная система управления получается и ири рассмотрении работы всего автопилота на самолете в целом. Прилщр элсктромсхаиичсской следя>цей системы показан на рис.

1.!5. Принцип се действия следу>оп>ий. На входе вращением командной оси КО извне задается произвольный закон измсиения угла поворота во врсмсин: 6, 6>(г). Тот же самый закон должен быть автоматически воспроизведен на управляемом объекте УО, ось которого является исполнительной осью ИО. Сравнение углов поворота командной и исполнительной осей осуществляется датчиком угла рассогласования, состоящим из иотсициометров П, и Па (чаще вместо потец ццомстров используютс я синусно-коси пуси ыс вращающиеся трансформаторы СКВТ или ссльсины). Если углы поворота различны, то возникает рассогласование, >щи ошибка 6 = 6, — 6э а на выходе датчика появляется напряжение, пропорциональное этой ошибке; (/> = я>6. Усиленный усилителем У сигнал ()з поступает на обмотку управлспия двигателя >1в, который начинает вращаться, поворачивая через редуктор Р исиолнительнук> ось в сторону уменьшения оншбки.

Подобная следящая система позволяет нри незначительной моишости, требуемой для вращения командной оси, управлять х>ои>ными или тяжелыми объектами (орудийными башнями, антеннами радиолокаторов и т. и,). Кроме того, оиа может обеспечить дистанционность управления, т, с. командная ось может находиться ца некотором удалении от объекта и Глава 1. Виды систем автоматического управления 21 силовой части системы.