Бесекерский В.А. Теория систем автоматического регулирования (1972) (1151987), страница 6
Текст из файла (страница 6)
1.25). 24 игл виды систвм АвтомАтичкского вкгулиговьнпя Входная и выходная величины следящей системы могут быть пе только механические, как в примерах на рис. 1.22 — 1.25; они могут иметь любую физическую природу. В соответствии с зтим конструкции тоже могут быть весьма разнообразными. Следящие системы, у которых входная и выходная Ряс. 1.25. величины представляют собой механические перемещения (вращения), иногда называются сервомеханизмами.
По принципу следящей системы работают многие системы дистанционного управления различными объектами, радиолокационные системы сопровождения самолетов, многие счетно-решающие устройства (например, интегрирующее устройство, схема которого дана на рис. 1.26), усилители Рис. 1.26. с отрицательной обратной свяаью, многие точные измерительные системы, радиокомпас, радиодальномер и т.
п. В настоящее время во многих областях техники существует необозримое количество самых разнообразных систем автоматического управления, использующих принцип следящих систем. Он применяется почти веаде, где нужно добиться высокой точности и надел'ности автоматического управления.
й 1А. Примеры дискретных и репейных автоматических систем Чтобы наглядно представить себе принцип работы простейшей импульсной системы регулирования, покажем, как ее можнополучить из обыкновенных линейных систем регулирования непрерывного действия, т. е. из тех систем, которые рассматривались в предыдущих параграфах.
Возьмем систему регулирования температуры непрерывного действия (рис. 1.27). Опа работает согласно общей схеме (рис. 1,5). Необходимо поддерживать постоянную температуру объекта, охлая<даемого воздухом. Регулирующим органом являются шторки, угловое положение которых ~р определяет собой интенсивность поступления охлаждающего воздуха.
11.ы пРимеРы дискРетных и Релеиных АВтОИАтических систем 2Ь Измерительное устройство регулятора состоит из терьнзметра сопротивления 1, включенного в качестве одного из плеч моста 2, и гальванометра 8, иамеряющего ток в диагонали моста. Мост 2 настраивается так, что при заданной температуре, которую надо поддерживать неизменной, ток в диагонали Б Ъ 6й Рвс 1.27 моста отсутствует. Таким образом, измерительное устройство (1, 2, 8) регулятора дает на выходе перемещение стрелки з, пропорциональное отклонению температуры О, Стрелка скользит по потенциометру 4, управля1ощему работой двигателя 8.
Якорь двигателя питается через потенциометр (иногда дополненный усилителем). Двигатель б через редуктор 8 вращает н4торки. Существенным недостатком данной конкретной системы является то, что стрелка гальванометра 8 имеет значительную механическую нагрузку Ркс. 1.28. в виде трения об обмотку потенцнометра. Это заметно снижает чувствительность измерителя, а значит, и всего регулятора к малым отклонениям регулируемой величины О. Целесообразно было бы предоставить стрелке гальванометра возможность двигаться свободно без нагрузки.
Это делается следу1ощим образом. На рис. 1.28 изображен внд на стрелку гальванометра 8 с торца (с носика). Носик стрелки двиясется вправо и влево свободно, не прикасаясь к обмотке потенциометра. Над стрелкой помещена так называемая падающая дужка ЛД, опирающаяся на зксцентрик, который вращается с постоянной угловой скоростью ю. Когда падающая дужка приходит в ннскнее положение, 1ии 1 Виды систем АВтОмАтическОГО РегулиРОВАния она прижимает стрелку гальванометра 8 к обмотке потенциометра 4 на короткое время.
В течение остального периода колебаний дужки стрелка 3 свободна. В результате при непрерывном перемещении стрелки г напряжение П, питающее цепь якоря двигателя, будет подаваться с потенциометра в виде коротких импульсов (рис. 1.29). Постоянный период чередования импульсов Т задается системе принудительно извне и определяется величиной угловой скорости ю вращения эксцентрика независимым от данной сиз стемы приводом. Длительность импуль! сов т тоже постоянна. ! Поскольку перемещение стрелки з про! ! порционально отклонению регулируемой Р температуры 9, а скорость вращения вала электродвигателя !1!р/!11 примерно пропорциональна питающему напряжению 1!', то ф г в первом приближении получается импульсная зависимость скорости вращения '7 )-Т вЂ” т-! привода регулирующего органа от отклонения регулируемой величины, показанная на рис.
1.30. Там же изображен вытекающий отсюда закон движения самого регулирующего органа — перемещение тпторок !р (1). В первом приближении они равномерно двил<утся во время подачи импульса и затем стоят на месте в промежутке между импульсами. На самом же деле, конечно, за счет инерционности двигателя при подаче импульса напряжения нарастание и убывание скорости НфЖ будет происходить не мгновенно, как на рис. 1.30, б, а по некоторой кривой (рис. 1.31, а). Рис. 1.31. Рис.
1.30. Поэтому регулирующее воздействие !р (1) на объект со стороны реального иьшульсного регулятора будет иметь несколько сглаженный вид (рис. 1.31, б). Отсюда видно, что необходимо разумно выбирать величины периода чередования Т и длительности т импульсов, с учетом инерционности выхода из импульсного звена, в данпом случае — инерционности разгона и остановки (или, как говорят, <отриемистости») двигателя.
Существуют, конечно, и другие, не менее важные условия для выбора Т и т. Всякое устройство, которое осуществляет указанное на рис. 1.29 преобразование непрерывной входной величины (в данном случае г) в дискретную импульсную величину (П), т. е. в последовательность импульсов с постоянным периодом их чередования, называется импульсным звеном.
В данном примере было рассмотрено механическое импульсное звено с электрическим 4 ЬЫ ПРИМГРЫ ДИСКРЕТНЫХ И РЕЛЕИНЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ 27 выходом. Вообще в других автоматических системах оно может осуществляться и чисто электрическими и электронными устройствами. в особенности там. где требуется малый период Т чередования импульсов (с другим входом, с менее инерционным выходом и для других объектов). Импульсное звено, осуществляющее указанное на рис. т.29 преобразование величин, называется импульсным звеном типа 1.
Применяется также и другое импульсное звено — типа 2, осуществляющее показанное на рис. 1.32 преобразование, при котором величина импульсов У постоянна, но зато длительность их т переменна и пропорциональна значению входной величины г в момент начала импульса, причем период чередования иьшульсов Т остается по-прежнему постоянным. Импульсное звено типа 2 можно осуществить, например, в той же системе регулирования температуры с помощью падающей дужки, имеющей Ряс. 1.32.
Рис. !.ЗЗ, наклонные вырезы, заменив потенциометр на контактные пластины 4 (рис. 1.33), или с помощью специальных электрических схем. Основной смысл введения импульсного звена в системах автоматического регулирования заключается в освобождении измерительного устройства регулятора от нагрузки на его выходе. Это позволяет применить более точное и тонкое маломощное устройство для намерения отклонения регулируемой величины, т.
е. улучшает реакцию регулятора на это отклонение с обеспечением в то же время достаточной мощности регулирующего воздействия на объект. Кроме того, при импульсном режиме уменьшается расход энергии на привод регулирующего органа, В других системах (например, в системах телеуправления и телеизмерения) импульсный режим может быть полезен также с точки зрения удобства построения многоканальных схем и т. и. К дискретным системам относятся системы автоматического управления и регулирования в тех случаях, когда в аамкнутый контур системы включается цифровое вычислительное устройство. Это устройство бывает необходимо в тех случаях, когда, например„измерительные приборы в системе управления не могут измерить непосредственно отклонение регулируемой величины от требуемого (программного) значения, а оно должно вычисляться по определенным формулам через показания измерительных приборов.
В других случаях цифровое устройство может служить для вычисления не только отклонения, но и самого программного значения регулируемой величины по каким-либо критериям наилучшего качества работы данной системы. Цифровое устройство может выполнять и другие весьма разнообразные функции. Система регулирования нли управления в этих случаях будет работать как дискретная, потому что цифровое устройство выдает результат вычисления дискретно, т. е. в виде импульсов через некоторые промежутки времени, необходимые для производства вычисления. 28 Виды систкы АвтомАтпчпского гегклпговлпия 4ьвдувеее в нввсввьтельнпв ьсьлуоссьлее !еслльелсльно- луввсуеввввсевльное ььслтуМжев Ляьвуллельнее усьлуеввьлвс йелвлнвелвльлве ус~лувесльев Уьулеплепнье овьвлль Рас.
1 34 релейные системы по самому принципу своему являются нелинейными системами. Дело в том, что здесь моменты времени, в которые происходит замыкание и размыкание системы, заранее неизвестны; опи не задаются извне, а определяются внутреннник свойствами самой системы (ее структурой и величинами ее параметров). Этим обусловливаются и основные специфические особенности динамики процессов регулирования в релейных системах.
В качестве первого примера релейной системы рассмотрим систему регулирования температуры примерно той же структуры, как на рис. 1.27, но с тем отличием, что вместо импульсного звена для управления работой привода шторок в ней поставлено релейное звено — в данном случае поляризованное реле 3 (рис.
1.35). Его средний контакт в зависимости от знака тока в диагонали моста 2, т. е. в зависимости от знака отклонения регулируемой величины О, замыкается с правым или левым контактом, включая ток либо в одну, либо в другую обмотку возбуждения двигателя, в результате чего получаем либо одно, либо другое направление движения пггорок на регулируемом объекте. Из сети в управляемую цепь реле (цепь контактов) подается постоянное напряжение (1 = с. Напряжение 11, питающее двигатель, изменяется в зависимости от величины тока 1 в диагонали моста по одному из законов, изображенных на рнс.
1.36. Нейтральному положению среднего контакта реле соответствует значение г1 = — О при малых величинах тока — Ь < 1( Ь (рис. 1.36, а). При некоторой величине тока 1 = Ь реле срабатывает, включая напряжение (1 = с в одну из обмоток двигателя.
При обратном направлении тока 1, которое считается отрицательным, будет та же картина срабатывания Включение цифрового вычислительного устройства в контур системы управления сопряжено с преобразованием непрерывных величин в дискретные на входе и с обратным преобразованием на выходе (рис. 1.34). Темп работы вычислительного устройства подбирается обычно так, побы дискретность его действия не влияла на работу системы в целом, т. е. чтобы запаздывание (время операции вычисления) было неболыким, а частота следования импульсов была достаточно высокой. Учитывать дискретность системы всегда необходимо для определения допустимой ее величины. При достаточно высоком темпе работы цифрового вычислительного устройства (по сравнению с инерционностью системы) во многих случаях можно производить расчет системы в целом как непрерывной.
Вообще же цифровые системы автоматического регулирования относятся к особому классу систем и их теория рассматривается отдельно от других. 1'елейные системы автоматического регулирования можно отнести, как и импульсные, описанные выше, к категории систем прерывистого действия, но их существенное отличие от импульсных систем заключается в том, что Ф 1 4) пРимеРы дискРетных и Релейных АвтомАтических систем 29 при 1 =- — Ь, причем то же самое напряжение У включается в другую обмотку двигателя и задает ему другое направление вращения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
