Теория систем автоматического управления. В.А. Бесекерский, Е.П. Попов, 1975 (1189552), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Особенно богатыми возможностями обладаютсистемы со специально вводимыми нелинейностями и дискретные системы, в том числе сцифровыми вычислительными устройствами, а также адаптивные, т. е. самонастраивающиеся,экстремальные, самоорганизующиеся системы.§ 1.3. Примеры непрерывных автоматических системОдин из первых в истории техники автоматических регуляторов был изобретен И.

И.Ползуновым в 1765 г. Это был автоматический регулятор уровня воды в котле его паровоймашины (рис. 1.15). Здесь полностью осуществлен общий принцип действия любогоавтоматического регулятора прямого действия (рис. 1.7). Измерительное устройство(поплавок), измеряющее регулируемую величину (высоту уровня воды в котле),непосредственно перемещает регулирующий орган (клапан питания котла водой).

Котелявляется регулируемым объектом.Изменение величины отбора пара из котла в паровую машину является основнымвозмущающим воздействием на регулируемый объект. Если отбор пара увеличится, испарениеводы ускорится, уровень воды Н (регулируемая величина) начнет уменьшаться. Тогдапоплавок, опускаясь, будет шире открывать регулирующий клапан, усилится притокпитающей воды, и уровень ее будет автоматически восстанавливаться. Кроме измененияотбора пара, возмущающее воздействие на объект будет проявляться также и в измененииусловий теплового режима работы котла (интенсивность топки, температура питающей водыи окружающего пространства). Регулятор во всех случаях будет действовать так, чтобыликвидировать нежелательное отклонение уровня воды, по каким бы причинам оно нивозникало.Следующим в истории техники автоматическим регулятором, получившим широкоераспространение, был центробежный регулятор скорости вращения вала паровой машины,изобретенный Уаттом в 1784 г.

(рис. 1.16). Этот регулятор имеет другую конструкцию идругую природу регулируемой величины (угловая скорость ω ),но совершенно тот же общийпринцип действия регулятора прямого действия (рис. 1.7). Измерительное устройство регулятора (центробежный механизм) реагирует на изменение регулируемой величины ω . Так,если угловая скорость вала ω увеличивается, шары центробежного механизма расходятся,муфта поднимается и перемещает непосредственно регулирующий орган (например, заслонку в трубе питания машины паром).

Это изменяет приток энергии в машину, чемавтоматически уничтожается нежелательное отклонение угловой скорости ω .Рис. 1.15.Основным возмущающим воздействием на регулируемый объект здесь является изменениенагрузки на валу паровой машины. Кроме этого может иметь место и другое возмущающеевоздействие в виде нарушения нормальных параметров пара в трубе питания машины.Регулятор гасит влияние любого воздействия (в определенных пределах), стремясь всевремя ликвидировать отклонение, по какой бы причине оно ни возникало. Послеизобретения этих первых автоматических регуляторов, чисто механических, в течение XIXв. в связи с потребностями промышленности,Рис. 1.16.транспорта и энергетики появляется много различных конструкций регуляторов, сначаламеханических, а затем и электрических.

Дальнейшее развитие автоматики, особенно в XXв., идет все больше и больше по пути электрификации систем автоматическогорегулирования, в том числе и для механических, тепловых и химических объектов.Для иллюстрации общности принципов построения систем автоматического регулирования,относящихся к самым разнообразным техническим объектам, приведем еще несколькоконкретных примеров. На рис.

1.17 изображена схема автоматического регулирования температуры воды или масла в тепловом двигателе. Нагретая вода из двигателя (регулируемыйобъект) поступает в термостат (измерительное устройство регулятора). Если температурадавленияпаров специальной легководы повышается, то под действием увеличенияиспаряющейся жидкости, находящейся в сильфоне термостата, прикрывается клапан прямоговозврата воды в двигатель. Вследствие этого большее количество воды пойдет в обход - черезрадиатор, где она охлаждается. Таким образом автоматически поддерживается постоянная температура воды в системе охлаждения теплового двигателя (в частности, автомобильного).

Это —регулятор прямого действия, работающий по той же общей схеме (рис. 1.7).Рис 1.17На рис. 1.18 показана схема автоматического регулирования угловой скорости ω вращениявала электродвигателя (Дв). Последний является регулируемым объектом. Данная системаработает согласно общей схеме автоматического регулятора непрямого действия (рис. 1.5).Здесь изменение нагрузки на валу электродвигателя является возмущающим воздействием.Измерительным устройством служит тахогенератор Т гРис. 1.18.(электрический тахометр), вырабатывающий напряжение U1, пропорциональноерегулируемой величине — угловой скорости ω .

На потенциометре задатчика устанавливаетсянапряжение U0 , соответствующее требуемому значению угловой скорости ω .Рассогласование U 2 = U 0 − U 1 подается на электромашинный усилитель (ЭМУ). Может бытьвведентакжепредварительныйэлектронныйусилитель(показанпунктиром).Электромашинный усилитель в соответствии с поступающим в его обмотку возбуждениясигналом U3 изменяет ток в цепи якоря электродвигателя.

Это является регулирующимвоздействием, которое ликвидирует создавшееся отклонение угловой скорости ω .Для иллюстрации комбинированной системы с регулированием по возмущению возьмем туже систему регулирования скорости электродвигателя (рис. 1.18) и, сохранив целиком всюпрежнюю цепь регулирования по отклонению регулируемой величины, добавим к ней новуюцепь регулирования по возмущающему воздействию (рис. 1.19).

Эта новая дополнительнаяцепь состоит из моментной муфты, которая измеряет возмущающее воздействие в видеотклонения момента нагрузки от номинального значения, и из специальногоРис. 1.19.корректирующего устройства.По принципу обычной системы регулирования работает также система автоматическогоуправления торпеды по курсу (рис. 1.20). Гироскоп 2, сохраняя неизменное направление,измеряет отклонение торпеды ψ от заданного курса. С гироскопом жестко связана заслонка,открывающая доступ воздуха под давлением в пневматическую рулевую машинку 3(исполнительное устройство), которая поворачивает руль 4, возвращая тем самым торпеду назаданный курс.Рис. 1.20.Рассмотрим еще упрощенную схему автоматического регулирования напряжения генераторапостоянного тока при помощи электронного регулятора (рис.

1.21). В данном случаерегулируемым объектом является генератор постоянного тока, регулируемой величиной —напряжение U на клеммах генератора, внешним возмущающим воздействием — нагрузка всети, на которую работает генератор. Измерительным устройством регулятора служит сеткалампы, а исполнительным устройством — анодная цепь лампы.

При нежелательномизменении напряжения U появляется напряжение Ug на сетке и пропорциональное емуизменение тока Iа в анодной цепи, а следовательно, и в обмотке возбуждения генератора,которая включена в анодную цепь. Этим изменением тока возбуждения ликвидируетсянежелательное отклонение регулируемого напряжения.рис 1.21.Рассмотренные примеры относятся к одиночным системам автоматического регулирования.Примерами связанных систем регулирования являются системы регулирования напряжения ичастоты переменного тока, регулирования скорости и температуры в реактивных двигателях,регулирования различных величин в энергетической системе, состоящей из несколькихпараллельно работающих объектов.

Связанная система управления получается и прирассмотрении работы всего автопилота на самолете в целом.Пример электромеханической следящей системы показан на рис. 1.22. Принцип ее действияследующий. На входе вращением рукоятки задается произвольный закон для угла поворотаРис.

1.22.во времени υ 0 (t ) Тот же самый закон угла поворота во времени должен быть автоматическивоспроизведен на выходе системы, т. е. на управляемом объекте: υ1 = υ 0 (t ) . Для этой целиугол поворота на выходе υ1 передается при помощи вала обратной связи на вход системы, гдеон вычитается из задаваемого угла υ 0 . Это вычитание осуществляется при помощимеханического дифференциала. Если угол на выходе υ1 не равен углу на входе до, то третийвалик дифференциала повернется на разность этих углов x = υ 0 − υ1 (рассогласование).Пропорциональное ей напряжение U подается через усилитель на приводной двигатель,который вращает выходной вал системы.

Если же υ1 = υ 0 , то двигатель обесточен, ивращения не будет. Следовательно, система все время работает на уничтожениерассогласования x = υ 0 − υ1 решая, таким образом, задачу воспроизведения на выходе υ1произвольно задаваемой на входе величины υ 0 (t ) . Такая система позволяет принезначительной мощности на входе управлять любыми мощными или тяжелыми объектами(орудийными башнями и т.

п.). Очень часто следящие системы применяются длядистанционного управления самыми разнообразными объектами, а также длятелеуправления.Рис1.23Дистанционное управление трудно осуществить при механической обратной связи,показанной на рис. 1.22. В этом случае применяется реостатная обратная связь напостоянном токе (рис. 1.23) или сельсинная обратная связь на переменном токе (рис.

1.24), т.е. механический вал обратной связи заменяется электрической передачей. При этом пультуправления (вход системы) и управляемый объект (выход) могут находиться на некоторомРис. 1.24.расстоянии друг от друга. Здесь рассогласование получается непосредственно в видеэлектрической величины U=U0 – U1 (рис. 1.23).Все три примера относятся к электромеханическим следящим системам. •Существуют такжеэлектрогидравлические, электропневматические и чисто гидравлические или пневматическиеследящие системы, в зависимости от вида применяемых в них усилительных устройств.

Общийпринцип действия во всех случаях остается тем же самым.Телеуправление применяется, когда пульт управления относится на большие расстояния. Онможет быть неподвижным, а управляемый объект может двигаться в пространстве. В этомслучае между задатчиком величины υ 0 (t ) помещаемым на пульте управления, и входомследящей системы вводится радиолиния или другая линия связи для передачи задаваемойвеличины υ 0 (t ) в виде электрической величины U 0 (t ) (рис. 1.25).Входная и выходная величины следящей системы могут быть не только механические, как впримерах на рис. 1.22—1.25; они могут иметь любую физическую природу. В соответствии сэтим конструкции тоже могут быть весьма разнообразными.

Характеристики

Список файлов книги