Теория систем автоматического управления. В.А. Бесекерский, Е.П. Попов, 1975 (1189552), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Следящие системы, у которыхРис. 1.25.входная и выходная величины представляют собой механические перемещения (вращения),иногда называются сервомеханизмами.По принципу следящей системы работают многие системы дистанционного управленияразличными объектами, радиолокационные системы сопровождения самолетов, многиесчетно-решающие устройства (например, интегрирующее устройство, схема которого дана нарис. 1.26), усилителиРис. 1.26.с отрицательной обратной связью, многие точные измерительные системы, радиокомпас,радиодальномер и т. п.В настоящее время во многих областях техники существует необозримое количество самыхразнообразных систем автоматического управления, использующих принцип следящихсистем. Он применяется почти везде, где нужно добиться высокой точности и надежностиавтоматического управления.§ 1.4.
Примеры дискретных и релейных автоматических системЧтобы наглядно представить себе принцип работы простейшей импульсной системырегулирования, покажем, как ее можно получить из обыкновенных линейных системрегулирования непрерывного действия, т. е. из тех систем, которые рассматривались впредыдущих параграфах.Возьмем систему регулирования температуры непрерывного действия (рис. 1.27).
Онаработает согласно общей схеме (рис. 1.5). Необходимо поддерживать постояннуютемпературу объекта, охлаждаемого воздухом. Регулирующим органом являются шторки,угловое положение которых ϕ определяет собой интенсивность поступления охлаждающеговоздуха.Измерительное устройство регулятора состоит из термометра сопротивления 1, включенного вкачестве одного из плеч моста 2, и гальванометра 3, измеряющего ток в диагонали моста. Мост2 настраивается так, что при заданной температуре, которую надо поддерживать неизменной,Рис.
1.27.ток в диагонали моста отсутствует. Таким образом, измерительное устройство (1, 2, 3) регулятора дает на выходе перемещение стрелки s, пропорциональное отклонению температуры θ .Стрелка скользит по потенциометру 4, управляющему работой двигателя 5. Якорь двигателяпитается через потенциометр (иногда дополненный усилителем). Двигатель 5 через редуктор6 вращает шторки.Существенным недостатком данной конкретной системы является то, что стрелкагальванометра 3 имеет значительную механическую нагрузку в виде трения об обмоткупотенциометра. Это заметно снижает чувствительность измерителя, а значит, и всегорегулятора к малым отклонениям регулируемой величины θ . Целесообразно было быпредоставить стрелке гальванометра возможность двигаться свободно без нагрузки.
Этоделается следующим образом.На рис. 1.28 изображен вид на стрелку гальванометра 3 с торца (с носика). Носик стрелкидвижется вправо и влево свободно, не прикасаясь к обмотке потенциометра. Над стрелкойпомещена так называемая падающая дужка ПД, опирающаяся на эксцентрик, которыйвращается с постоянной угловой скоростью ω . Когда падающая дужка приходит в нижнееположение, она прижимает стрелку гальванометра 3 к обмотке потенциометра 4 на короткоеРис. 1 28.время.
В течение остального периода колебаний дужки стрелка 3 свободна. В результате принепрерывном перемещении стрелки s напряжение U, питающее цепь якоря двигателя, будетподаваться с потенциометра в виде коротких импульсов (рис. 1.29).Постоянный период чередования импульсов Т задается системе принудительно извне иопределяется величиной угловой скорости ω вращения эксцентрика независимым от даннойсистемы приводом. Длительность импульсов τ тоже постоянна.Рис 1.29.Поскольку перемещение стрелки s пропорционально отклонению регулируемой температуры θ , аскорость вращения вала электродвигателя dϕ / dt примерно пропорциональна питающемунапряжению U, то в первом приближении получается импульсная зависимость скоростивращения привода регулирующего органа от отклонения регулируемой величины, показаннаяна рис.
1.30. Там же изображен вытекающий отсюда закон движения самого регулирующегооргана — перемещение шторок ϕ (t ) . В первом приближении они равномерно движутся вовремя подачи импульса и затем стоят на месте в промежутке между импульсами. На самом жеделе, конечно, за счет инерционности двигателя при подаче импульса напряжения нарастаниеи убывание скорости dϕ / dt будет происходить не мгновенно, как на рис.
1.30, б, а понекоторой кривой (рис. 1.31, а).Рис 1.30Рис 1.31Поэтому регулирующее воздействие ϕ (t ) на объект со стороны реального импульсногорегулятора будет иметь несколько сглаженный вид (рис. 1.31, б). Отсюда видно, что необходиморазумно выбирать величины периода чередования Т и длительности τ импульсов, с учетоминерционности выхода из импульсного звена, в данном случае — инерционности разгона иостановки (или, как говорят, «приемистости») двигателя. Существуют, конечно, и другие, неменее важные условия для выбора T и τ .Всякое устройство, которое осуществляет указанное на рис. 1.29 преобразование непрерывнойвходной величины (в данном случае s) в дискретную импульсную величину (U), т. е.
впоследовательность импульсов с постоянным периодом их чередования, называетсяимпульсным звеном. В данном примере было рассмотрено механическое импульсное звено сэлектрическим выходом. Вообще в других автоматических системах оно может осуществлятьсяи чисто электрическими и электронными устройствами, в особенности там. где требуетсямалый период Т чередования импульсов (с другим входом, с менее инерционным выходом идля других объектов).Импульсное звено, осуществляющее указанное на рис. 1.29 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 U постоянна, но зато длительность ихτ переменна и пропорциональна значению входной величины s в момент начала импульса,причем период чередования импульсов Т остается по-прежнему постоянным.Импульсное звено типа 2 можно осуществить, например, в той же системе регулированиятемпературы с помощью падающей дужки, имеющей наклонные вырезы, заменивпотенциометр на контактные пластины 4 (рис.
1.33), или с помощью специальныхэлектрических схем.Рис 1.32Рис 1.33Основной смысл введения импульсного звена в системах автоматического регулированиязаключается в освобождении измерительного устройства регулятора от нагрузки на еговыходе. Это позволяет применить более точное и тонкое маломощное устройство дляизмерения отклонения регулируемой величины, т. е.
улучшает реакцию регулятора на этоотклонение с обеспечением в то же время достаточной мощности регулирующего воздействияна объект. Кроме того, при импульсном режиме уменьшается расход энергии на приводрегулирующего органа. В других системах (например, в системах телеуправления ителеизмерения) импульсный режим может быть полезен также с точки зрения удобствапостроения многоканальных схем и т. п.К дискретным системам относятся системы автоматического управления и регулирования втех случаях, когда в замкнутый контур системы включается цифровое вычислительноеустройство.
Это устройство бывает необходимо в тех случаях, когда, например,измерительные приборы в системе управления не могут измерить непосредственноотклонение регулируемой величины от требуемого (программного) значения, а оно должновычисляться по определенным формулам через показания измерительных приборов. В другихслучаях цифровое устройство может служить для вычисления не только отклонения, но исамого программного значения регулируемой величины по каким-либо критериям наилучшегокачества работы данной системы. Цифровое устройство может выполнять и другие весьмаразнообразные функции.Система регулирования или управления в этих случаях будет работать как дискретная, потомучто цифровое устройство выдает результат вычисления дискретно, т. е.
в виде импульсов черезнекоторые промежутки времени, необходимые для производства вычисления.Включение цифрового вычислительного устройства в контур системы управления сопряженос преобразованием непрерывных величин в дискретные на входе и с обратнымпреобразованием на выходе (рис. 1.34). Темп работы вычислительного устройства подбираетсяобычно так, чтобы дискретность его действия не влияла на работу системы в целом, т. е. чтобызапаздывание (время операции вычисления) было небольшим, а частота следования импульсовбыла достаточно высокой. Учитывать дискретность системы всегда необходимо дляопределения допустимой ее величины.
При достаточно высоком темпе работы цифровоговычислительного устройства (по сравнению с инерционностью системы) во многих случаяхможно производить расчет системы в целом как непрерывной. Вообще же цифровые системыавтоматического регулирования относятся к особому классу систем и их теория рассматривается отдельно от других.Рис 1.34.Релейные системы автоматического регулирования можно отнести, как и импульсные,описанные выше, к категории систем прерывистого действия, но их существенное отличие отимпульсных систем заключается в том, что релейные системы по самому принципу своемуявляются нелинейными системами. Дело в том, что здесь моменты времени, в которыепроисходит замыкание и размыкание системы, заранее неизвестны; они не задаются извне, аопределяются внутренними свойствами самой системы (ее структурой и величинами еепараметров).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
