Классификация САУ по принципу действия


Общие сведения о системах автоматического управления

Основные понятия и определения

Система управления (СУ) – совокупность управляющего устройства (УУ) и объекта управления (ОУ), действия которой направлены на достижение некоторого результата – цели управления (рис.1.1.).

Объект управления (ОУ) – устройство, в котором происходит подлежащий управлению процесс.

Управляющее устройство (УУ) – устройство, предназначенное для выполнения задачи управления. УУ реализует следующие функции:

а) сбор информации; б) переработку информации;

в) передачу информации; г) выработку команд управления.

На функциональных и структурных схемах элементы СУ изображают в виде звеньев, соединенных линиями связи. Стрелки на линиях связи показывают направление передачи информации. Будем считать, что в обратном направлении информация не передается.

На рис. 1.2. показано возможное изображение ОУ на функциональной схеме.

Обозначения на рис. 1.2.: y(t) – управляемая величина – физическая величина, принадлежащая ОУ и подвергающаяся управлению, т.е. величину y(t) необходимо поддерживать постоянной или изменять по некоторой программе.

u(t) – управляющее воздействие – физическая величина, внешняя по отношению к ОУ, которая формируется в УУ и осуществляет выполнение задачи управления.

f(t) – возмущающее воздействие – физическая величина, внешняя по отношению к ОУ, вызывающая нежелательное изменение управляемой величины.

На рис. 1.3. показано возможное изображение УУ на функциональной схеме.

Обозначения на рис. 1.3:

u(t) – команда управления – управляющее воздействие для ОУ

g(t) – задающее воздействие – физическая величина, определяющая программу работы СУ.

Система управления, выполняющая поставленную перед ней задачу без непосредственного участия человека (оператора), называется системой автоматического управления (САУ).

Общими принципами и методами построения САУ занимается наука, которая называется теория автоматического управления (ТАУ).

 

Классификация САУ по принципу действия

Предметом изучения ТАУ являются автоматические системы, которые в течение длительного времени нужным образом изменяют (или поддерживают неизменным) какие-либо физические величины (координаты движущегося объекта, скорость движения, электрическое напряжение, температуру, давление и пр.) в том или ином управляемом процессе. Сюда относятся автоматические регуляторы, следящие системы, автопилоты, системы самонаведения и т.п. Эти автоматические системы в свою очередь по принципу действия делятся на незамкнутые (или разомкнутые) и замкнутые автоматические системы.

 

Незамкнутые САУ

Характерным для незамкнутой системы является то, что процесс работы системы не зависит непосредственно от результата ее воздействия на управляемый объект, т.е. в ней отсутствует обратная связь.

Пример незамкнутой САУ приведен на рис. 1.4.

Обозначения на рис. 1.4: 1 – ручка задатчика оборотов двигателя; 2, 3 – потенциометр (2 – движок, 3 основание потенциометра); 4 – усилитель; 5 – якорь электродвигателя постоянного тока; 6 – обмотка возбуждения; 7 – тахогенератор; 8 – измерительный прибор; – напряжение источника питания потенциометра; – напряжение источника питания усилителя;
– напряжение на входе усилителя; – напряжение на выходе усилителя; - напряжение питания обмотки возбуждения; -напряжение, вырабатываемое тахогенератором; g – угол поворота ручки 1 (задающее воздействие); - угловая скорость двигателя; Мс - момент сопротивления.

Описание работы разомкнутой системы.

Управляющее воздействие g перемещает движок 2 относительно основания потенциометра 3 и изменяет напряжение на входе усилителя 4. Это приводит к изменению напряжения на выходе усилителя и тока в якоре электродвигателя 5, что вызывает изменение момента, развиваемого двигателем, и, следовательно, изменение его угловой скорости. Последняя измеряется при помощи тахогенератора 7 и измерительного прибора 8.

Незамкнутые системы не могут обеспечить высокую точность, потому что сохранение первоначальной настройки при износе и старении элементов, а также при колебаниях температуры и прочих возмущениях представляет трудную задачу.

Принципиальной схеме разомкнутой системы (рис. 1.4.) соответствует функциональная схема на рис. 1.5.

Замкнутые САУ

 

Характерным для замкнутой САУ является наличие обратной связи, замыкающей выход системы с ее входом. Направление передачи информации в цепи обратной связи происходит с выхода системы на ее вход, где происходит сравнение текущего значения управляемой величины с задающим воздействием.

Рассмотрим типовую функциональную схему САУ с одной управляемой величиной y(t) (рис. 1.6).

Задающее устройство 1 преобразует входное воздействие g(t) в управляющий сигнал h(t). Измерительное устройство 6, стоящее в цепи обратной связи, измеряет фактическое значение управляемой величины и преобразует его в сигнал z(t), имеющий одну физическую природу с управляющим сигналом h(t). Измеритель рассогласования 2 (или сравнивающее устройство) производит вычитание x(t)=h(t)–z(t), и тем самым выявляет рассогласование или ошибку системы. Обратную связь, выполняющую операцию сравнения (вычитания) сигналов, называют отрицательной. Далее в цепи формирования управляющего воздействия u(t) стоят усилительно-преобразовательное устройство 3 и исполнительное устройство 4.

Усилительно-преобразовательное устройство 3 предназначено для усиления мощности сигналов. Оно управляет энергией, которая поступает от постороннего источника энергии.

Исполнительное устройство 4 вырабатывает управляющее воздействие u(t), непосредственно прикладываемое к объекту управления 5. Для повышения устойчивости и улучшения динамических свойств САУ в функциональную схему могут быть включены корректирующие устройства, не указанные на рис. 1.6. Функции корректирующих устройств могут выполнять цифровые и аналоговые вычислительные машины.

В качестве примера замкнутой САУ рассмотрим схему системы автоматического регулирования угловой скорости вращения электродвигателя, построенную на базе схемы, приведенной на рис. 1.4 (рис. 1.7)

Обозначения на рис. 1.7. соответствуют обозначениям на рис. 1.4. Отличие замкнутой системы от незамкнутой в том, что выходное напряжение тахогенератора 7 сравнивается с напряжением Uпд, которое снимается с потенциометрического датчика путем формирования разности . В установившемся режиме работы при фиксированном положении ручки 1 все переменные величины имеют заданные значения, которые отметим значком *: g=g*; = ;

Пусть момент сопротивления на валу электродвигателя увеличился. Это приведет к уменьшению скорости вращения на некоторую величину Соответственно уменьшится напряжение на выходе тахогенератора:

На входе усилителя дополнительно к сигналу возникнет сигнал ошибки

Этот сигнал будет усилен и вызовет увеличение напряжения на выходе усилителя:

Приращение напряжения на выходе усилителя вызовет увеличение тока в цепи якоря двигателя, и, следовательно, увеличение вращающего момента двигателя, что приведет к росту угловой скорости в направлении к заданному значению.

Принцип управления, основанный на использовании обратной связи, ценен тем, что не требует точной градуировки и сохраняет свою точность и в тех случаях, когда параметры элементов системы со временем изменяют свои значения.

Функциональная схема, соответствующая схеме замкнутой системы на рис. 1.7, приведена на рис. 1.8, где по сравнению со схемой на рис. 1.5 добавился новый элемент – сравнивающее устройство (СУ), и тахогенератор вошел в состав системы как чувствительный или измерительный элемент в цепи обратной связи.

Следует заметить, что обратную связь системы по управляемой величине называют главной обратной связью, а возможные обратные связи, охватывающие отдельные элементы, называют местными обратными связями.

 



Дата добавления: 2022-05-27; просмотров: 156;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.011 сек.