Классификация автоматических систем регулирования

Классификация АСР производится по довольно большому количеству признаков, рассмотрим ее в классическом варианте.

1.По принципу регулирования различаются два типа АСР:

АСР по отклонению характирезуется тем, что регулирующее воздействие на объект регулирования формируется в зависимости от отклонения текущего значения регулируемой величины от заданного. На этом принципе были разработаны первые промышленные регуляторы уровня воды И.И. Ползуновым (1765 г.) и скорости Дж. Уаттом (1784 г.).

АСР по возмущению( принцип компенсации) характеризуется тем, что измеряя возмущающее воздействие на объект регулирования и формируя соответствующее регулирующее воздействие на объект, можно обеспечить независимость работы системы от этих возмущающих воздействий. Такие АСР, инвариантные (независимые) от возмущающих воздействий (рис. 3.1), отличаются быстротой реакции и хорошими характеристиками по устойчивости и качеству регулирования. Однако сложность измерение всех возмущающих воздействий создает трудности в реализации подобных систем и поэтому они не получали широкого распространения.

Как видно из рис. 3.2, здесь измеряется не возмущение, а отклонение регулируемой величины от заданного закона изменения – ошибка Δ(t). Если

Δ (t) ≠ 0, автоматический регулятор создает регулирующее воздействие у(t)

на объект регулирования, ликвидирующее ошибку до допустимой величины. Системы, работающие по ошибке (отклонению), образуют замкнутый контур и поэтому называются замкнутыми системами. Благодаря наличию связи между выходом объекта и входом автоматического регулятора образуется, так называемая, обратная связь. А так как на элементе сравнения при определении ошибки происходит вычитание x₂(t) из x₁(t), то обратная связь называется отрицательной. Поэтому АСР, работающие по ошибке, представляют собой системы с отрицательной обратной связью, которая служит для измерения результата действия системы. Обе рассмотренные системы относятся к одноконтурным АСР.

Принцип обратной связи широко используется в технике, не только в АСР. То есть обратные связи присутствуют в измерительных и вычислительных устройствах, усилителях и т. д. Взаимодействие человека с различными техническими устройствами часто также происходит при наличии обратных связей, т.к. человек постоянно контролирует результат своего вмешательства в работу того или иного устройства, агрегата и т.п. Таким образом, принцип обратной связи является одним из основных принципов управления и регулирования, а АСР, работающие по ошибке, наиболее распространены в различных отраслях промышленности.

Однако АСР по отклонению имеют и определенный недостаток: чтобы ликвидировать отклонение регулируемой величины от заданного значения, необходимо наличие этого отклонения, тогда как в АСР по возмущению ликвидируется сама причина возникновения ошибки. Объединением обоих принципов регулирования в одной АСР создается комбинированная АСР, лишенная недостатков каждой из систем в отдельности. Наличие в ней разомкнутого контура обеспечивает независимость регулируемой величины от одного из наиболее значительного по своему влиянию возмущения. А наличие замкнутого контура (обратной связи) ликвидируют влияние всех других возмущающих воздействий и неточностей компенсации.

2. По характеру изменения заданного значения регулируемой величины x_зд(t) = x₁(t) АСР подразделяются на:

системы стабилизации, предназначенные для поддержания заданного значения регулируемой величины объекта, x_зд(t) = const;

системы программного регулирования, в которых регулируемая величина объекта изменяется по заданной программе, x_зд(t) = f (t);

следящие системы регулирования, в которых характер изменения выходной величины зависит от характера изменения какой-либо входной величины объекта, x_зд(t) ≠ f(t).

3. АСР в зависимости от свойств системы в установившемся режиме разделяют на статические и астатические.

Статические системы характеризуются наличием остаточного отклонения регулируемой величины в установившемся состоянии равновесия, а величина отклонения при этом зависит от величины возмущающего воздействия на объект.

Астатические системы характеризуются отсутствием остаточных отклонений в установившемся состоянии равновесия.

Для статистической АСР (рис. 3.3,а) характерно то, что в установившемся состоянии количество расходуемой жидкости Q_нагр (нагрузка) равно количеству поступающей через регулирующий орган жидкости Q_пит. Следовательно при изменении Q_нагр будет устанавливаться новое состояние равновесия со значением уровня h, которому будут соответствовать новое положение регулируемого органа (РО) и новое количество поступающей жидкости. Таким образом, новое значение регулируемой величины h_уст в установившемся состоянии будет несколько отличаться от h_зад, т.к. новому положению РО соответствует новое положение чувствительного элемента (поплавка), соответствующее h.

Рис 3.3. АСР уровня жидкости статическая (а) и астатическая (б).

Для астатической АСР уровня (рис 3.3,б) характерно то, что при отклонении уровня от состояния равновесия появляется разбаланс потенциометра П, сигнал с которого подается на двигатель М. Последний через редуктор Р перемещает РО (заслонку), изменяя количество подливаемой жидкости Q_пит. Уровень жидкости восстанавливается до исходного (заданного) значения, при котором восстанавливается баланс потенциометра и двигатель М останавливается.

4. По способу передачи сигналов между элементами автоматической системы АСР подразделяются на системы непрерывного и дискретного действия.

Непрерывные АСР характеризуются тем, что входная и выходная величины ее являются непрерывными функциями времени.

Дискретные (прерывистые) АСР характеризуются тем, что содержат хотя бы один элемент, в котором при непрерывном изменении входного сигнала выходной сигнал изменяется дискретно.

5. Автоматические системы бывают линейными и нелинейными.

Линейные системы описываются линейными уравнениями.

Нелинейные системы описываются нелинейными уравнениями и более сложны при анализе их.

Большинство систем при анализе их оказываются нелинейными. Однако в ряде случаев, учитывая малые отклонения величин, с которыми работают системы в реальных технологических режимах, практически их можно считать линейными и соответственно пользоваться методом анализа линейных АСР.