Тема 1.4 Использование элементов автоматики для конкретной системы управления.
1.4.1. Элементы САУ и мехатронных систем. Назначение, устройство, принцип работы, органы настройки регулирующих приборов.
Основные элементы САУ и мехатронных систем изображены на рис. 1.70.
Рис. 1.70. Обратная функциональная схема замкнутой САУ с обратной связью.
РУ - регулирующее устройство (регулятор). Оно предназначено для корректирования сигнала ошибки регулирования с целью улучшения качества процесса управления.
ЗУ - задающее устройство. Предназначено для функционирования сигнала задания Хз пропорционального технически заданному значению регулируемой величины Хрег.
ИМ - исполнительный механизм. Предназначен для преобразования выходного сигнала регулятора в механическое перемещение регулируемого органа.
РО - регулируемый орган. Устройство с помощью которого осуществляется изменение режима работы объекта управления, оно возникает на регулируемый параметр объекта управления путем изменения количества вещества или энергии поступающей в объект.
ЧЭ - чувствительный элемент. Предназначен для измерения регулируемой величины и преобразования её в сигнал управления другой природы более удобный для передачи последующим элементам САУ.
Кроме перечисленных элементов в состав САУ могут входить также усилители (для усиления сигнала по мощности или по уровню преобразования рода сигнала), функциональные блоки (для осуществления алгоритмических операций над сигналами).
Они могут быть конструктивно выполнены в виде отдельных элементов или входить в состав рассмо САУ.
Для непрерывных технологических процессов, в том числе в машиностроении выпускаются приборы и средства автоматики в виде унифицированных элементов и блоков на базе, которых могут создаваться системы управления любой сложности.
Государственная система приборов (ГСП) имеет три основные ветви:
Электрическую, пневматическую и гидравлическую. Они различаются по виду энергий используемой от вспомогательного источника для формирования регулируемого воздействия.
В ГСП происходит деление ветвей электрических и пневматических на аналоговую и дискретную.
Рис.1.71. Принципиальная схема печи САУ.
СП- переменной сопротивление,
Км- кулачковый механизм,
ЧМ- часовой механизм,
МУ- магнитный усилитель,
ЭД - электродвигатель,
ОУ- обмотка управления,
ОВ - обмотка возбуждения
Ред- редуктор
R - реостат, с помощью которого изменяется сопротивление в цепи нагревателя.
Н- нагреватель,
ТП - термопара.
Объектом управления является электрическая печь рис.1.71, а регулируемой величиной температура в печи. В печь встроена термопара для измерения температуры.
Электрический ток в цепи нагрева зависит от положения щетки реостата.
Количество выделяемого тепла определяется по формуле
Q=I2*R*T , где R- сопротивление сигнала, I-ток.
Реверсивный электродвигатель через редуктор кинематически связан со щеткой реостата, напряжение изменяющее частоту и направление вращения электродвигатель получает от магнитного усилителя. Щетка потенциометра изменяет свое положение, а следовательно и напряжение U0 под действием профильного кулачка кинематически связанного с движением часового механизма. На вход магнитного усилителя подается напряжение U=U0-U1. После усиления разности U в магнитном усилителе она подается на обмотку управления электродвигателя.
Частота и направление вращения двигателя зависит от величины и полярности напряжения на обмотке управления. При положительной разности Uток нагревателя увеличивается, а при отрицательной уменьшается.Увеличение t в печи в рассмотренном примере вызовет возникновение термо ЭДС и уменьшение разности U.
Вывод: таким образом можно сделать заключение, что управляющим сигналом в данной системе является не изменение сигнала задания, регулируемой величины или возмущения, а отклонение регулируемого параметра от заданного значения. Следовательно рассматриваемая САУ является системой управления по отклонению.