Глава 9 пример расчета автоматической системы стабилизации

Расчет системы автоматического регулирования (САР) представляет собой задачу, имеющую, как правило, многозначное решение. Выбор оптимальной кон­фигурации САР зависит от требований, предъявляемых как к данной системе (бы­стродействие, точность, малогабаритность и др.), так и к условиям ее эксплуата­ции. Поэтому невозможно составить универсальный план проектирования и рас­чета САР, так как каждая новая система оригинальна. В методических указаниях представлен лишь общий порядок расчета, предполагая, что читатель, проекти­руя свою систему, сам будет конкретизировать детали в процессе расчета. Ниже приводится краткая характеристика основных этапов расчета САР.

Задание на расчет. В зависимости от технических условий, предъявляе­мых к автоматической системе, задания на расчет могут быть довольно разно­образными. Чаще всего в задание вводятся лишь эксплуатационные требова­ния общего характера, такие как мощность, диапазон регулирования парамет­ра (или параметров), точность, максимальные (предельные) значения пара­метров, эксплуатационные условия (температурный режим, длительность эк­сплуатации и т.д.). В некоторых случаях выдвигаются дополнительные требо­вания: вес, габариты, род тока, тип двигателя, тип усилителя, требования бес­контактности и др. Иногда проектировщику приходится самому дополнитель­но задавать некоторые исходные данные, необходимые для расчета.

Выбор исходных данных. К исходным данным расчета обычно относятся: вид возмущающего воздействия (чаще всего это гармоническое или единичное, сту­пенчатое воздействие); параметры качества регулирования: величина перерегу­лирования (обычно в пределах 10-40 %), время переходного процесса, число ко­лебаний, определяемое числом переходов через положение равновесия (обычно 1-3), запас по модулю и фазе; род тока, величины напряжений, частоты; типы усилителей, двигателей; чувствительность элементов и обратных связей.

Все исходные данные принимаются или на основании опыта проектирова­ния, или же на основании каких-либо других инженерных соображений, опре­деляемых условиями эксплуатации, экономики и т.д. В наиболее ответствен­ных случаях может быть предусмотрено несколько вариантов исходных дан­ных, по которым приходится проводить параллельные расчеты.

Разработка функциональной схемы САР. После уточнения исходных дан­ных выбирается принцип управления системой. В современных автоматичес­ких системах используется несколько принципов управления:

• по отклонению;

• по возмущению;

• комбинированный;

• адаптации;

Очень часто объект управления (ОУ) также допускает несколько способов изменения своего режима, т.е. регулирования. В этом случае проектировщику предстоит также выбрать и способ регулирования ОУ.

Например, частота вращения асинхронного двигателя может регулироваться как изменением величины напряжения статора, так и изменением частоты ис­точника питания; и каждый из этих способов регулирования имеет свои дос­тоинства и недостатки. Они должны учитываться при проектировании каждой конкретной системы.

После выбора способа управления системой и ее исполнительного устрой­ства разрабатывают функциональную схему системы, определяют необходи­мое число главных и местных обратных связей, закладывают законы регули­рования переменных величин, выбирают элементы будущей системы. К ос­новным элементам системы обычно относятся: исполнительные механизмы (двигатели, генераторы и т.д.), усилители (электромашинные, магнитные, электронные и др.), чувствительные элементы, преобразовательные элементы (дискриминаторы, выпрямители и т.п.), источники питания. На этом этапе определяются входные и выходные мощности элементов, их марки или типы, согласовываются напряжения, токи и другие каталожные данные элементов. Формулируются требования по взаимному согласованию входных и выход­ных воздействий элементов.

Составление математической модели САР. Каждая новая автоматическая система оригинальна, и поэтому для ее расчета требуется построить матема­тическую модель. Эта модель является базой не только для расчета системы, но и для анализа и синтеза всех ее характеристик. Математические модели могут составляться отдельно для статического и для динамического режимов, хотя универсальной является динамическая модель, из которой достаточно легко получается модель статики.