1 .4.2 Управление по отклонениям. Занятие 13.

Достоинство этого способа регулирования заключается в том, что измеряется выходная величина х_вых и определяется ее отличие от входной величины х_вх.

С помощью задатчика выдается величина х_вх, которая определяет закон регулирования. Входная величина может быть любой физической природы: напряжение, ток, частота и т.д. Её величина должна соответствовать выходной величине. Например, если регулируемая величина—скорость, с задатчика должно подаваться напряжение (или частота, или еще что-нибудь), пропорциональное скорости. В качестве задатчика может использоваться потенциометр, программатор, микроконтроллер и т.д.

Выходная величина х_вых измеряется с помощью датчика ОС ДОС, преобразуется в величину х^,_вых и подается на элемент сравнения ЭС. С помощью ЭС определяется отклонение Δх = х^,_вых - х_вх выходной величины от входной. Кроме функции измерения ДОС должен обладать функцией преобразования измеренной величины х_вых в величину х^,_вых той же физической природы, что и входная величина: если х_вх--напряжение, а х_вых -- угловая скорость, то х^,_вых должна быть напряжением. Это необходимо для возможности сравнения выходной величины с входной. Отклонение, усиленное усилителем, воздействует на исполнительное устройство ИУ. Чем больше отклонение, тем больше воздействие. Система стремится к тому, чтобы отклонение было равно нулю. Тогда воздействие на ИУ будет равно нулю, х_вых соответствует х_вх.

Система регулирования по отклонениям обладает существенными преимуществами, по сравнению с системой регулирования по компенсации возмущений.

1. Регулирование осуществляется независимо от типа и величины возмущения. Система стремится всегда уменьшить отклонение. Не нужно глубоко изучать возмущающие факторы.

2. Количество возмущений не играет роли.

3. Измеряется непосредственно выходная величина, а не промежуточные результаты. Это увеличивает точность регулирования.

4. На основе такого принципа могут быть созданы самые различные системы: стабилизирующие, управляющие, следящие и т.д.

Система управления по отклонениям входит в состав систем с ОС. В данном случае используется ООС. Системы с ОС при определенных условиях могут самовозбуждаться (потеря устойчивости), что должно быть предметом пристального внимания. Теория автоматического регулирования ТАР одним из своих главных разделов имеет раздел об устойчивости.

1.5 Управление мощностью нагрузки (фазо-импульсная, частотно-импульсная и широтно-импульсная модуляции—ФИМ, ЧИМ, ШИМ).

1.5.1 ФИМ. Занятие 14.

К онечным звеном устройства управления служит исполнительное устройство ИУ, в качестве которого может быть электродвигатель, нагревательная печь, устройство освещения и т.д. и т.п. Эти устройства потребляют и преобразуют энергию. Показателем потребления энергии является мощность, которой необходимо управлять, т.е. подавать ее больше или меньше. При этом существенным качеством управления мощностью является наличие потерь, которое выражается коэффициентом полезного действия (КПД). КПД должен быть по возможности выше. Это значит, что потери на самих управляющих элементах должны быть минимальными. Наиболее используемыми элементами являются тиристоры и мощные транзисторы, работающие в ключевом режиме. ФИМ используется в цепях переменного тока. В сочетании с выпрямителями ФИМ может использоваться для потребителей постоянного тока.

И дея управления заключается в том, что в нагрузку напряжение подается не весь полупериод, а часть полупериода φ₂. Эта часть полупериода называется открытой фазой полупериода. Часть полупериода φ₁, в течение которой напряжение не подается в нагрузку, называется закрытой фазой полупериода. Изменяя соотношение φ₁ и φ₂, регулируют мощность, поступающую в нагрузку. ФИМ проще всего организовать с помощью тиристоров. Так как тиристоры обладают односторонней проводимостью, управление создается двумя тринисторами, включенными встречно, либо симисторами.

Для управления фазой отпирания тиристора используют внешнее управляющее напряжение U_упр. Его сравнивают с пилообразным напряжением U_п, которое соответствует равномерному изменению фазы сети в течение полупериода. В начале полупериода U_п =0 и, как правило, U_п < U_упр. Но U_п по абсолютной величине растет. В тот момент, когда их величины сравняются (точки 1, 2, 3, 4) возникает напряжение U_отп, которое включает генератор, отпирающий тиристор. В момент перехода через ноль тиристор выключится. В следующем полупериоде все повторится. Средний ток нагрузки зависит от фазы отпертого состояния тиристора. Следовательно, с помощью ФИМ происходит управление мощностью нагрузки.

Недостатком ФИМ является нелинейность управления: линейное изменение фазы управления вызывает нелинейное изменение мощности, так как напряжение сети имеет синусоидальный характер.

Вторым недостатком является резкий скачок напряжения при включении тиристора, который создает в сети импульсные помехи.

Практическая работа №5.Изучение работы устройства с ФИМ. Занятие 15.