1. Система автоматического регулирования (САР). Основные понятия.

На всякое техническое устройство всегда влияет внешняя среда. Влияние внешней среды чаще всего имеет возмущающий характер, т.е. среда мешает правильному выполнению тех- нического процесса. Поэтому приходится оказывать на устройство специальные воздей- ствия, направленные на устранение или компенсацию отрицательного влияния среды и вы- полнение алгоритма функционирования. Устройство (или совокупность устройств), осу- ществляющее технический процесс и нуждающееся в специально организованных воздей- ствиях извне для осуществления его алгоритма функционирования, называют объектом управления.

Совокупность предписаний, определяющая характер воздействий извне на объект управ- ления с целью осуществления его алгоритма функционирования, называют алгоритмом управления. Процесс осуществления воздействий, соответствующих алгоритму управления, называют управлением.

Физическая величина x(t), которая характеризует состояние объекта и которую предна- меренно изменяют или поддерживают постоянной в процессе управления, называется управляемой (регулируемой) величиной. Управляемой величиной может служить физическая величина, которая либо измеряется (непосредственно на выходе объекта), либо вычисляется по нескольким измеряемым величинам.

Влияние внешней среды на ОУ называют внешним возмущением. Возмущающие воздей- ствия могут быть координатными и параметрическими. Координатные воздействия – это физические величины, которые обычно сами являются характеристиками состояния внеш- ней среды или выходными воздействиями других технических устройств, не являющихся частями рассматриваемой автоматической системы. Параметрические возмущения также являются следствием влияния внешней среды, но проявляются в изменениях параметров объекта.

2. Классификация САР по характеру изменения установки.

По виду сигналов, действующих в системах: непрерывные и дискретные (импульсные, релейные и циф-ровые).

По виду диф.уравнений, описывающих элементы систем: линейные и нелинейные.

По зависимости упр.величины в уст.режиме от возмущения: статические и астатические.

Еще одна классификация из лекции:

1. Система стабилизации-

2. Система программного устройства

3. Стимулирующая система

4. Оптимальные системы

В системах стабилизации (рис.9,10) обеспечивается неизменное значение управляемой величины при всех видах возмущений, т.е. y(t) = const. ЗУ формирует эталонный сигнал, с которым сравнивается выходная величина. ЗУ, как правило, допускает настройку эталонного сигнала, что позволяет менять по желанию значение выходной величины.

В программных системах обеспечивается изменение управляемой величины в соответствии с программой, формируемой ЗУ. В качестве ЗУ может использоваться кулачковый механизм, устройство считывания с перфоленты или магнитной ленты и т.п. К этому виду САУ можно отнести заводные игрушки, магнитофоны, проигрыватели и т.п. Различают системы с временной программой (например, рис.1), обеспечивающие y = f(t), и системы с пространственной программой, в которых y = f(x), применяемые там, где на выходе САУ важно получить требуемую траекторию в пространстве, например, в копировальном станке (рис.11), закон движения во времени здесь роли не играет.

Следящие системы отличаются от программных лишь тем, что программа y = f(t) или y = f(x) заранее неизвестна. В качестве ЗУ выступает устройство, следящее за изменением какого-либо внешнего параметра. Эти изменения и будут определять изменения выходной величины САУ. Например, рука робота, повторяющая движения руки ч еловека.

3. Принципы регулирования.

4. Общая функциональная схема сар.

Пример функциональной схемы приведен на рис. 1.2.. Функциональная схема состоит из прямоугольников, изображающих звенья системы, и стрелок, соединяющих выходы и входы звеньев согласно функциональным связям между ними. Стрелками также показываются внешние управляющие и возмущающие воздействия и сигнал на выходе системы.

Рис. 1.2. Функциональная схема системы автоматического управления: ЗУ – задающее устройство; ЭС – элемент сравнения; У – усилитель напряжения; УМ – усилитель мощности; ИУ – исполнительное устройство; РО – регулирующий орган; О – объект; ЗОС – звено обратной связи; U_з – напряжение задающего сигнала; U –напряжение рассогласования; U_у – напряжение с выхода усилителя

5. Статические Режимы сар. Статические характеристика сар.

Режим работы САУ, в котором управляемая величина и все промежуточные величины не изменяются во времени, называется установившимся, или статическим режимом. Любое звено и САУ в целом в данном режиме описывается уравнениями статики вида y = F(u,f), в которых отсутствует время t. Соответствующие им графики называются статическими характеристиками. Статическая характеристика звена с одним входом u может быть представлена кривой y = F(u) (рис.13). Если звено имеет второй вход по возмущению f, то статическая характеристика задается семейством кривых y = F(u) при различных значениях f, или y = F(f) при различных u.

 

 

 

6. Виды соединения звеньев САР. Определения коэффициента передачи для последовательного и параллельного соединенных звеньев.

7. Зависимость выходного сигнала САР от величины входного сигнала и возмущающего воздействия в установившемся режиме.

8. Зависимость изображения выходного сигнала САР от изображения входного сигнала и возмущающего воздействия.

9. Статическая САР. Определение статизма системы.

Рассмотрим систему регулирования уровня воды в баке (рис.20). Возмущающим фактора является поток Q воды из бака. Пусть при Q = 0 имеем y = y_o , e = 0. ЗУ системы настраивается так, чтобы вода при этом не поступала. При Q 0, уровень воды понижается (e 0), поплавок опускается и открывает заслонку, в бак начинает поступать вода. Новое состояние равновесия достигается при равенстве входящего и выходящего потоков воды. Но в любом случае при Q 0 заслонка должна быть обязательно открыта, что возможно только при e 0. Причем, чем больше Q, тем при больших значениях e, устанавливается новое равновесное состояние. Статическая характеристика САУ имеет характерный наклон (рис.19б). Это есть пример статического регулирования. Для получения статического регулирование, все звенья САР должны быть статическими.

Статические регуляторы работают при обязательном отклонении e регулируемой величины от требуемого значения. Это отклонение тем больше, чем больше возмущение f. Это заложено в принципе действия регулятора и не является его погрешностью, поэтому данное отклонение называется статической ошибкой регулятора. Из рис.21 видно, что, чем больше коэффициент передачи регулятора K_р, тем на большую величину откроется заслонка при одних и тех же значениях e, обеспечив в установившемся режиме большую величину потока Q. Это значит, что на статической характеристике одинаковым значениям e при больших K_р будут соответствовать большие значения возмущения Q, статическая характеристика САУ пойдет более полого. Поэтому, чтобы уменьшить статическую ошибку надо увеличивать коэффициент передачи регулятора. Того же результата можно добиться, увеличивая коэффициент передачи объекта управления, но это дело конструкторов, проектирующих данный объект, а не специалистов по автоматике.

Статизм d, САР, характеризует насколько сильно значение регулируемой величины отклоняется от требуемого значения при действии возмущений, и равна тангенсу угла наклона статической характеристики, построенной в относительных единицах: d = tg(a) = (рис.22), где y = y_н, f = f_н - точка номинального режима САУ. При достаточно больших значениях K_p имеем d 1/K_p.