5. Принципи побудови систем автоматики. Класифікація автоматичних систем по принципу автоматичного управління ( відхилення, обурення, комбіновані).

Принцип управления по отклонению справедлив для замкнутых САУ и состоит в том, что в автоматическом управляющем устройстве САУ происходит измерение действительного значе­ния управляемой величины и сравнение ее с требуемым значе­нием. Выявленное при этом отклонение формирует управляю­щее воздействие, которое стремится уменьшить или устранить отклонение управляемой величины. Функциональная схема САУ с принципом управления по отклонению показана на рис.5. 1.

Требуемое значение управляемой величины Хвых (t) определяется задающим воздействием поступающим от задающего устройства ЗУ. Х_ВЫХ(t) измеряется, а если необходимо — преобpазуется в цепи главной обратной связи ГОС и подается на вход элемента срав­нения ЭС, который определяет отклонение между управляемой величиной и задающим воздействием θ (t). На выходе АУУ по­сле усиления и преобразования появляется управляющее воз­действие μ (t) стремящееся свести отклонение к нулю. В таких системах управляющее воздействие является функцией откло­нения, т.е. μ (t) = F [ θ (t) ]

Рис.5. 1. Функциональная схема САУ с принципом управления по отклонению.

В отличие от разомкнутых САУ с принципом управления по возмущению, в данном случае ни одно из возмущающих воз­действий не измеряется. Измеряется лишь одна величина — от­клонение, при этом не важно, какими причинами оно вызвано. В этом заключается одно из основных достоинств САУ с прин­ципом управления по отклонению.

Другим достоинством рассматриваемых САУ является то, что данный принцип управления применим для объектов, точ­ные характеристики и параметры которых определить трудно или невозможно. Благодаря своим достоинствам, рассматривае­мые САУ получили наибольшее распространение в технике. Однако принцип управления по отклонению не дает возможно­сти полностью устранить отклонение, т. к. управляющее воз­действие появляется только при наличии отклонения. И, кроме того, в САУ с принципом управления по отклонению возникает проблема устойчивости, поскольку они замкнутые. Примером САУ с принципом управления по отклонению является автома­тическая система стабилизации напряжения генератора посто­янного тока. Управляемым объектом в данной системе является генератор постоянного тока с независимым возбуждением Г с нагрузкой Rн (рис. 5.2). Под действием изменения тока нагрузки, температуры окружающей среды, тока возбуждения изменяется напряжение генератора Uг.

Рис. 5.2. Принципиальная схема автоматической системы стабилизации напряжения генератора постоянного тока

Раз­ность между задающим значени­ем Uз и значением напряжения обратной связи U ос, пропорцио­нального Uг, в виде отклонения ΔU=Uз—Uoс подается на вход усилителя У. При увеличении Uг разность ΔU уменьшается, а при снижении — возрастает. Таким образом, при любых возмущаю­щих воздействиях система стре­мится удержать напряжение ге­нератора около заданного значения Uз с точностью до ΔU. Изменение заданного напряжения генератора достигается из­менением положения движка потенциометра R.

Принцип управления по возмущению справедлив для ра­зомкнутых САУ и заключается в том, что для уменьшения или устранения отклонения управляемой величины от требуемого (предписанного) значения возмущающее воздействие измеряет­ся и преобразуется в такое управляющее воздействие, которое компенсирует вызванное отклонение, обеспечивая тем самым требуемый закон управляемой величины. Функциональная схе­ма САУ с принципом управления по возмущению показана на рис. 5.3.

Рис.5.3. Функциональная схема САУ с принципом управления по возмущению.

Возмущающее воздействие f(t) приводит к отклонению управляемой величины Хвых(t) от требуемого значения. Одновре­менно возмущение подается в АУУ, где происходит его измере­ние в измерительном элементе (ИЭ) и дальнейшее преобразова­ние. В результате вырабатывается управляющее воздействие μ(t), которое противоположно по зна­ку и равно по величине возмущающему воздействию. АУУ должно обеспечивать независимость (инвариантность) управляемой величины от возмущаю­щего воздействия. В САУ с принципом управления по возмуще­нию управляющее воздействие является функцией возмущаю­щих воздействий, т. е.

μ (t) = F [ f(t) ].

Принцип управления по возмущению применяется в тех слу­чаях, когда известны характеристики объекта и имеется воз­можность измерения возмущающих воздействий. Это системы автоматического контроля, дистанционного управления, автома­тического включения и выключения освещения и т. п.

Основным достоинством таких разомкнутых САУ является их простота и возможность полностью скомпенсировать основ­ное возмущающее воздействие, которое измеряется и подается в АУУ. При наличии большого числа возмущающих воздейст­вий и при изменении параметров АУУ (вследствие старения, внешних условий) Хвых(t) может значительно отличаться от требуемого закона ее изменения. Поэтому такие системы при­меняются для решения более простых задач автоматизации, там, где невысоки требования к точности управления и извест­ны характеристики объекта управления.

Примером САУ с принципом управления по возмущению может служить схема управления скоростью двигателя, пред­ставленная на рис.5. 4.

Рис. 5.4. Принципиальная схема управления скоростью двигателя с принципом управления по возмущению

Скорость вращения рото­ра электродвигателя n явля­ется управляемой величиной. Возмущающее воздействие (момент нагрузки Мн) измеряется с помощью моментной муфты ММ, напря­жение на выходе которой Uн пропорционально Мн. Обмот­ка управления ОУ2 электро­машинного усилителя ЭМУ является простейшим преобразователем. Магнитный поток, создаваемый этой обмоткой, про­порционален подводимому напряжению нагрузки Uн. Магнитный поток ОУ2 складывается с магнитным потоком обмотки ОУ1 к которой подводится задающее воздействие Uзад. Таким обра­зом, ЭМУ выполняет функцию сумматора и усилителя одновре­менно.

Увеличение момента нагрузки на валу управляемого объек­та двигателя (Д) приводит обычно к понижению его скорости вращения. В такой системе при увеличении Мн растет Uн, а сле­довательно, возрастает магнитный поток ОУ2 и результирующее магнитное поле ЭМУ. Это, в свою очередь, приводит к увеличе­нию напряжения двигателя Uд , а следовательно, и к увеличе­нию вращающего момента Мвр. Увеличение вращающего момен­та Мвр приводит к тому, что двигатель преодолевает возросший Mн при прежней скорости вращения.

Таким образом достигается независимость управляемой ве­личины— скорости вращения ротора электродвигателя — от возмущающего воздействия — момента нагрузки — в устано­вившемся режиме.

Принцип комбинированного управления сочетает принципы управления по возмущению и по отклонению. В комбиниро­ванных системах принцип управления по отклонению реализу­ется с помощью главной обратной связи, а по возмущению — с помощью связей по возмущению в автоматическом управляю­щем устройстве. Функциональная схема системы с комбиниро­ванным принципом управления показана на рис. 5.5. Независи­мость управляемой величины Xвых(t) от основных возмущаю­щих воздействий обеспечивается их подачей в АУУ. Цепь обрат­ной связи ГОС ликвидирует вли­яние всех других возмущающих воздействий. Управляющее воздействие μ (t) в комбинированных системах является функцией отклонения и возмущающих воздействий:

μ(t) = F [ θ (t), f(t) ].

В комбинированных системах проявляются достоинства и компенсируются недостатки рассмотренных выше систем. Ком­бинированные САУ являются наиболее совершенными система­ми с высокой точностью управления.

Рис. 5.5. Функциональная схема САУ с принципом комбинированного управления.

Примером такой системы может служить схема амплитуд­но-фазового компаундирования судового синхронного генера­тора типа МСС, устанавливаемого на транспортных судах постройки 60-х годов.. Данная схема выполнена по прин­ципу амплитудно-фазового компаундирования с электромагнит­ным сложением составляющих тока и напряжения на сумми­рующей обмотке ОС трансформатора фазового компаундирова­ния ТФК (рис.5. 6).

Трехстержневой трансформатор ТФК имеет четыре обмотки (первичные — токовую ОТ и напряжения ОН, а вторичные — сопротивления ОС и питания ОП), а также магнитный шунт для создания потока рассеяния и увеличения индуктивного со­противления обмотки ОН, необходимого для сдвига фаз между током и напряжением на 90°.

В представленной схеме принцип управления по возмуще­нию осуществляется с помощью токовой обмотки ОТ ТФК, ко­торая трансформирует токовую (компаундирующую) составля­ющую напряжения на выходе обмотки сопротивления ОС ТФК, включенной на кремниевый выпрямитель В1. Принцип управле­ния по отклонению реализуется цепью обратной связи через обмотку напряжения ОН ТФК. Дроссель отбора (ДО) являет­ся регулируемой нагрузкой, включенной на обмотку ОС парал­лельно выпрямителю В1. При уменьшении управляемой вели­чины (напряжения) на выходе генератора снижается вторичное напряжение на обмотке питания (ОП) цепей управления. Умень­шится также напряжение на выходе выпрямителя В2 и обмотке управления (ОУ) дросселя. При уменьшении насыщения сер­дечников сопротивление рабочих обмоток ОР дросселя увели­чится, что вызовет увеличение напряжения на входе выпрями­теля В1. Следовательно, увеличится ток в обмотке возбужде­ния ОВГ, который является управляющим воздействием, и восстановится напряжение генератора. При увеличении напряжения на выходе между выпрямителем В1 и дросселем ДО в обратном направлении.

Резисторы СР и СУ предназначены для регулирования напряжения генератора соответственно при холостом ходе и при работе генератора под нагрузкой.

Рис. 5.6. Принципиальная схема системы амплитудно-фазового компаундирования судового синхронного генератора типа МСС с корректором напряжения.