6. Класифікація автоматичних систем по алгоритму функціонування: стабілізуючі, програмні та слідячі автоматичні системи: призначення, структурно-функціональні схеми, склад та принцип дії.
Стабилизация. Системы поддержания постоянства управляемой величины называют также системами стабилизации. Простейшая система стабилизации приведена на рис 6.1. В данном случае с делителя напряжения ДН снимается напряжение kuг, пропорциональное регулируемому напряжению uг. Оно сравнивается с напряжением u0 эталонной батареи. Разность Δх = u0 - kuг подается на вход усилителя У, к выходу которого подключен якорь двигателя постоянного тока Д. Двигатель приводит в движение регулирующий орган – реостат, включенный в цепь обмотки возбуждения ОВ генератора. При увеличении uг сверх заданного значения двигатель переместит ползунок реостата так, чтобы сопротивление реостата увеличилось, и напряжение, подводимое к ОВ, уменьшилось. Следствием будет уменьшение подводимого напряжения.
Рис. 6.1. Типичная схема САУ со стабилизацией
ДН –делитель напряжения; ОВ – обмотка возбуждения; У – усилитель;
Д – двигатель
Статический регулятор поддерживает постоянное значение регулируемой величины с ошибкой. Статизм – это величина относительной статической ошибки при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной. В некоторых системах статическая ошибка нежелательна, тогда переходят к регулированию, при котором она в силу структуры системы равна нулю, т.е к астатическому регулированию. Для получения астатического регулирования в регулято-ре нужно устранить жесткую зависимость между положением регулирующего органа и значением регулируемой величины, с тем, чтобы одно и тоже значение регулируемой величины поддерживалось при любой нагрузке. Для этого в цепь вводят астатическое звено.
Программное управление. При программном управлении алгоритм функционирования задан и можно построить специальное устройство – датчик программы, вырабатывающее х0(t). В практике используют два вида систем программного управления: системы с временной программной и системы с пространственной программой. В системах первого вида задатчик программы вырабатывает непосредственно х0(t). Системы второго вида используют в про-граммном управлении иной принцип: в них движение исполнительного органа осуществляется по заданной траектории, закон же движения по траектории во времени мало существен и в широких пределах может быть произвольным.
Используются два способа пространственного программного управления. В первом случае движение по каждой из координатных осей выполняется отдельным приводом, движение по одной из осей задается произвольно (обычно равномерным), а остальные движения увязываются с первым так, чтобы исполнительный орган двигался по заданной траектории. Второй способ состоит в том, что заданная траектория описывается с помощью системы параметрических уравнений, в которых параметром является время, а затем строится решающее устройcтво, задающее движение исполнительным органам по отдельным осям в соответствии с этими параметрическими уравнениями.
Системы программного управления по своей структуре также могут быть статическими и астатическими, однако, поскольку величины х0(t) и z в них не-постоянны, статическая ошибка не устраняется, так как возникают установившиеся ошибки, зависящие от скорости и высших производных, в связи с чем для устранения ошибок в данных системах также необходимо вводить астати-ческие звенья.
Следящие системы. В следящих системах алгоритм функционирования заранее не известен. Обычно регулируемая величина в таких системах воспро-изводит изменение некоторого внешнего фактора, «следит» за ним. Следящая система может быть выполнена в соответствии с любым фундаментальным принципом и отличается от системы с программным управлением тем, что в ней вместо задатчика программ в ней будет помещено устройство слежения за изменениями внешнего фактора.
В качестве примера следящей системы на рис. 6.2. приведена упрощенная схема отработки угла. Регулируемой величиной является угол поворота θвых управляемого объекта 2. Приводной двигатель 3 питается от электромашинного усилителя 1. Входное воздействие подается на сельсин – датчик 5 в виде углового поворота его ротора. Соединенные по трансформаторной схеме сельсин-датчик и сельсин – приемник 4, механически связанный с нагрузкой, вырабатывает напряжение, пропорциональное рассогласованию ε= θвых - θвх между входным и выходным валами следящей системы. Напряжение ошибки усиливается усилителями У1 и У2 и электромашинным усилителем 1 и поступает на якорь исполнительного двигателя 3, вращающего одновременно объект (нагрузку) 2 и ротор сельсина-приемника до тех пор, пока рассогласование не станет равным нулю.
Рис. 6.2. Схема следящей системы
Адаптивные системы. В адаптивных системах предусмотрена возможность автоматической перенастройки параметров или принципиальной схемы САУ с целью приспособления к изменяющимся внешним условиям. В соответствии с этим различают самонастраивающиеся и самоорганизующиеся адаптивные системы.
Обычно адаптивная система содержит в качестве «ядра» схему, реализующую один из фундаментальных принципов управления, а контур адаптации пристраивают к ней как вторичный, осуществляющий коррекцию параметров.
x
U
ε
x
g
Рис. 6.3. Схема адаптивной системы
Контур адаптации, обычно состоящий из устройства измерения ИУ, устройства вычисления ВУ и управления УУ, может быть как разомкнутым (если на его вход подается только входное воздействие), или замкнутым, если он реагирует также и на выходной сигнал системы. Контур самонастройки воздействует на блок настройки параметров БНП, который может быть включен не только последовательно, как показано на рис. 6.3, но и любым другим способом, например, в цепь обратной связи. Вычисление воздействий для коррекции — весьма сложная математическая задача, поэтому в составе адаптивных систем используют различные модулирующие, счетно–решающие устройства и ЭВМ. Способы адаптации и соответствующие им схемы различаются главным образом алгоритмами и реализующими их программами.