1.4 Классификация сау и законы управления

САУ можно классифицировать по классам и принципам действия.

По классам дифференциальных уравнений:

Линейными системами называются систмы, описываемые линейными дифференциальными уравнениями, в противном случае система входит в класс нелинейных. Линейные и нелинейные дискретные системы описываются соответсвеннно линейными и нелинейными разностными уравнениями или системами разностных уравнений.

Линейные и нелинейные стационарные системы описываются дифференциальными уравнениями с постояными коэффициентами, а нестационарные системы с переменными коэффициентами.

Сосредоточенные системы или системы со средоточенными параметрами, описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями.

Распределенные системы или системы с распределенными параметрами, описываются дифференциальными уравнениями в частных производных.

Существуют два закона управления: по отклонению выходной велины и по возмущению.

САУ по отклонению – принцип И.И.Ползунова, предложенная им в 1765г. В настоящее время используется в 90% промышленных САУ.

Достоинством САУ по отклонению является то, что она компенсирует влияние любого возмущающего воздействия, которое вызвало изменение значения ее выходного сигнала у от заданного значения. Это изменение фиксирует датчик и через цепь отрицательной обратной связи, сигнал контролируемого параметра поступает на вход сравнивающего устрйства, которое, в свою очередь, вырабатывает сигнал отклонения ε = х - х_ос , поступающего на регулятор (рисунок 1.3). Недостаток состоит в том, что сначала должно появиться отклонение ε выходного сигнала у (параметра) от заданного ззначения и только затем регулятор компенсирует возмущающе воздействие.

Рисунок 1.3 - Структурная схема САУ по отклонению

САУ по возмущению – принцип Ж.Понселе, предложеннй им в 1830г. Если f возмущающее действие на объект, его измеряют и подают на регулятор для сравнения с заданным значением и выработки управляющего сигнала, изменяющего значение входного сигнала (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 - Структурная схема САУ по возмущению

При таком принципе управления изменение возмущающего воздействия компенсируется регулятором до того, как оно нарушит технологический режим работы объекта. Однако есть существенный недостаток – неспособность компенсировать влияние других возмущающих воздействий.

САУ по возмущению является разомкнутой, т.е. без обратной связи по выходному сигналу.

Комбинированные САУ совмещают оба закона управления и лишены многих недостатков рассмотренных схем (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 - Структурная схема комбинированной САУ

По закону изменения выходного сигнала задатчика различают САУ стабилизации, программные и следящие.

По закону изменения выходного сигнала регулятора различают САУ дискретные (двух, трехпозиционные) и непрерывные (аналоговые).

Двухпозиционные (вкл. – выкл.) САУ надежны (холодильные установки), дешевы, но мала точность регулирования.

Тема 2. Структурные схемы сау

САУ состоит из отдельных узлов (элементов), соединенных определенным образом. На рисунке 2.1 приведена типовая структурная схема промышленной САУ, в которой основным элементом является: датчик, измеряющий выходную величину У, регулятор с элементом сравнения (ЭС), в который поступают выходной сигнал датчика, соответствующий текущему значению регулируемого параметра, и выходной сигнал задатчика, соответствующий заданному значению регулируемого параметра.

При несоответствии этих двух сигналов (в результате влияния возмущающих воздействий λ₁ и λ₂) регулятор вырабатывает управляющее воздействие – сигнал μ, который поступает в исполнительный механизм (ИМ). Последний выполняет роль усилителя мощности управляющего сигнала регулятора.

Усиленный в ИМ управляющий сигнал μ* поступает в регулирующий орган, который непосредственно изменяет входной поток сырья или энергии – величину Х, приводя тем самым значение регулируемого параметра У к заданному_. Если возмущающее воздействие λ₂ поступает на объект с входным потоком энергии (вещества), считается, что это возмущение со стороны регулирующего органа. Если выходной сигнал задатчика изменяется во времени (по программе или случайным образом), то САУ воспринимает это его изменение как возмущающее воздействие Х₃ со стороны задатчика.

Рисунок 2.1 - Структурная схема САУ.

При рассмотрении САУ чаще используется укрупненная структурная схема (рисунке 4.2), на которой объект управления включает в себя регулирующий орган и датчик, а регулятор объединен с задатчиком и исполнительным механизмом.

В ТАУ жетско организованную через цепочку элементов связи выходного сигнала системы с входным, при которой отклонение выходного сигнала системы (т.е. объекта) вызывает ссответствующее изменение ее входного сигнала, называют обратной связью (ОС).

Различают обратную связь положительную и отрицательную.

Отрицательная обратная связь – это связь выходного системы с входным, при которой отклонение выходного сигнала одного знака вызывает изменение входного сигнала противоположного знака. Например, при увеличении температуры выше заданной требуется уменьшить подачу топлива.

Положительной обратной связью – это такая связь выходного сигнала системы с входным, при которой отклонение выходного сигнала одного знака вызывает изменение входного сигнала такого же знака.

В промышленных САУ регулятор всегда включен в отрицательную обратную связь. Положительная обратная связь используется в электронике для повышения коэффициента усиления схем. Синтез САУ сводится к выбору типа регулятора, которые реализуют пять основных законов регулирования.