книги из ГПНТБ / Фотиев М.М. Рудничная автоматика и телемеханика учеб. пособие

RIO) с общим сопротивлением 1,5 ком, а входной сигнал подается на зажим 3(4). Зажимы 1 к 2 соединены соответственно с коллек­ торными зажимами 8 и 9. Обратная положительная связь осуще­ ствляется через резисторы R1 и RIO и диоды Д1 и Д2.

Рис. 62. Схема элемента ЭТ-Л02И:

Наряду с указанными могут быть реализованы и такие логи­ ческие функции: «и—не», «или—не», «запрет» и др.

На рис. 63 показана схема функционального элемента ЭТ-Ф02И.

Элемент обладает релейной характеристикой и служит для преоб-

Рис. 63. Схема функционального элемента ЭТ-Ф02И:

77, Т 2 — транзисторы; Д / — диод; Д 2 — стабилитрон; R ! — Î W — резисторы

разования плавно изменяющегося входного напряжения в дискретный выходной сигнал установленного уровня. Схема представляет собой двухкаскадный усилитель постоянного тока с положительной обратной связью, что обусловливает лавинообразный процесс на­

растания выходного сигнала при увеличении входного сигнала до определенного значения. Переход транзистора Т2 от состояния насыщения к отсечке осуществляется при работе входного тран­ зистора 77 в активной зоне. Цепь обратной связи (резистор R3) подключена к делителю R8, R9, RIO, который при срабатывании элемента отключается от транзистора Т2 с помощью диода Д1. Напряжение срабатывания элемента регулируется в широких пре-

Рис. 64. Схема элемента времени ЭТ-В02И:

возврата (гистерезис) элемента может устанавливаться потенцио­

полняющая функцию ограничения длительности действия сигнала величиной Д/.

При отсутствии входных сигналов транзистор Т2 насыщен то­ ком базы, протекающим по резистору R1 (или R2). Работа элемен­ та возможна только тогда, когда конденсатор С, который подклю­ чается внешним монтажом, заряжен напряжением НИом (потенци­ ал на базе транзистора близок к нулю). Подача входного сигнала на элемент «или — не» (например, ЭТ-Л02И) приводит к насыще­ нию транзистора 77. При этом ток разряда конденсатора С через резистор R1(R2) и открывшийся транзистор 77 элемента «или — не» создает положительное смещение на базе транзистора Т2, кото­ рый переходит в режим отсечки. На выходе появляется напряже­

ние, но только на время, в течение которого конденсатор С разря­ жается до нуля. По истечении этого времени транзистор Т2 снова оказывается открытым и насыщается током базы. Выходной сиг­

нал исчезает.

Выходные усилители предназначены для повышения нагрузоч­ ных способностей логических схем, для включения сигнальных ламп и т. д. Выходные усилители серии ЭТ изготовляют на токи от 0,04 до 4,2 а с максимальным напряжением 24 и 36 в. Входные

125 ма. В элементе конструктивно объединены две схемы усили­ телей.

При использовании ЭТ-У02И в качестве усилителя согласова­ ния необходимо: подать питание от —12 в\ ввести в коллекторную цепь резистор R4 = 330 ом, соединив выводы 9 и 11\ подключить нагрузку к выходу 9\ использовать в качестве входа вывод 5 (через Rl = 680 ом). При этом ток коллектора не должен превышать 60— 80 ма. Для увеличения тока нагрузки до 125 ма необходимо вход­ ной сигнал подать через диод Д5, что позволит обеспечить надеж­ ное закрытие'транзистора 77 при отсутствии сигнала. При подклю­

импульсы, которые через выходной преобразователь ВП воздейст­ вуют на управляющий элемент УЭ системы электропривода ЭП. В качестве командных органов используют различные бесконтакт­ ные датчики, бесконтактные путевые переключатели, а также ко­ мандоаппараты контакторного управления.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ

§ 33. Классификация систем автоматического управления

В зависимости от выполняемых задач системы автоматическо­ го управления делятся на несколько классов. Простейшей и в то же время наиболее распространенной задачей управления являет­ ся поддержание заданного значения управляемой величины или заданного закона ее изменения. Существует три класса систем та­ кого рода, объединенных общим названием — системы автомати­ ческого регулирования (САР): стабилизации, программные и сле­

дящие.

Система стабилизации предназначена для поддержания посто­ янного значения одной или нескольких регулируемых величин. К системе стабилизации можно отнести, например, систему авто­ матического поддержания направления движения проходческого комбайна и др.

Программной называется САР, у которой регулируемые вели­ чины изменяются по определенным законам, заданным в виде функций времени или других параметров. Система программного регулирования содержит программу изменения регулируемой ве­ личины.

Следящей называется САР, в которой заданное значение регу­ лируемой величины может изменяться по произвольному закону во времени.

В ходе технологического процесса могут измениться условия его протекания, требования к качеству продукта, а также парамет­ ры и характеристики агрегата вследствие износа элементов и т. д. В изменившихся условиях старые параметры настройки регулято­ ра или старая программа не будут отвечать требованиям наилуч­ шего протекания процесса. Необходимо изменить программу или настройку регулятора. Эту сложную задачу может выполнить опе­ ратор, а без участия человека лишь так называемые самоприспосабливающиеся системы.

Регулирование по возмущению — возмущающее воздействие измеряется и пропорциональный ему сигнал подается на вход сис­ темы управления. Сама система остается разомкнутой. Она позво­ ляет устранить влияние лишь некоторых возмущений (в основном главного), влияние других возмущений остается.

Комбинированные системы сочетают свойства обеих рассмот­ ренных систем. На вход системы подается сигнал, пропорциональ­

приток жидкости по верхней трубе. Установившееся состояние на­ ступит тогда, когда расход жидкости будет равен притоку (Qi= = Q), что соответствует некоторому уровню, отличному от перво­ начального. Графическое изображение зависимости установивше­ гося значения регулируемой величины X от входного воздействия называется статической характеристикой системы (рис. 68, в). При увеличении входного воздействия от 0 до Qmaxрегулируемая величи­ на (уровень) изменяется от Атах до -Хццп. Одно из значений X в этом интервале, например среднее арифметическое значение

принимается за номинальное значение регулируемой величины, а величина

■“^ном

называется коэффициентом неравномерности или статизмом.

Разность между каким-либо установившимся значением регули­ руемой величины X и ее номинальным значением называют абсо­ лютной статической ошибкой:

Ь Х = Х - Х И0Ѵ.

Астатической называется система, в которой при воздействии, стремящемся к некоторому установившемуся постоянному значению, отклонение регулируемой величины стремится к нулю вне зависимо­ сти от величины воздействия.

На рис. 68, б показана схема простейшей астатической системы регулирования уровня жидкости. При увеличении расхода жидкости поплавок Я опускается и замыкает верхний контакт К. Двигатель Д, включившись, изменит положение задвижки 3, которая увеличит приток жидкости. В этой схеме установившееся состояние при лю­ бом расходе имеет место только для одного значения регулируемой величины, соответствующего нейтральному положению контакта. Таким образом, после окончания переходного процесса регулиру­ емая величина принимает значение, равное заданному, независимо от величины возмущения.

§ 34. Законы регулирования

Любая система автоматического регулирования состоит из объ­ екта регулирования и регулятора. Функциональная схема САР имеет такой же вид, как и схема автоматического управления (см. рис. 1, а и б). Все элементы, кроме объекта управления ОУ, отросятся к регулятору. Каждый регулятор выполняет три основные функции: измерение регулируемой величины, сравнение ее с задан­ ным значением и осуществление регулирующего воздействия на объ­ ект регулирования.

Тип регулятора определяется законом, по которому он работает, т. е. временной связью между входной величиной регулятора (от­ клонение регулируемой величины) и его выходной величиной (пе­ рестановка регулируемого органа). К регуляторам, действия кото­ рых основаны на простейших законах регулирования, относятся: позиционные, пропорциональные и интегральные.

Позиционные регуляторы бывают двух-и миогопозиционные. У двухпозиционного регулятора регулирующий орган может зани­ мать лишь два крайних положения (позиции) : «открыто» и «закры­ то». У многопозиционного регулятора регулирующий орган, пере­ мещаясь, может занимать разные фиксированные положения.

Пропорциональные или статические регуляторы реагируют на отклонение регулируемой величины, причем регулирующее воздей­ ствие пропорционально этому отклонению.

Более сложными являются интегральные или астатические регу­ ляторы, у которых скорость перемещения регулирующего органз пропорциональна отклонению входной величины. Такие регуляторы стремятся устранить отклонение без статической ошибки. С помо­ щью специальных приспособлений можно изменять основные харак­ теристики регулятора, т. е. настраивать его по динамическим харак­ теристикам объекта регулирования при высоком качестве регулиро­ вания на различных объектах. Оптимальная настройка регулятора должна обеспечить сравнительно небольшое отклонение регулируе­ мой величины и достаточно быстрое затухание переходного про­ цесса.

§35. Основные свойства объектов управления

Основными свойствами объектов, оказывающими влияние на протекание процесса управления, являются: емкость объекта, самовыравнивание, постоянная времени, время запаздывания и коэффи­ циент передачи.

Емкостью объекта называется зависимость скорости изменения управляемой величины от возмущающего воздействия при отсутст- ^ вии регулятора. Чем больше емкость объекта, тем проще задача управления, так как в этом случае управляемая величина не совер­ шает быстрых изменений при появлении возмущения.

Самовыравниванием называется свойство объекта, заключающе­ еся в том, что после снятия возмущения (нагрузка возвращается к прежнему значению) управляемая величина без помощи регулято­ ра также приходит к прежнему значению.

Объекты, обладающие самовыравниванием, называются устойчи­ выми. Устойчивые объекты после возникновения возмущения прихо­ дят в новое равновесное состояние, например, двигатель постоянно­ го тока с параллельным возбуждением.

Если при возникновении возмущения управляемая величина мо­ жет с течением времени непрерывно изменяться в одном направле­ нии (увеличиваться или уменьшаться), или оставаться постоянной (в зависимости от соотношения между притоком и расходом энер­ гии или вещества в объекте), то такой объект, не обладающий само­ выравниванием, называется нейтральным или астатическим.

График изменения выходной величины объекта во времени при переходном режиме называется кривой разгона объекта. Момент начала изменения управляемой величины у запаздывает на время х (рис. 69) относительно момента возникновения возмущения-или из­ менения величины входного сигнала. Это время называется време­ нем запаздывания.

Время перехода объекта от одного установившегося состояния к другому зависит от величины изменения входной величины или воз­ мущения и от инерционности объекта. Инерционность характеризу­

ем

ется постоянной времени Т. Для определения величины Т необходи­ мо в точке наибольшей скорости изменения управляемой величины (точка А на рис. 69) провести к кривой разгона касательную. Гра­ фическое определение Т ясно из рисунка.

Коэсрфициент передачи пред­ ставляет собой отношение выход­ ной величины к входной в устано­ вившемся режиме

Системы автоматического регулирования состоят из отдельных элементов, физическая природа которых может быть различна, но выполняемые функции однотипны. Однако классификация элемен­ тов САР по выполняемым функциям (см. функциональную схему на рис. 1) при исследовании динамических режимов работы неце­ лесообразна. Элементы могут выполнять одинаковые функции, но обладать различными динамическими свойствами. Поэтому для ис­ следования динамики САР элементы классифицируют не по их на­ значению, а по динамическим свойствам. Эти элементы называются динамическими звеньями. Независимо от выполняемых функций, динамические звенья различаются лишь переходной характеристи­ кой, т. е. видом переходного процесса. Для оценки и сравнения ра­ боты различных динамических звеньев в переходном режиме на входы их подают определенные (стандартные) воздействия, одним из них является единичное скачкообразное воздействие (рис. 70, а), при котором входная величина мгновенно достигает номинального значения, а затем остается неизменной.

Замена САР типовыми динамическими звеньями производится для анализа системы с точки зрения ее устойчивости, качества ре­ гулирования, для расчета переходных процессов и т. д.

Классифицируя звенья САР по переходным характеристикам, можно все звенья, различные по конструкции, принципу действия и т. д., свести к пяти основным типам.

Усилительное (безынерционное) звено — выходная величина про­ порциональна входной:

у —kx,

где k — коэффициент усиления, постоянная величина.