14. Типовые нелинейные элементы сау

Структура и уравнение нелинейной САУ в общем случае могут быть очень сложными. Степень сложности зависит от количества, вида и места включения нелинейных элементов. Однако большинство систем, встречающихся в промышленной автоматике, содержат один существенно нелинейный элемент. Обобщенная алгоритмическая схема таких систем показана на рис.14.1. На схеме выделены линейная и нелинейная части системы. Линейная часть включает в себя все линейные звенья системы и может иметь структуру любой сложности, в частности, содержать внутренние обратные связи.

Рисунок 14.1. Обобщенная алгоритмическая структура нелинейной САУ

Нелинейная часть образована одним нелинейным элементом, выходная величина y_н которого может быть выражена как функция входной величины x_н и ее производной :

(14.1)

Структура, изображенная на рис. 14.1, соответствует случаю, когда нелинейный элемент выполняет функции управляющего устройства, как например, в системе стабилизации температуры (рис.13.2).

Иногда нелинейный элемент выполняет одновременно и функции блока сравнения. Так, например, в системе стабилизации уровня выходная величина управляющего устройства - напряжение и_д - связана с входной величиной - уровнем h зависимостью, изображенной на рис.14.2. Среднее значение h₀ между положениями верхних и нижних контактов может рассматриваться как задающее воздействие.

Рисунок 14.2. Нелинейное устройство и его характеристика

Простейшими нелинейными элементами являются статические (безынерционные) нелинейности. У них выходная величина y_н зависит только от входной величины х_н, причем эта зависимость строго однозначна.

1. Идеальное реле (двухпозиционное реле).

2. Трехпозиционное реле (реле с зоной нечувствительности)

3. Усилитель с ограничением (усилитель с насыщением)

4

. Усилительс зоной нечувствительности.

5. Усилитель с зоной нечувствительности и ограничением

У динамических нелинейностей выходная величина у_н зависит как от входной величины х_н, так и от ее производной . Характеристика динамической нелинейности всегда неоднозначна.

1. Реле с гистерезисом

2

. Реле с зоной нечувствительности и гистерезисом.

3. Нелинейность типа «люфт»

Рисунок 14.3 Нелинейные устройства и их характеристики

Рассмотренные статические и динамические нелинейности относятся к классу нелинейностей с кусочно-линейными характеристиками.

В управляющих устройствах САУ наряду с релейными элементами часто используются так называемые особые нелинейности, множительное и делительное звенья, элементы с переменной структурой, элементы логического типа.

Для улучшения качества систем применяются управляющие устройства с переменной структурой. В таких устройствах специальный блок изменения структуры (БИС) может включать в основной контур системы звенья с различными динамическими свойствами.

Например, в устройстве на рис.14.4,а БИС, в зависимости от значений сигнала ошибки и его производной, переключает закон регулирования с пропорционального на интегральный. Изменение структуры может происходить в зависимости и от других сигналов основного контура. Схема на рис. 14.4,б при больших сигналах ошибки работает как трехпозиционный регулятор, а при малых — как ПИ-регулятор. В ней изменение структуры происходит за счет зон нечувствительности.

Рисунок 14.4. Нелинейные управляющие устройства с переменной структурой

Управляющим устройствам с переменной структурой эквивалентны и различные логические УУ. На рис. 14.5,а изображена структура логического УУ, изменение которой происходит по следующему алгоритму, называемому переключающей функцией:

Рисунок 14.5. Алгоритмическая структура (а) и переключающая функция (б) логического управляющего устройства