Вопрос 3

Назовите виды возмущающих воздействий и реакции на эти воздействия.

Блок-схему системы управления можно представить в следующем виде:

X – входной сигнал; Y – выходной сигнал; U – управляющее воздействие

Воздействие - целенаправленное изменение режима работы объекта управления, изменяющие течение технологического процесса на объекте управления достигаемое воздействием на специальные входы объекта.

Возмущающие воздействия носят случайный, трудно предсказуемый характер(изменение температуры наружного воздуха, колебания напряжения в электросети и др).

Статическое и астатическое регулирование.

Если на управляемый процесс действует возмущение (дестабилизирующий фактор) f, то значение имеет статическая характеристика системы в форме y = F(f) при y₀ = const. Возможны два характерных вида этих характеристик (рис. 4.3). В соответствии с тем, какая из двух характеристик свойственна данной системе, различают статическое и астатическое регулирование.

Рис. 4.3.

Рассмотрим систему регулирования уровня воды в баке. Возмущающим фактором системы является поток Q воды из бака. Пусть при Q = 0 имеем y = y0, сигнал рассогласования по заданному уровню воды ε = 0. Звено управления Р системы (регулятор) настраивается так, чтобы вода при этом в бак не поступала. При Q ≠ 0, уровень воды понижается (ε ≠ 0), поплавок опускается и открывает заслонку, в бак начинает поступать вода. Новое состояние равновесия достигается при равенстве входящего и выходящего потоков воды.

Следовательно, при Q ≠ 0 заслонка должна быть обязательно открыта, что возможно только при каком-то новом уровне воды y₁, при котором ε = К (y₀ - y₁) ≠ 0.Причем, чем больше Q, тем при больших значениях ε устанавливается новое равновесное состояние. Статическая характеристика системы имеет характерный наклон.

Статические регуляторы

Статические регуляторы работают при обязательном отклонении ε регулируемой величины y от требуемого значения у₀. Это отклонение тем больше, чем больше возмущение f, и называется статической ошибкой регулятора. Чем больше коэффициент передачи К регулятора, тем на большую величину будет открываться заслонка при одних и тех же значениях ε, обеспечивая большую величину потока Q, при этом статическая характеристика системы пойдет более полого. Поэтому для уменьшения статической ошибки надо увеличивать коэффициент передачи регулятора. Этот параметр регулирования получил название статизма d и равен тангенсу угла α наклона статической характеристики, построенной в относительных единицах:

где y_н, f_н - точка номинального режима системы. При достаточно больших значениях К имеем d  1/K.

Астатический регулятор

Астатический регулятор применяется, если статическая ошибка регулирова-ния недопустима и регулируемая величина должна поддерживать постоянное требуемое значение независимо от величины возмущающего фактора. Стати-ческая характеристика астатической системы не имеет наклона. Для того чтобы получить астатическое регулирование, необходимо в регулятор включить астатическое звено. Астатическое звено отличается тем, что каждому значению входной величины может соответствовать множество значений выходной величины. Так, для регулирования уровня воды в астатическом режиме может быть применен импульсный двигатель. Если уровень воды понизится, то появившееся значение ε > 0 включит импульсный двигатель и он начнет открывать заслонку до тех пор, пока значение ε не станет равным нулю. При поднятии уровня воды значение ε сменит знак, и запустит двигатель в противоположную сторону, опуская заслонку.

Единичная ступенчатая функция — специальная математическая функция, чьё значение равно нулю для отрицательных аргументов и единице для положительных аргументов

Единичная импульсная функция — производная от единичной ступенчатой функции. Характеризует собой импульс бесконечно-большой амплитуды, протекающий за бесконечно-малый промежуток времени. Геометрический смысл — площадь, ограниченная данной функцией, равна 1.

Переходная функция — это реакция системы на единичный ступенчатый сигнал.

Весовая функция — это реакция системы на единичный импульс.

Передаточная функция — отношение преобразования Лапласа выходного сигнала к преобразованию Лапласа входного при нулевых начальных условиях и нулевых внешних возмущениях.