12

Лекция № 2

Тема: Примеры САУ.

План лекции:

1. Система регулирования напряжения генератора.

2. Система регулирования числа оборотов двигателя.

3. Принципы построения систем автоматического управления.

4. Примеры составления функциональных схем.

Система регулирования напряжения генератора

Приведем примеры автоматических систем.

1. Система регулирования напряжения генератора. Схема САУ представлена на рис. 7.

Р ис.7.

При выполнении условия (R₁+R₂)>>R_н значение U_н слабо зависит от величины введенных дополнительных сопротивлений. Имеем последовательно.

Эти зависимости, вообще говоря, справедливы для установившихся режимов, но они определяют тенденцию изменения этих величин. В этой системе при уменьшении R_н уменьшается напряжение U_н и U₁. При этом разность U увеличивается, увеличивается напряжение U_в, возрастает э.д.с. генератора и начинает возрастать регулируемая величина U_н.

В отличие от регулятора Уатта здесь имеется дополнительный источник энергии, питающий усилитель.

Система регулирования числа оборотов двигателя

2. Система регулирования числа оборотов двигателя. (см. рисунок 9).

Р ис. 9

Т ребуемая величина скорости определяется значением U₀.

3. Система слежения пушки за прицелом. (см. рис.10)

Рис. 10

Система уравнений, определяющих поведение отдельных элементов в установившемся режиме имеет вид.

Если ₃, то U0 и на двигатель поступает напряжение, заставляющее его вращаться так, чтобы разность ₃- стремилась к нулю. Двигатель прекратит свое вращение, когда ₃=, т.е. при условии совпадения углов поворота прицела и орудия.

Принципы построения систем автоматического управления.

Ранее в системах автоматического управления были выделены следующие величины:

управляемая (регулируемая) величина,

управляющее (регулирующее) значение,

возмущающее воздействие.

Добавим к ним еще задающую величину. Это величина, которая определяет желаемое значение управляемой величины.

И реализации систем автоматического управления используются два принципа построения таких систем. Это принцип управления по отклонению и принцип управления(регулированию) по возмущению. Реализация этих принципов позволяет получить 3 вида САУ.

1.Системы с управлением по отклонению. Практически все системы автоматического управления используют данный принцип. Схема развития идеи использования для управления по отклонению управляемой величины от задающей представлена на рисунке. 11.

а) б)

в )

Рис. 11

Управляющее устройство измеряет фактическое значение управляемой величины, сравнивает его с задающей величиной и в зависимости от результата сравнения вырабатывает управляющее воздействие. Управляющее воздействие действует на ОУ так, чтобы устранить отклонение управляемой величины от задающей. При этом управляющее воздействие зависит не только от задающей величины, но и от реальных значений управляемой величины, не только от желаемого результата, но и от фактического состояния объекта управления. Поэтому САУ, построенные по этому принципу, имеют замкнутый контур управления, имеющий прямую цель и главную обратную связь. Обратная связь вводится для получения информации о фактическом состоянии ОУ с тем, чтобы использовать эту информацию для выработки управляющего воздействия.

2. Системы с управлением по возмущению.

В таких системах управляющее устройство измеряет задающее и возмущающее воздействия и вырабатывает с учетом этих изменений регулирующее воздействие.

Возможно измерение только возмущающего воздействия. В этом случае действие регулятора на объект сводится к компенсации возмущений.

В системах, осуществляющих управление по возбуждению, контроль управляемой величины не производится, т.е. осуществляется разомкнутый цикл управления. (смотри рисунок).

Р ис. 12

3. Комбинированные САУ.

В таких системах управляющие устройства одновременно используют принцип регулирования по отклонению и принцип регулирования по возмущению.

Для систем автоматического управления характерна направленность действия. Это означает, что последующая часть системы, получая сигнал от предыдущей, оказывает ей пренебрежимо малые противодействия. На схемах направленность действия указывается стрелками.

Основные функциональные элементы САУ.

Системы автоматического управления отличаются друг от друга объектами управления, конструкцией управляющих устройств, физической природой задающих и управляющих величин. Тем не менее в независимости от этих различий в САУ существуют элементы, выполняющие одинаковые функции. Для САУ можно изобразить функциональную схему, характеризующую функции, выполняемые отдельными элементами. Возможный вид функциональной схемы показан на рисунке. В этой схеме выделены следующие функциональные элементы:

Р ис. 13

1. Объект управления (ОУ)

2. Измерительное устройство (Из.У)

3. Задающее устройство (ЗУ)

4. Сравнивающее устройство (элемент сравнения) (СУ)

5. Усилительное устройство (Ус.У)

6. Корректирующее устройство (КУ)

7. Исполнительное устройство (ИУ)

Некоторые из приведенных функциональных элементов в конкретной системе могут отсутствовать. Одно реальное техническое устройство может соответствовать нескольким функциональным элементам. Возможна и обратная ситуация, когда одному элементу соответствует несколько конкретных устройств.

Рассмотрим назначение и свойства элементов функциональной схемы.

1.Объект управления. Физическая природа объектов управления и управляемых величин может быть различной. Изменение режима работы объекта осуществляет управляющий орган, представляющий собой часть ОУ. По своим свойствам объекты управления могут быть устойчивыми, нейтральными, неустойчивыми. Для осуществления автоматического управления необходимо хорошо знать свойства объекта управления и его возможности. Изучение конструкций объектов, их свойств, а также математического описания объектов относятся к специальным дисциплинам соответствующих отраслей знания.

2.Измерительное устройство. Его назначение состоит в измерении действительного значения управляемой величины. В зависимости от природы ОУ измерительные устройства могут быть весьма разнообразными.

3.Задающее устройство. Оно предназначено для установления необходимого значения управляемой величины. Это значение, в частности, может задаваться вручную. Величины на выходах задающего и измерительного устройств должны иметь одинаковую физическую природу.

4.Сравнивающее устройство. Оно сопоставляет значение управляемой величины с ее заданным значением и выявляет отклонение процесса от требуемого хода. Обычно сравнивающее устройство осуществляет операцию вычитания. При этом его выходная величина (сигнал ошибки) пропорциональна отклонению управляемой величины от заданного значения.

5.Усилительное устройство. Оно предназначено для усиления мощности сигнала ошибки. В простейших САУ это устройство может отсутствовать.

6.Исполнительное устройство. Назначением исполнительного устройства является выработка воздействия, прикладываемого к регулирующему органу объекта управления.

7.Корректирующее устройство. Оно применяется для изменения свойств САУ в желаемом направлении. Корректирующие устройства могут образовывать внутренние обратные связи. Эти устройства позволяют улучшить характеристики САУ.

Примеры составления функциональных схем.

1. САУ напряжением генератора (см. рис.14).

Р ис. 14

2. САУ числа оборотов двигателя (см. рис.15).

Р ис. 15