13. Особливості динаміки релейних систем автоматичного керування.

Первая особен­ность двухпозиционных релейных САУ заклю­чается в отсутствии у них статического режима. Поскольку выходная величина двухпозиционного релейного элемента может принимать только одно из двух предельных значений, единственно возможным установив­шимся невозмущенным режимом в таких системах являются автоколебания. Точность двухпозиционных релейных САУ в установившемся режиме определяется, таким образом, средним значением выходной величины и амплитудой установившихся автоколебаний относительно этого среднего значения. Величина этой амплитуды зависит от частоты автоколебаний и в соответ­ствии с частотной характеристикой непрерывной части системы, являющейся фильтром нижних частот, принципиально может быть сделана сколь угодно малой путем повышения частоты автоко­лебаний.

Вторая особенность динамики релейных САУ — возможность получения эффекта вибрационной линеаризации путем создания достаточно высокочастотных колебаний на входе релей­ного элемента. В этом случае релейный элемент линеари­зуется, и поэтому вся система в целом ведет себя, как си­стема непрерывного действия.

Сущность вибрационной линеаризации применительно к релейному нелинейному звену иллюстрирует рис. 11-5. На рис. 11-5 приведено по­строение сигнала на выходе реле для чисто переменного входного сигнала Х~ а для суммы этого переменного согнала и постоянного сигнала Х₀. В первом случае выходной сигнал получается тоже чисто переменным У~, а во втором случае вследствие изменения скважности выходных импульсов в выход­ном сигнале появляется постоянная составляющая У₀, величина которой зависит от величины постоянной составляющей Х_а на входе реле. Соответствующая зависимость У₀ от Х₀ показана на рис. 11-5, 6. Форма этой зависимости определяется формой вход­ного переменного сигнала и релейной характеристикой. Таким образом, при наличии переменного воздействия Х~ на входе релейного элемента этот элемент пропускает постоянный (точ­нее, низкочастотный по сравнению с переменным высокочастотным сигналом Х~) сигнал Х₀ как звено непрерывного действия. При этом для малых величин последнего сигнала звено является линейным.

14. Фазові портрети релейних систем.

Якщо система складається з лінійної частини у виді двох послідовно включених інтеграторів і регулятора в колі негативного зворотного зв'язку, і якщо регулятором є лінійний підсилювач з характеристикою Z = KX , то замкнута система буде лінійною консервативною з фазовим портретом у вигляді сімейства концентричних еліпсів.

15. Імпульсні системи автоматичного керування. Визначення, особливості, призначення, класифікація, достоїнства й недоліки.

Импульсные системы — это системы, в которых имеются сигналы, квантованные по времени (См. § 11-1). Большинство замк­нутых импульсных САУ. можно представить, как показано па рис. 42-1. Здесь НП — непрерывная часть системы, а ИЭ — импульсный элемент. Импульс­ный элемент осуществляет квантование непрерывного сигнала X по времени, преоб­разуя его, таким образом, в дискретный сигнал У. На рис 12-1 приведен возмож­ный ряд сигналов на входе и выходе импульсного эле­мента. Проходя непрерывную часть, дискретный сигнал сглаживается и превращает­ся опять в непрерывный сигнал.

Возможны и более слож­ные импульсные САУ, содержащие несколько импульсных алиментов, однако мы ограничим свое рассмотрение системами с одним импульсным элементом. Кванто­вание, осуществляемое импульсным элементом в виде преобразо­вания непрерывного сигнала в последовательность импульсов, называется импульсной модуляцией. Она заклю­чается в изменении одного uз параметров выходных импульсов (модулируемого параметра) и функции величины входного сиг­нала (модулирующего сигнала). Модулируемым параметром для последователь поста импульсов на выходе импульсного элемента может быть высота или амплитуда импульса, его ширина и период повторения импульсов. Соответственно существуют три вида им­пульсной модуляции: амплитудно-импульсная модуляция (АИМ), широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и время-импульсная мо­дуляция (ВИМ). Последняя, в свою очередь, подразделяется на фазо-импульсную модуляцию (ФИМ) и частотно-импульсную мо­дуляцию (ЧИМ). Во всех случаях форма импульсов в процессе модуляции принимается неизменной.

Рис. 12-2 поясняет сущность каждого вида модуляции. При АИМ (рис. 12-2, б) модулируемым параметром, зависящим от значения входного сигнала X в начале очередного периода Т_и повторения импульсов, является высота (амплитуда) импульсов. (Заметим, что изображенный на рис. 11-1, в квантованный по времени сигнал представляет собой тоже амплитудно-модулированный сигнал при ширине импульсов, равной периоду их по­вторения.) При ШИМ (рис. 12-2, в) моду­лируемым параметром является ширина Т_и импульса, а при ФИМ (рис. 12-2, г) — запаздывание Т_а импульса относительно начала периода. В случае ЧИМ (на рис. 12-2 не показана) модулируемым парамет­ром, изменяющимся в функции величины X, является чистота следования импульсов.

По виду модуляции импульсные САУ делятся соответственно на амплитудно-импульсные, широтно-импульсные и т. д. Основное распространение получили ам­плитудно-импульсные, затем широтно-импульсные системы. Поэтому в дальней­шем будем ориентироваться на них.

Импульсный элемент может входить в любое функциональное звено управляю­щего устройства или принадлежать объек­ту управлений.

Основные достоинства импульсных САУ обусловлены прерывистым характером пе­редачи сигналов между отдельными частя­ми системы и состоят в возможности многоточечного управления, многократного использования линий связи, а также в по­вышенной помехозащищенности.

Первое достоинство заключается в том, что с помощью одного управляющего ус­тройства импульсного действия можно управлять несколькими объектами путем циклического подключе­ния этого управляющего устройства последовательно к каждому из объектов. Промежуток между двумя очередными импульсами, по­ступающими на один и тот же объект, используется для обмена дискретными сигналами с каждым из остальных объектов. В резуль­тате система управления всеми объектами в делом существенно упрощается по сравнению со случаем применения для каждого объекта отдельного управляющего устройства- Примером такой системы многоточечного управления явля­ется система регулирования температуры большого числа (десятков) прессов горячей вулканизации С помощью одного регу­лятора. Каждый пресс снабжен термопарой, выявляющей темпе­ратуру» ^и исполнительным реле, контакты которого включены _в цепь питания электроподогревателя. С помощью шагового распределителя происходит «о бегание» регулятором всех прессов, при подключении к каждому на которых регулятор либо включает, либо выключает нагрев в зависимости от величины температуры.

Возможность многократного использования одного канала связи для управления несколькими объектами, удаленными от места нахождения управляющих устройств импульсного действии, основана на том же принципе последова­тельного соединения объектов и соответствующих управляющих устройств линий связи с помощью синхронно действующих на обоих концах линии шаговых распределителей.

Повышенная помехозащищенность импульсных систем обу­словлена возможностью передавать информацию в виде очень ко­ротких импульсов, в промежутке между которыми система ока­зывается разомкнутой и не реагирует на внешние возмущения.

В ряде случаев системы являются импульсными вне зависи­мости от указанных их достоинств — просто в связи с принципом действия отдельных частей системы. Сюда относятся САУ, вклю­чающие радиолокаторы, высотомеры импульсного действия и т. п.