2.3. Типовая функциональная схема сау(сар) и ее элементы
САУ (САР) являются сложными комплексами технических устройств (элементов), работающих на различных физических принципах (механических, электрических гидравлических, пневматических и др.). Однако, с точки зрения выполняемых функций элементов немного. Чтобы установить эти функции (задачи), надо представить функции, которые выполняет человек при ручном управлении объектом (процессом). При этом выделяют функции:
воспринимающие (чувствительные),
задающие,
сравнивающие,
преобразующие (в том числе усилительные),
исполнительные,
корректирующие и т.п.
Чтобы отвлечься от конкретной физической природы элементов и решать задачи управления составляют функциональную схему (модель) системы, отражающую взаимодействие элементов в процессе работы.
В этом случае, как правило, под элементом подразумевают конструктивно обособленную часть системы управления, выполняющую одну определенную функцию.
Рассмотрим типовую функциональную схему (модель) системы автоматического регулирования.
В автоматических процессах (объектах) достаточно часто необходимо изменять или поддерживать постоянными какие-либо физические величины, называемые регулируемыми переменными (например, частоту вращения вала турбины, координаты движущегося объекта, напряжение, температуру, уровень, давление и т.д.). Регулируемые переменные характеризуют работу машины, технологического процесса или динамику движущегося объекта. Для этого используют автоматические регуляторы или управляющие устройства (УУ) различной сложности.
Автоматический регулятор и УУ на основании измерения регулируемых переменных и задающих воздействий формирует управляющее воздействие на объект регулирования.
Рис. 2.8. Типовая функциональная схема СУ
На
рис. 2.8 приведена типовая функциональная
схема (модель) системы автоматического
управления с одной регулируемой величиной
.
Функциональная
схема – это схема, в которой каждая
часть (элемент) предназначены для
выполнения определенной функции.
Под функциями понимают получение и
преобразование информации, передачу и
сравнение сигналов, формирование
управляющего воздействия.
Схема состоит из объекта управления и устройства управления. Объект управления – это основной элемент системы, то есть машина или установка, заданный режим работы которых должен поддерживаться устройством управления (регулятором) при помощи управляющих (регулирующих) органов.
Устройства и элементы, входящие в УУ (регулятор), по своему назначению, или функциональному признаку, классифицируются следующим образом.
задающее (программное) устройство в системе управления.
сравнивающее устройство, вырабатывает сигнал ошибки
.
Может быть арифметическим устройством.преобразующее устройство одной физической величины в другую, более удобную для использования в процессе регулирования. Не выполняет функции измерения, усиления или коррекции.
последовательное корректирующее устройство.
сравнивающее устройство.
усилительное устройство, управляет энергией, которая поступает от внешнего источника энергии.
исполнительное устройство, вырабатывает управляющее воздействие
,
прикладываемое к регулирующему органу.корректирующее устройство в цепи местной обратной связи.
чувствительные (измерительные) элементы, преобразуют управляемые величины в пропорциональные электрические сигналы, механические перемещения.
элемент главной обратной связи (нормирующий преобразователь).
Часть управляющего устройства, которая образует сигнал ошибки , называется датчиком регулятора. Он состоит из задающего (1), измерительного (9) и сравнивающего (2) устройств. Часть регулятора, которая преобразует сигнал ошибки в управляющее воздействие , в некоторых случаях называется сервомеханизмом.
Таким образом, приведенную схему системы автоматического регулирования можно представить в виде совокупности трех основных частей (рис. 2.9).
Рис. 2.9. Общая функциональная схема САР
Конкретные схемы систем автоматического управления могут отличаться от типовой схемы, приведенной на рис. 2.9. Часть устройств может отсутствовать или конструктивно объединяться в одном устройстве, возможно наличие дополнительных элементов. Функции корректирующих устройств могут выполнять цифровые и аналоговые вычислительные машины.
При проектировании САУиР наиболее рациональным и перспективным подходом является модульный принцип, основанный на применении систем (рядов) унифицированных элементов автоматики. Унифицированные элементы должны быть совместимы между собой с точки зрения информационных, энергетических, конструктивных, метрологических, и других параметров.
Перечислим некоторые основные элементы автоматики.