Структура автоматичної системи регулювання
Як вже вказувалось, автоматичне регулювання зв’язано з визначенням такого керуючого діяння, при якому бажана поведінка об’єкту (зміна керованої величини) досягається незалежно від збурюючих факторів. Управління створюється за допомогою автоматичного пристрою управління АПУ, як показано на рисунку 1.2 для випадку одної керованої
Рисунок 1.2 – Функціональна схема системи автоматики
величини y(t). Задане на вході бажане значення керованої величини x(t) називають завданням. Управління u(t) поступає від АПУ на об’єкт управління , на який також діють неконтрольоване та контрольоване збурення f(t) та g(t).
Розрізняють розімкнене та зімкнене управління. У першому, порівняно рідкісному, випадку верхній та нижній зворотні зв’язки (дивись рисунок 1.2) відсутні – система є розімкненою. У другому випадку присутній або верхній – управління за збуренням, або нижній зворотній зв’язок – управління за відхиленням, або обидва зворотних зв’язки – комбіноване управління. У всіх цих випадках система управління є зімкненою.
Перевагою керування за збуренням є висока швидкодія. Оскільки об’єкту властива інерційність, система як би попереджує вплив збурення швидким автоматичним управлінням. Правда, для цього є необхідним врахування і точне вимірювання всіх збурень, які мають вплив на характеристики об’єкту.
Перевагою керування за відхиленням (мається на увазі різниця вихідної керованої величини y(t) від завдання x(t), яка утворює сигнал помилки, або неузгодження, розузгодження) є висока точність. Дійсно, помилка може бути зроблена малою незалежно від типу та кількості збурень, що привели до появи відхилення. Оскільки комбіноване управління враховує переваги управління за збуренням і управління за відхиленням, відповідні системи автоматики мають як високу швидкодію так і достатньо високу точність. Тому саме таки системи отримали більш широке застосування.
У залежності від виду завдання x(t) системи автоматики можна поділити на наступні часто застосовні типи.
Системи стабілізації керованої величини y(t), для яких функція x(t) є постійною. Ці системи зустрічаються у техніці найбільш часто.
Системи програмного керування, для яких функція x(t) представляє собою заздалегідь задану програму. Дуже розповсюдженими, наприклад, є станки с програмним управлінням, які є сучасною основою виробництва.
Слідкуючи системи, для яких функція x(t) є довільною. У таких системах значення управління задається із зовні і у певний момент часу може бути будь-яким, тоді як зміни керованої величини y(t) відповідають змінам x(t) і як би слідкують за ними. Таки системи відносять до найбільш складних систем регулювання.
Будь-яка сучасна керуюча система містить різноманітні технічні засоби, які можна об’єднати у три різних підсистеми [5]: інформаційну, логіко-обчислювальну та виконавчу.
Інформаційна підсистема є сукупністю технічних засобів, що призначені для отримання , передавання та візуалізації інформації. До таких засобів відносяться давачі невинної інформації, чутливі та вимірювальні елементи, аналізатори, перетворювачі, обчислювальні пристрої для первинної обробки інформації т.д. Сюди також відносяться засоби для передавання и представлення інформації в формі, зручної для управління – передавачі, канали зв’язку, кодуючи та декодуючи пристрої, показуючи та друкуючи пристрої тощо.
Рисунок 1.3 – Структурна схема типової САР
Логіко-обчислювальна підсистема призначена для вироблення таких керуючих діянь, яки дозволяють досягнути мети управління. Сюди відносяться різноманітні обчислювальні засоби, включно до ЕОМ, інтерфейсні засоби, засоби для переробки інформації (АЦП, ЦАП, масштабні перетворювачі, комутатори та логічні елементи).
Виконавча підсистема здійснює безпосереднє управління станом об’екта відповідно до мети управління. При цьому застосовуються різноманітні регулятори, автоматичні приводи та просто потужні двигуни, реле, контактори, заслінки, вентилі тощо.
Розглянута функціональна схема дає лише загальне представлення про систему автоматики. Більш детальній опис дає структурна схема, що показана на рисунку 1.3.
Схема складається з об'єкта регулювання (ОР) і пристроїв, які за призначенням класифікуються так:
- чутливий елемент 1, який сприймає зміну керованої величини у(t);
- перетворюючий вимірювальний елемент 2, який надає керованій
величині форму, подібну сигналу завдання x(t);
- задаючий пристрій 3, який формує сигнал завдання на керування x(t);
- порівняльний пристрій 4, який обчислює різницю між сигналом
завдання x(t) і сигналом, пропорційним у(t); ця різниця представляє собою сигнал нерівноваги або помилки ε(t);
- перетворюючий пристрій 5, який трансформує сигнал помилки в
форму, здібну для його наступного використання;
- послідовний коректуючий пристрій 6, який надає системі необхідні
динамічні властивості;
- підсилювач напруги 7;
- сумуючий пристрій 8, такий, як і пристрій (4);
- підсилювач потужності 9;
виконавчий пристрій 10, який виробляє безпосередню діяння на
об’єкт керування ОР;
паралельний коректуючий пристрій 11, що застосовується поряд з
послідовним 6 в особо якісних системах.
Система працює наступним чином. При зміні (наприклад, зменшенні) регульованої величини у(t) в результаті зміни корисного навантаження об’єкту або під впливом неконтрольованого збурення f(t), зрастає сигнал помилки ε(t), що визиває збільшення діяння сервомеханізму на об’єкт, після чого керована величина починає зростати до тих пір, поки помилка регулювання ε(t) не стане рівною нулю. При цьому система зупиняється і чекає на наступне відхилення величини у(t) від завдання, після чого описаний процес повторюється. Аналогічно діє система и у випадку збільшення вихідної величини, але при цьому керуючий вплив на об’єкт зменшується, що викликає зменшення у(t) і також досягнення нульової похибки.
Практичний приклад слідкуючої системи регулювання розглянутий у наступному підрозділі.