§4. Принципы построения сар

Применяют два основных принципа:

1) Регулирование по внешним воздействиям (в том числе по возмущению);

2) Регулирование по отклонению регулируемой величины от заданного значения, а также комбинированный, использующий два основных в одной системе.

I ) Принцип регулирования по внешним воздействиям.

Функциональная схема с коэффициентами передачи может служить структурной схемой статики.

ОР в качестве выходной величины имеет регулируемую величину y.

v - возмущающее воздействие (возмущение) - физическая величина, стремящаяся отклонить регулируемую величину от заданного значения (их может быть несколько). Именно наличие v является основной причиной использования САР. Среди возмущений можно выделить основные (нагрузка) и второстепенные (помехи).

К объекту со стороны автоматического устройства, а именно со стороны ИУ, приложено управляющее (регулирующее) воздействие u, которое предназначено для поддержания регулируемой величины на заданном значении.

Допустим, что эти величины связанны между собой уравнением статики ОР:

y= k_ou u ^— k_oV v,

где k_ou , k_oV - коэффициенты передачи ОР по управляющему и возмущающему воздействиям соответственно.

Уравнения статики других элементов:

ИУ: u=k₃x; У: x=k₁ g + k₂ v,

где g - задающее воздействие, т.е. внешнее воздействие, которое определяет заданное значение регулируемой величины.

Возмущение в данной системе влияет на регулируемую величину по двум каналам:

1) непосредственно через объект;

2) через автоматическое управляющее устройство (У, ИУ) и через сам объект.

Это дает возможность достичь полной компенсации влияния возмущения на регулируемую величину. Покажем это с помощью решения уравнений. Решим три уравнения относительно y, исключив x и u, в результате получим уравнение статики САР:

y= k1k3kou . g +(k2k3kou-koV). v

При k₂k₃k_ou=k_oV - достигается полная компенсация влияния v на y. При наличии неравенств может быть недокомпенсация (<), и перекомпенсация (>).

Соответственно полученному уравнению можно построить статические характеристики САР .

Достоинствами рассматриваемой системы являются:

1) Быстродействие, обеспечиваемое тем, что u начинает изменяться сразу после изменения v (если y даже не изменилось).

2) Устойчивость системы при устойчивости всех ее элементов. Под устойчивостью понимают способность системы возвращаться к исходному состоянию после снятия возмущения.

Недостатком является ее способность компенсировать только контролируемое возмущение. Все остальные беспрепятственно влияют на регулируемую величину.

V 2 ) Принцип регулирования по отклонению реализуется по следующей функциональной схеме:

СЭ2

Суммирующие элементы СЭ обозначены разделенными на секторы кружками, причем зачернение сектора условно указывает на вычитание.

В систему входят две обратные связи: ОСгл - главная и ОСм - местная.

Главная ОСгл необходима в системе, построенной по данному принципу, т.к. она передает информацию о регулируемой величине с выхода на вход. ОСгл вместе с прямой цепью регулирования (СЭ1, У1, СЭ2, У2, ИУ, ОР)- образуют основной замкнутый контур, что и дает системе название замкнутая система, в отличие от разомкнутой, использующей первый принцип.

ОСгл выполняет две основные функции в системе:

1)Преобразует y в другую физическую величину y_ос, поэтому в качестве ОСгл обычно используется измерительный преобразователь, т.е датчик. Если преобразования физической природы не требуется, то может быть использован масштабирующий элемент. В частном случае при y_ос=y получается единичная ОС.

2) Вместе с СЭ1 ОСгл позволяет определить рассогласование ε=g-y_ос. Рассогласование несет информацию об отклонении регулируемой величины от заданного значения, что принципиально необходимо.

ОСгл должна обладать двумя свойствами:

1. Должна быть жесткой, т.е. передавать как меняющиеся, так и постоянные во времени воздействия.

2. ОCгл при устойчивом ОР должна быть отрицательной, т.к. y_ос вычитается из g . Физически это можно проверить по факту уменьшения ε при увеличении y.

Принцип действия данной системы можно пояснить, рассмотрев процесс, связанный с изменением возмущения v. Допустим, что при увеличении V уменьшилось y благодаря свойствам ОР. Это повлечет за собой увеличение рассогласования и управляющего воздействия u . В свою очередь увеличение u будет направлено на увеличение y. В итоге регулируемая величина останется точно или приближенно на заданном постоянном значении, что поясняет схема:

Местная ОС - ОСм предназначена для придания устойчивости (стабилизация) или для улучшения качества переходного процесса в системе (коррекция). ОСм может быть положительной и отрицательной, жесткой и гибкой. В последнем случае она не проявляет себя в статическом режиме.

Возможные виды переходных процессов при ступенчатом изменении возмущения:

1 Расходящиеся колебания

(неустойчивая САР),

2 Колебания затухающие,

3 Апериодический затухающий процесс.

Достоинством данной системы является ее универсальность в том смысле, что любое возмущение системой компенсируется, поскольку вызывают изменение .

Недостатки:

1 Сравнительно медленная реакция на возмущение, которая наступает только после изменения y.

2. Возможность нарушения устойчивости даже при всех устойчивых элементах системы из-за наличия замкнутого контура.

С равнение достоинств и недостатков систем, построенных по обоим принципам, показывает целесообразность использования комбинированных систем:

Эта функциональная схема позволяет условно представить САР=АР+ОР, где АР- автоматический регулятор.