5.2. Устройства сравнения

Сравнивающие устройства или элементы сравнения являются неотъемлемой частью любой системы автоматического управления. К одному из входов сравнивающего устройства, как правило, подключается датчик, к другому — задающее устройство (задат-чик).

В качестве задающих устройств в электрических схемах сравнения обычно используют переменные резисторы, а в отдельных случаях — многоцепные переключатели с набором резисторов, потенциометры с профильными каркасами, кулачковые механизмы и другие устройства. С развитием вычислительной техники в качестве задающего устройства стали использоваться специальные программы.

В сравнивающих устройствах управляемая величина у, контролируемая датчиком, сравнивается с сигналом задания #, формируемым задатчиком. На выходе сравнивающего устройства устанавливается исполнительный механизм (ИМ), который в зависимости от сигнала рассогласования 8, определяемого выражением

может находиться в состоянии равновесия (при 8=0) или рабочем состоянии (при ε=0). Пусковое устройство включает ИМ в целях устранения рассогласования.

В кинематических схемах сравнение механических величин может осуществляться с помощью рычага (рис. 5.4, а), равновесие которого определяется соотношением

где F_х, F_зад — соответственно контролируемое и заданное усилия;

l_x , l_зад — плечи рычага, соответствующие контролируемому и заданному усилиям.

В соответствии с этим выражением сигнал рассогласования

Следовательно, рычаг может быть использован для сравнения усилий.

Сравнение заданного р_зад и контролируемого р_х давлений в гидравлических и пневматических устройствах можно рассмотреть на примере схемы, приведенной на рис. 5.4, б. При р_х = р_зад выходные сигналы одинаковые: р₁ = р₂, а ИМ находится в состоянии равновесия. При р_х > р_зад и р₁ > р₂ поршень перемещается вверх. Прир_х < р_зад поршень перемещается вниз.

К электрическим сравнивающим устройствам относятся мостовые, потенциометрические, трансформаторные, дифференциально-трансформаторные схемы, электромеханические устройства, нуль-органы и др.

Мостовая схема сравнения постоянного тока (рис. 5.4, в) состоит из задающего резистора R_зад , датчика R_х , сопротивление которого зависит от изменения управляемой величины, и двух образцовых резисторов с сопротивлениями R₁ и R₂. На одну из диагоналей схемы подают напряжение питания U_пит, с другой ее диагонали снимают выходное напряжение U_вых, которое питает ИМ (например, поляризованное реле).

Условие равновесия мостовой схемы определяется равенством произведений сопротивлений ее противолежащих плеч:

в соответствии с которым сигнал рассогласования

Считая R_зад = g и R_х R ₂/ R₁ = у, получим исходное выражение для сигнала рассогласования:

Электрическое устройство сравнения может быть выполнено на базе операционного усилителя (рис. 5.4, г). При этом на датчик

R_х подается напряжение +U_x а на задатчик R_зад - напряжение обратной полярности -U_зад.

Выходное напряжение усилителя

U_вых = - R_o.c (U_x / R_x – U_зад / R_зад) ,

где R_o.c — сопротивление обратной связи усилителя.

При использовании операционного усилителя для сравнения напряжений U_x и U_зад, считая R_x = R_зад = R_o.c получают выражение с, тождественное исходному выражению для сигнала рассогласования, если принять g = U_зад и у = U_x .

Операционный усилитель может быть также использован для сравнения сопротивлений R_x и R_зад . Тогда получают значение выходного напряжения усилителя, зависимое от изменения К_х. В этой схеме результат сравнения имеет непрерывную форму.

Наряду с рассмотренными устройствами в автоматике широко распространены устройства сравнения дискретного типа, которые могут выражать отклонение в виде числа (это различные счетчики, шаговые искатели и др.) или в виде логических категорий. Примерами устройств последнего типа могут служить различные релейные элементы.

Простейшие реле постоянного или переменного тока срабатывают, когда ток в цепи срабатывания достигает большего значения, нежели установленный для них предел. Следовательно, факт срабатывания — это сигнал «больше»:

Поляризованные реле, имеющие несколько обмоток, могут осуществлять алгебраическое суммирование нескольких величин. Направление переброски якоря определяется знаком сигнала рассогласования.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение задающего устройства в САУ?

2. Как и в каком виде вводятся заданные величины в различных САУ?

3. Как работают и чем отличаются командоаппараты непрерывного и дискретного действия?

4. Приведите схемы кулачковых задающих устройств.

5. Поясните работу задающего устройства, выполненного по релейной схеме.

6. Какова функция устройств сравнения в составе САУ?

7. Поясните работу электрической мостовой схемы сравнения.

8. Как можно сравнивать механические величины?