Бабуров В.П., Бабурин В.В., Навацкий А.А. и др. Производственная и пожарная автоматика (часть 1) - файл n7.doc

приобрести
Бабуров В.П., Бабурин В.В., Навацкий А.А. и др. Производственная и пожарная автоматика (часть 1)
скачать (9016.4 kb.)
Доступные файлы (17):
n1.doc46kb.18.11.2005 17:46скачать
n2.doc58kb.15.09.2005 17:47скачать
n3.doc579kb.15.09.2005 17:53скачать
n4.doc156kb.23.09.2005 15:53скачать
n5.doc2168kb.22.09.2005 17:12скачать
n6.doc2364kb.19.09.2005 19:56скачать
n7.doc924kb.22.09.2005 17:30скачать
n8.doc1702kb.22.09.2005 17:30скачать
n9.doc817kb.16.09.2005 17:25скачать
n10.doc741kb.22.09.2005 17:34скачать
n11.doc346kb.16.09.2005 18:00скачать
n12.doc982kb.28.09.2005 17:16скачать
n13.doc12969kb.22.09.2005 19:58скачать
n14.doc271kb.16.09.2005 21:02скачать
n15.doc286kb.23.09.2005 16:52скачать
n16.doc259kb.23.09.2005 16:00скачать
~WRL0532.tmp

n7.doc

  1   2   3   4   5   6   7
Глава 5

ОСНОВЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ

5.1. Автоматическое регулирование. Основные понятия
и определения


Автоматическим регулированием называется изменение какой-либо физической величины по требуемому закону без непосредственного участия человека.

Физическая величина, подлежащая регулированию, называется регулируемой величиной, а технический агрегат (аппарат), в котором осуществляется автоматическое регулирование, – регулируемым объектом (объектом регулирования).

Обозначим через y(t) функцию, описывающую изменение во времени регулируемой величины, и пусть g(t)функция, характеризующая закон ее изменения. Тогда основная задача автоматического регулирования сводится к обеспечению равенства y(t)=g(t) за время работы системы с заданной степенью точности. Функция g(t) называется задающим воздействием.

В реальных объектах регулирования всегда существуют причины, отклоняющие регулируемую величину от требуемого закона изменения. Эти причины называются возмущающими воздействиями (возмущениями) и обозначаются:

f1(t), f2(t),..., fn(t).

Для борьбы с возмущениями объект регулирования (ОР) снабжается регулирующим органом (РО), воздействуя на который (вручную или автоматически) можно изменять регулируемую величину, компенсируя нежелательное ее изменение. Воздействие на регулирующий орган называется регулирующим воздействием и обозначается буквой  (рис. 5.1, а).

Устройство, автоматически решающее задачу регулирования в данном объекте, называется автоматическим регулятором. Объект регулирования и автоматический регулятор в совокупности образуют автоматическую систему регулирования (АСР) (рис. 5.1, б).

Если y(t) = g(t), а n = const, то АСР находится в стационарном, или установившемся режиме.

Если y(t) = g(t),а n = var, то АСР находится в нестационарном, или переходном режиме работы.

На рис. 5.2 приведены графики y(t) и x(t) в стационарном и переходном режимах работы АСР.


Рис. 5.1. Объект (а) и система автоматического регулирования (б)



Рис. 5.2. Режимы работы АСР:

(t0 t1) и (t2t3) – установившийся режим;

(t1t2) и (t3t4) – неустановившийся режим;

t1, t3 – момент воздействия возмущения

5.2. Принципы регулирования

Разнообразные, используемые в современной технике, регуляторы строятся на базе одного из двух основных принципов регулирования:

по возмущению (по внешнему воздействию);

по отклонению (по ошибке).

Принцип регулирования по возмущению. Этот принцип был предложен французским ученым Понселе и впервые реализован во второй половине ХIХ в. русским электротехником В.Н. Чиколевым в разработанных им регуляторах силы света дуговых ламп. Принцип регулирования по возмущающему воздействию называют также принципом компенсации возмущений.

Основной величиной, отклоняющей регулируемую величину от требуемого закона, являются всякого рода возмущающие воздействия.

Для компенсации вредного влияния какого-либо возмущающего воздействия после его измерения можно осуществить регулирующие воздействия на объект, обеспечивающие изменение величины по требуемому закону. Для технической реализации данного принципа в состав автоматического регулятора должны входить устройства, позволяющие измерить возмущающее воздействие, и устройства, предназначенные для создания регулирующего воздействия на объект регулирования. Первые называются чувствительными элементами (ЧЭ), а вторые – исполнительными элементами (ИЭ) регулятора. Между чувствительными элементами и исполнительными могут быть включены промежуточные элементы (ПЭ), предназначенные для усиления или преобразования сигнала чувствительного элемента.

Общая схема АСР, реализующая принцип регулирования по возмущению, приведена на рис. 5.3.

OP

ЧЭ

ПЭ

ИЭ

Регулятор

f1

f2

fn

PO

y



Рис. 5.3. АСР по возмущению
Из рис. 5.3 видно, что регулятор такого типа обеспечивает независимость (инвариантность) регулируемой величины от возмущающего воздействия АСР, работающих по возмущению, имеет ряд недостатков:

1. В АСР, работающих по возмущению, инвариантность регулируемой величины обеспечивается лишь по отношению к тому возмущающему воздействию, которое измеряется чувствительным элементом регулятора. Наличие большого числа других, не контролируемых регулятором, возмущающих воздействий приводит к тому, что регулируемая величина отличается от требуемого значения, т.е. задача регулирования не выполняется.

2. Инвариантность по отношению к возмущению, измеряемому чувствительным элементом регулятора, в рассматриваемых АСР обеспечивается только при условии строгого соответствия параметров регулятора и объекта их расчетным значениям. Изменение параметров регулятора или объекта (вследствие старения, влияния внешних условий и т.д.) приводит в таких системах к отклонению регулируемой величины от требуемого значения.

Оба отмеченных недостатка АСР, работающих по возмущению, обусловлены тем, что в таких системах истинное значение регулируемой величины не измеряется и не контролируется. Регулирующее воздействие  от регулируемой величины y не зависит. Система работает по разомкнутому циклу.

Из-за отмеченных выше недостатков системы, работающие по разомкнутому циклу, для решения задач автоматизации применяются только в качестве составной части более сложных, комбинированных АСР.

Принцип регулирования по отклонению. Этот принцип построения автоматических регуляторов предложен и впервые осуществлен в 1765 г. русским механиком И.И. Ползуновым в регуляторе уровня воды в котле изобретенной им паровой машины. Несколько позже (независимо от И.И. Ползунова) этот принцип использовал английский механик Дж. Уатт при разработке центрального регулятора скорости вращения выходного вала паровой машины. В связи с этим принцип регулирования по отклонению часто называют принципом Ползунова – Уатта.

Основная задача АСР состоит в выполнении равенства y(t) = g(t), причем чем точнее соблюдается равенство, тем лучше АСР. Разность между требуемым законом изменения регулируемой величины g(t) и действительным законом ее изменения y(t) характеризует качество работы АСР:

x(t) = g(t)-y(t), (5.1)

при идеальной работе x(t) = 0.

Для оценки качества работы АСР используют так называемое отклонение:

y(t) = y(t)-g(t). (5.2)

Принцип регулирования по отклонению состоит в том, что тем или иным путем определяется отклонение параметра и соответственно осуществляется регулирующее воздействие на объект регулирования, сводящее отклонение к нулю. Для определения сигнала отклонения используются три элемента: задающий, чувствительный и сравнивающий. Задающий элемент формирует воздействие g(t).

Чувствительный элемент измеряет действительное значение.

Сравнивающий элемент представляет собой простейшее вычислительное устройство.

Функциональная схема АСР, работающая по отклонению, приведена на рис. 5.4.

Рис. 5.4. АСР по отклонению
В этой схеме регулируемая величина y измеряется чувствительным элементом и подается на вход сравнивающего элемента (СЭ). На другой вход сравнивающего элемента поступает задающее воздействие g, выработанное в задающем элементе (ЗЭ). На выходе сравнивающего элемента образуется сигнал отклонения. После преобразования в промежуточных элементах (ПЭ) сигнал ошибки поступает на исполнительный механизм, перемещающий регулирующий орган таким образом, чтобы свести сигнал ошибки к нулю. Чувствительный, промежуточный и исполнительный органы в совокупности образуют автоматический регулятор. На рис. 5.4 видно, что АСР, работающая по отклонению, состоит из соединенных между собой автоматического регулятора (АР) и объекта регулирования (ОР). На вход регулятора поступают задающие воздействия g и регулируемая величина y. Выходной величиной является регулирующее воздействие, приложенное к регулирующему органу.

В отличие от регулирования по возмущению при регулировании по отклонению ни одно из возмущающих воздействий не измеряется.

Основным преимуществом АСР, работающих по отклонению, перед АСР, реализующими принцип регулирования по возмущению, является их способность выполнять задачу регулирования при любом числе возмущающих воздействий. Объясняется это тем, что в АСР, работающих по отклонению, ни одно возмущение не измеряется; работа системы не связана ни с какими конкретными возмущениями. Вместо возмущения в таких системах непрерывно измеряется отклонение, характеризующее соответствие действительного закона изменения регулируемой величины требуемому. Вторым преимуществом АСР, работающих по отклонению, является отсутствие местных требований к стабильности характеристик элементов регулятора и объекта. Обусловлено это тем, что изменение параметров регулятора и объекта приводит к появлению отклонения, которое немедленно обнаруживается системой и ликвидируется.

Таким образом, АСР, работающие по отклонению, лишены основных недостатков АСР, работающих по возмущению. Это обстоятельство явилось причиной того, что в настоящее время регулирование по отклонению является основным принципом построения регуляторов в самых различных областях техники.

АСР, работающие по отклонению, представляют собой системы с обратной связью. Под обратной связью понимают подачу сигнала, когда сигнал обратной связи складывается с входным сигналом, обратная связь называется положительной, если вычитается, – отрицательной. Для систем регулирования входным устройством является задающее воздействие g, выходным – регулируемая величина y.

Наличие обратной связи в АСР, работающих по отклонению, приводит к образованию замкнутого контура передачи воздействий. Регулятор действует на объект, объект, в свою очередь, воздействует на регулятор. В связи с этим АСР, реализующие принцип регулирования по отклонению, называют системами, работающими по замкнутому циклу, или замкнутыми системами. Однако системам с обратной связью присущи и некоторые недостатки.

Так как регулирующее воздействие, направленное на ликвидацию отклонения, появляется только при y = 0, то, следовательно, прежде чем ликвидировать отклонение, необходимо допустить его возникновение. Кроме того, замкнутые системы склонны к колебаниям.

Оба отмеченных недостатка АСР, работающих по отклонению, отсутствуют у систем, работающих по возмущению. В то же время, как уже указывалось, системы, работающие по отклонению, лишены основных недостатков систем, работающих по возмущению. Поэтому целесообразно использовать оба основных принципа регулирования в одной системе. Системы, в которых одновременно используется как регулирование по отклонению, так и регулирование по возмущению, называются системами комбинированного регулирования. Такие системы обычно представляют собой сочетание двух систем, одна из которых работает по замкнутому, а вторая  по разомкнутому циклу, обеспечивает инвариантность регулируемой величины по отношению к одному из основных возмущений (рис. 5.5), наиболее сильно влияющему на регулируемую величину.

Рис. 5.5. Комбинированная АСР
Система, работающая по замкнутому циклу, снимает вредное влияние всех других возмущающих воздействий. Промежуточные и исполнительные элементы у обеих систем являются общими.
  1   2   3   4   5   6   7


Глава 5
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации