ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Системы автоматического регулирования и управлеОсновные элементы регуляторов н управляющих систем из "Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем" Различающиеся по законам задающих воздействий, характеру формирования и виду сигналов системы автоматического регулирования и управления могут быть одноконтурными и многоконтурными. Одноконтурные характеризуются наличием в замкнутом контуре одного регулируемого (управляемого) объекта и одного регулятора (управляющей системы). Структурная схема одноконтурной системы автоматического регулирования приведена на рис. 1.1. Многоконтурные системы автоматического регулирования и управления при одном регулируемом (управляемом) объекте имеют два или несколько регуляторов (управляющих систем), не связанных (рис. 1.3) или связанных между собой. В последнем случае два или более регулирующих воздействий Ыз,. .. алгебраически суммируются. Эта операция имеет условное обозначение, показанное на рис. 1.4, в виде кружка со знаком плюс или минус . [c.17] С развитием и совершенствованием систем автоматического регулирования и управления определился еще один признак классификации, по которому системы разделяют на жесткие (неприспосабливающиеся) и адаптивные (приспосабливающиеся). К жестким системам относятся системы автоматического регулирования и управления, свойства которых в процессе эксплуатации не претерпевают контролируемых изменений. Адаптивные системы характеризуются тем, что в них в зависимости от внешних условий происходят контролируемые изменения свойств регулятора или управляющей-системы. Этой особенностью объясняется и название таких систем, аналогичное соответствующему понятию в биологии и означающее приспособление растения или животного к изменившимся внешним условиям. Адаптивные системы делят на экстремальные, самонастраивающиеся, самоорганизующиеся и самообучающиеся, в которых по различным показателям осуществляется корректирование характеристик регулятора (управляющей части) или изменение его структуры [1 ]. [c.17] Регуляторы и управляющие системы состоят из отдельных, связанных между собой элементов, каждый из которых осуществляет преобразование воздействий, полученных от предыдущего элемента, и передачу преобразованных сТ гналов дальше по контуру системы автоматического регулирования или управления. Величину, характеризующую воздействие на элемент, называют входной (входной сигнал, вход), а величину, определяющую сигнал после элемента, — выходной (выходной сигнал, выход). Обычно рассматривают элементы направленного действия, т. е. пропускающие сигналы в одном направлении от входа к выходу. [c.18] По принципу действия и конструктивному исполнению элементы регуляторов и управляющих систем очень разнообразны и могут быть выполнены в виде электрических, электронных, механических, гидравлических и пневматических устройств. Однако с учетом той функции, которую выполняют элементы в системе, они могут быть отнесены к одному типу, поэтому число типовых элементов получается небольшим. В системах автоматического регулирования и управления применяют следующие типовые элементы. [c.18] Регуляторы прямого действия, несмотря на простоту конструкции, применяют только в тех случаях, когда для управления регулирующим органом требуется малая мощность и допускается низкая точность регулирования. [c.19] Для обеспечения большой мощности сигналов управления регулирующими органами используют регуляторы непрямого действия, в которых выход чувствительного элемента соединен с входом усилителя, управляющего непосредственно или через несколько дополнительных усилителей исполнительным элементом. [c.19] В этом регуляторе чувствительный элемент управляет золотником, который в свою очередь управляет потоком жидкости, подводимой от вспомогательной насосной установки. В результате небольшой мощности сигналы управления золотником усиливаются и получается большей мощности выходной сигнал (перемещение штока гидроцилиндра). Золотник с гидроцилиндром является усилителем, причем одновременно гидроцилиндр выполняет роль исполнительного элемента, связанного с регулирующим органом (задвижкой, направляющим аппаратом) двигателя. [c.20] Для того чтобы обеспечивался необходимый приток энергоносителя к двигателю при разных нагрузках, задвижка должна занимать разные положения. Соответственно разные установившиеся положения должен иметь и поршень 7 гидроцилиндра. Однако при всех установившихся положениях поршня гидроцилиндра золотник будет находиться в нейтральном положении. Следовательно, равновесное положение точки Е рычага ВЕС должно быть неизменным. Точка С этого рычага вместе со штоком поршня гидроцилиндра может занимать разные положения, в связи с чем процесс регулирования закончится при той угловой скорости вала двигателя, при которой муфта центробежного маятника (точка А) займет согласованное с точками и О положение. По схеме регулятора легко проследить, что при больших открытиях задвижки установившаяся угловая скорость вала двигателя будет меньше, чем при малых открытиях задвижки. Если построить зависимость установившейся угловой скорости вала двигателя от открытия задвижки, то получим статическую характеристику 1 (рис. 1.5, б). Предположим, что в точке Р отключена обратная связь 6 и этот конец рычага закреплен на внешней опоре. Теперь золотник может занимать нейтральное положение при любом положении задвижки 9 и одном и том же положении муфты центробежного маятника, поэтому регулятор имеет возможность поддерживать одну и ту же постоянную угловую скорость вала двигателя при любом открытии задвижки (статическая характеристика 2 на рис. 1.5, б). [c.20] Для изменения поддерживаемых регулятором значений угловой скорости вала двигателя может быть изменено положение точки С рычага АВС. При перемещении точки С вверх установившиеся значения угловой скорости уменьшаются, а при перемещении этой точки вниз — увеличиваются. Таким образом, управлением положения точки С рычага АВС осуществляется задающее воздействие на данную систему автоматического регулирования. Возмущающее воздействие возникает вследствие изменения нагрузки на двигатель. [c.21] Иногда регуляторы называют по начальным буквам осуществляемых законов регулирования П-регулятор (закон 1.3) ПИ-регулятор [законы (1.3) + (1.4) ] ПИД-регулятор [законы (1.3) -Ь + (1.4)(1.5)]. Управляющие системы соответственно определяются как системы с управлением по ошибке, по ошибке и ее интегралу, по ошибке, ее производной и интегралу. [c.21] С развитием техники совершенствуются регуляторы и управляющие системы. Например, вместо гидромеханических регуляторов гидротурбин, принципиальные схемы которых были основаны на схеме, показанной на рис. 1.5, с середины XX в. начинают получать распространение электрогидравлические регуляторы. В этих регуляторах чувствительный элемент, обратные связи и корректирующие устройства выполнены из электромеханических и электронных элементов, а усилители и исполнительные двигатели — гидравлическими. [c.21] Основное требование, которому должна удовлетворять любая система автоматического регулирования или управления, заключается в обеспечении заданного для регулируемого или управляемого объекта режима. Вследствие возмущающих воздействий или изменения задающего воздействия на систему автоматического регулирования или управления в какие-то моменты времени нарушается установившийся режим работы системы. При восстановлении заданного состояния или при смене состояний в системе возникают переходные процессы, сопровождающиеся изменением регулируемых величин во времени. Эти изменения при правильной работе регулятора (управляющей системы) должны находиться в допустимых пределах. Кроме того, ограничивается продолжительность процессов регулирования. Однако вследствие несоответствия характеристик регулятора (управляющей системы) и регулируемого объекта или управляемого объекта предъявляемые к системе требования могут не выполняться. Возможны также случаи, когда система автоматического регулиро- вания или управления оказывается неустойчивой. В такой системе после любого случайного возмущения возникают либо незатухающие колебания, либо колебания с нарастающей во времени амплитудой, либо отклонение регулируемой величины монотонно нарастает во времени. [c.22] Таким образом, можно выделить три основные задачи, которые приходится решать при исследовании и создании систем автоматического регулирования и управления. Первой из них является определение условий, при которых системы автоматического регулирования или управления будут устойчивы. Вторая задача состоит в нахождении отклонений регулируемых величин при переходных процессах и в определении продолжительности этих процессов. Третья задача заключается в выявлении ошибок, с которыми системы автоматического регулирования или управления работают в установившихся режимах. Эти три задачи по существу сводятся к обеспечению устойчивости, качества и точности регулирования. [c.22] Возможны различные пути решения указанных задач. При наличии системы автоматического регулирования или управления она может быть подвергнута всесторонним испытаниям для проверки влияния различных факторов на устойчивость, качество и точность регулирования. Однако, во-первых, такие испытания обычно оказываются очень трудоемкими, во-вторых, не всегда известно, влияние каких именно факторов необходимо проверять. [c.22] Вследствие этого даже при большом объеме испытаний результаты исследования будут недостаточно полными. [c.22] Применяемые в современной теории автоматического регулирования и управления методы зависят от вида математических моделей. Математические модели всегда с той или иной степенью приближения отражают реальные явления, возникающие в изучаемых системах. В зависимости от числа учитываемых факторов, подробности математического описания явлений, происходящих в системах, а также предположений, используемых при этом описании, математические модели могут быть представлены ра.зличными уравнениями. С начала формирования теории автоматического регулирования и до последнего времени широко применяют линейные дифференциальные уравнения. Это объясняется, во-первых, наличием разработанной в математике общей теории линейных дифференциальных уравнений и, во-вторых, тем, что такие уравнения при определенных ограничениях позволяют с достаточной для различных прикладных задач точностью описать системы автоматического регулирования или управления. [c.24] По возможности применения математической модели, основанной на линейных или нелинейных уравнениях, системы автоматического регулирования и управления принято разделять на линейные и нелинейные. В зависимости от других особенностей математических моделей существуют также различные виды этих систем. Если описание системы сводится к обыкновенным диф )ерен-циальным уравнениям, то их называют системами ссосредо-точенными параметрами. Системы, математические модели которых содержат уравнения в частных производных, относятся к системам с распределенными параметрами. Кроме того, линейные и нелинейные системы могут быть описаны дифференциальными, разностными или и теми и другими уравнениями. Соответственно такие системы определяют как непрерывные, дискретные и дискретно-непрерывные. Коэффициенты в уравнениях могут быть постоянными или функциями времени. В первом случае системы являются стационарными, во втором — нестационарными. [c.25] Основой теории автоматического регулирования и управления служат методы исследования и расчета линейных непрерывных систем, в связи с чем в дальнейшем этим методам посвящена большая часть материала. Рассмотрены также некоторые наиболее часто применяемые при расчете гидравлических и пневматических систем методы теории нелинейных систем автоматического регулирования, импульсных, цифровых и оптимальных систем. [c.25] ПРИ МАТЕМАТИЧЕСКОМ ОПИСАНИИ СИСТЕМ. [c.26] Для расчета любой системы необходимо прежде всего составить математическое описание протекающих в ней физических процессов, т. е. получить математическую модель системы. При этом в системе могут быть предварительно выделены более простые подсистемы или элементы в соответствии с их функциональным назначением. Например, в системе автоматического регулирования угловой скорости вала двигателя (см. рис. Iv5) можно выделить следующие функциональные элементы чувствительный элемент (центробежный регулятор), усилитель и исполнительный элемент (золотник вместе с гидроцилиндром), обратная связь регулятора, регулируемый объект (двигатель, задвижка, нагружающая двигатель машина). В ряде случаев более целесообразным оказывается разделение системы на составные части не по функциональному признаку элементов, а по физическим процессам. Например, могут быть Е ыделены элементы или группа элементов, в которых протекают гидромеханические процессы, и группа элементов с электрическими процессами. Иногда удобно такие процессы, в свою очередь, представить в виде совокупности процессов, каждый из которых имеет более простое математическое описание. При любом из указанных подходов используют величины двух видов. К первому виду величин относятся зависимые от времени переменные, которые являются своего рода координатами, определяющими в обобщенном смысле этого понятия движение системы. Такими величинами могут быть перемещения деталей, давления и расходы жидкости или газа, сила и напряжение электрического тока, температуры каких-либо тел или сред и др. [c.26] Вернуться к основной статье