Типовые структурные схемы

Т. В. Гаврилик, А. Т. Доманов

Локальные системы автоматики

Рекомендовано УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики и радиоэлектроники
в качестве учебно-методического пособия для студентов учреждений,
обеспечивающих получение высшего образования по специальности,
1-53 01 07 «Информационные технологии и управление
в технических системах»

Минск БГУИР 2012

УДК 681.51(076.5)

ББК 32.965я73

Г12

Р е ц е н з е н т ы:

кафедра «Информационные системы и технологии» БНТУ;

доцент кафедры автоматизации технологических процессов и электротехники БГТУ, кандидат технических наук, доцент Кузьмицкий И. Ф.

Г12 Гаврилик, Т. В. Локальные системы автоматики: учебн.-мет.пособие /
Т. В. Гаврилик, А. Т. Доманов. – Минск: БГУИР, 2012. – 75 c.: ил.

ISBN 978-985-488-831-6.

Приведены сведения, необходимые для выбора, расчета и увязки основных структурных и точностных параметров элементов при разработке локальных систем и их компьютерного моделирования. Даны примеры и конкретные рекомендации, помогающие лучше усвоить соответствующий материал и выполнить задание по курсовому проекту.

УДК 681.51(076.5)

ББК 32.965я73

ISBN © Гаврилик Т. В., Доманов А. Т., 2012

университет информатики

и радиоэлектроники», 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие. 4

1 Типовые структурные схемы и устройства локальных систем.. 5

1.1 Типовые структурные схемы.. 5

1.2 Элементы и устройства локальных систем.. 7

1.3 Воздействия. 8

1.4 Качество локальных систем.. 9

2 Датчики, измерительные и преобразующие устройства. 12

2.1 Основные технические характеристики. 12

2.2 Датчики и измерительные устройства на потенциометрах. 13

2.3 Индукционное измерительное устройство на сельсинах. 18

2.4 Индукционное измерительное устройство на синусно-косинусных
вращающихся трансформаторах. 24

2.6 Индукционный цифровой датчик углового перемещения. 26

2.7 Фотоэлектрический датчик угла поворота накапливающего типа. 30

3 Исполнительные устройства. 35

3.1 Выбор исполнительного двигателя и расчет передаточного числа редуктора
при произвольном законе движения. 35

3.3 Динамика исполнительного механизма. 41

3.4 Импульсное управление исполнительным двигателем.. 47

3.5 Динамика силовых преобразователей. 49

3.7 Расчет силового преобразователя. 50

4 Регуляторы.. 52

4.1 Аналоговые ПИ-регуляторы.. 52

4.2 Аналоговые ПИД-регуляторы.. 54

4.3 Аналоговые регуляторы с отставанием и с опережением по фазе. 56

4.4 Передаточные функции и структурные схемы цифровых регуляторов. 57

4.5 Расчет параметров регуляторов непрерывного действия в одноконтурных
системах по критерию качества во временной области. 59

Заключение. 73

Список литературы.. 74

Предисловие

Современные технологические процессы и подвижные объекты относятся к классу больших систем, управление которыми организуется по иерархическому принципу. Согласно этому принципу, систему управления представляют в виде последовательно подчиненных управляемых подсистем начиная с подсистемы принятия решений на достижение конечной цели управления и кончая локальными системами регулирования одной физической величиной.

Локальные системы в иерархической структуре занимают особое место. Они строятся по принципу отработки задающих воздействий, сформированных на предыдущем уровне, и непосредственно воздействуют на регулирующие органы технологического процесса или движения подвижного объекта. Мощность и развиваемые усилия на выходе системы достаточно велики.

Кроме задающих воздействий на локальные системы действуют внешние возмущения, возникающие в результате взаимодействия с внешней средой. Эти возмущения оказывают негативное влияние на работу систем, что необходимо учитывать при их проектировании.

В установившемся режиме работы при низкой чувствительности к возмущениям локальные системы являются линейными. Однако в переходных режимах учитывают естественные ограничения на изменение физических величин в системах.

Цель настоящего пособия – изложить основные сведения по локальным системам, необходимые для изучения и практической деятельности при курсовом проектировании, для развития навыков и умения учитывать особенности применения систем и технической реализации.

Типовые структурные схемы и устройства локальных систем

Локальные системы в своем составе содержат сходные по своему функциональному назначению элементы и устройства: задающее устройство (ЗУ); датчик управляемой величины (Д); элемент сравнения (ЭС); преобразующее устройство (ПУ); регулятор (Р); исполнительное устройство (ИУ); объект управления (ОУ).

Системы отличаются друг от друга физической природой управляемой величины, режимом и условиями работы, динамикой объекта, конструкциями элементов и устройств.

Ниже показаны типовые структурные схемы систем, наиболее часто встречающиеся в практике, и даны необходимые пояснения.

Конкретные схемы локальных систем могут отличаться от типовых. Часть устройств может конструктивно объединятся в одном устройстве, например задающее устройство, датчик управляемой величины, элемент сравнения и преобразующее устройство – в устройство измерения рассогласования. Могут быть и другие элементы, не показанные на схемах.

Типовые структурные схемы

На рисунке 1.1 показана структурная схема одноконтурной системы, где – задающее (управляющее) воздействие; – управляемая величина; – внешнее возмущение, вызывающая искажение управляемой величины; и – сигналы, передающие информацию о задающем воздействии и управляемой величине соответственно; – форма сигнала об отклонении, удобная для передачи по каналу управления регулятору; – сигнал управления; – регулирующее воздействие на входе объекта управления. Система обеспечивает стабилизацию управляемой величины на заданном уровне или простейшие законы ее изменения, например с постоянной скоростью .

Рисунок 1.1

Регулятор Р преобразует сигнал ошибки в управляющее воздействие повышает устойчивость и улучшает динамические свойства локальной системы.

На рисунке 1.2 показана структурная схема системы с двумя регуляторами. Один из них – регулятор P1 – помещен в прямую цепь и обеспечивает качество системы в установившемся режиме работы. Второй – регуляторP2 – располагается в цепи местной обратной связи, повышая устойчивость и быстродействие системы, снижая ее чувствительность к изменению параметров исполнительного устройства.

Система обеспечивает изменение управляемой переменной с любой скоростью и с любым ускорением, не превышающими максимальные значения, которые может гарантировать система.

Рисунок 1.2

При отработке сложных законов изменения , например программных, при высоких требованиях к качеству управления используют многоконтурные системы. В этих системах кроме информации об основной величине используют измерения других координат вектора состояния, например скорости, ускорения, тока, напряжения.

На рисунке 1.3 показана структурная схема трехконтурной системы
с тремя последовательно включенными регуляторами: перемещения (положения) - P1, скорости - P2 и тока (момента, ускорения) - P3. Ее также называют схемой подчиненного регулирования, на выходах регуляторов Р1 и Р2 получают задающие воздействия: на контур скорости и – на контур тока. Каждый контур содержит датчик обратной связи: контур тока – датчик тока (ДТ), контур скорости – датчик скорости (ДС), контур перемещения – датчик перемещения (Д). Система отличается простотой настройки и регулирования параметров регуляторов; применяется в технических системах с числовым программным управлением: станках, промышленных работах, подъемно-транспортных машинах и т.д.