Классификация систем автоматического регулирования

Системы автоматического регулирования делятся на группы (классы) в зависимости от назначения, характера изменения сигналов, уравнений, которыми описывается их работа, в зависимости от того, используется или нет энергия от внешних источников для регулирования и т.д.

По назначению АСР делятся на системы

· стабилизации,

· программные и

· следящие (или АСР дистанционного управления).

Задачей систем стабилизации является вывод на заданное оператором значение регулируемой величины и удержание этого значения с ошибкой не более допустимой, несмотря на действие возмущений.

Для таких систем задающее воздействие постоянно, т.е. g(t)=const.

Если объект регулирования – оборудование для производства разнообразной по параметрам продукции, тогда одной из задач таких систем является изменение регулируемой величины в соответствии с каждым новым задающим воздействием. Так, например, на прокатном стане требуется получать железные листы разной толщины. В этом случае задача сводится к тому, что оператор в зависимости от сорта стали меняет величину задающего воздействия. В этом случае задача системы заключается в переводе оборудования на режим, соответствующий требуемой толщине листа.

При производстве бумаги на бумагоделательной машине задача заключается в переводе систем регулирования с режима производства бумаг одного сорта на другой, что требует изменения значений влажности, поверхностной плотности, зольности бумажного полотна, скорости его прохождения через бумагоделательную машину и т.п.

На рис. 6.1 показан пример системы регулирования числа оборотов двигателя постоянного тока.

3 5 6 7 8

U_зад

1 4

U_тг

Рис. 6.1. АСР числа оборотов двигателя:

1 – потенциометр; 2 – движок потенциометра 1; 3 – усилитель; 4 – обмотка возбуждения генератора; 5 – генератор; 6 – электродвигатель; 7 – тахогенератор; 8 – нагрузка; 9 – вспомогательный двигатель

При определённом положении движка потенциометра 2, выставляемого оператором и служащего задающим устройством, напряжение U_зад сравнивается с напряжением, поступающим с тахогенератора U_тг, установленным на валу двигателя. Это напряжение пропорционально числу оборотов ω, развиваемым двигателем 6. Таким образом, тахометр служит в системе датчиком. При равенстве напряжений их разница, поступающая на усилитель, равна 0. Если оператор изменит положение движка 2 (даст новое задание), то ситуация, подобная предыдущей, возникнет при другом напряжении U_тг, т.е. при другом значении ω, и т.д. Если потенциометр 1 проградуировать в соответствии с числом оборотов ω, то для задания АСР требуемого значения скорости вращения двигателя оператору необходимо выставлять движок 2 в соответствующее положение.

В том случае, когда при изменении нагрузки 8 на валу двигателя 6 число оборотов двигателя изменится, появится ∆U не равное нулю. Сигнал ∆U, усиленный усилителем 3, приведет к изменению тока в обмотке возбуждения 4 генератора 5. Это в свою очередь вызовет изменение тока в якоре электродвигателя в сторону значения, при котором число оборотов будет возвращаться к заданной величине. Таким образом, будет происходить процесс стабилизации скорости вращения электродвигателя.

Задачей программных систем является изменение регулируемой величины по определенной программе с заданной точностью, несмотря на действующие на АСР возмущения. В этом случае g(t) = F(t), где F(t) – известная функция времени.

Так, в ряде технологических процессов может потребоваться менять температуру получаемого продукта во времени по определенной программе.

Для технической реализации таких систем требуется более сложное задающее устройство и, как правило, более сложный регулятор. Если рассмотреть предыдущий пример, то для перемещения движка 2 по определенной программе можно воспользоваться кулачковым механизмом. При этом профиль кулачка должен соответствовать требуемому закону изменения регулируемой величины ω.

Задачей следящих систем является изменение регулируемой величины в соответствии с изменяющимся по заранее неизвестному закону заданию, т.е. g(t) = η(t), где η(t) – заранее неизвестная функция времени.

Первым примером таких систем явились системы управления зенитным огнем, созданные в Англии во время войны 1941-1945 годов для стрельбы по фашистским самолета и ракетам ФАУ. Задача наводчика сводилась лишь к наведению визира на самолет. Система разворачивала платформу, на которой стояла зенитная установка, и меняла вертикальное положение орудия с помощью электрических двигателей. При маневрах самолетов, следя за целью, задание по положению орудия приходилось менять случайным образом.

В зависимости от характера изменения сигналов в АСР они делятся на непрерывные и дискретные. Системы И.И.Ползунова и Д.Уатта являются непрерывными АСР. В том случае, когда в системе присутствует, например, вычислительная машина, выполняющая функции управляющего устройства (контроллера), АСР относится к дискретным. Сигналы поступают в машину через определённый интервал времени (период опроса), где над ними производятся логические и арифметические операции, а затем, также через определенное время, полученные результаты в виде сигналов выводятся из машины и поступают на исполнительные механизмы. В силу такой специфики работы управляющей вычислительной машины сигналы в системе носят дискретный характер.

Математические модели процессов в элементах АСР могут представлять собой нелинейные или линейные уравнения. В зависимости от этого системы делятся, соответственно, на нелинейные и линейные АСР.

При решении с помощью систем задач управления могут использоваться вспомогательные источники энергии, как это имеет место, например, в системе регулирования числа оборотов двигателя. В том случае, когда для управления используется энергия самого процесса (например, в системе И.И.Ползунова), АСР носят название систем прямого регулирования, в отличие от систем косвенного регулирования в предыдущем случае.