12. Релейні системи автоматичного керування. Визначення, особливості, призначення, достоїнства й недоліки.

Большинство релейных САУ можно представить, как показано нарис. 11-2. Здесь НП — непрерывная часть системы, а РЭ — релейный элемент. Релейный элемент осуществляет квантование непрерывного сигнала X по уровню, преобразуя его в дискрет­ный сигнал Y. Возможны и более сложные САУ, содержащие несколько релейных элементов, разделенных частями непрерыв­ного действия. Релейный элемент — это звено релейного действия, статиче­ская характеристика которого может иметь вид одной из харак­теристик, приведенных в пунктах 4, 5, 6 и 7 приложения 8. Ре­лейная характеристика может быть и несимметричной. Релейным элементом в системе может быть собственно реле (электрическое, пневматическое и т. п.), двигатель постоянной скорости (управляемый только командами «включен», «выключен» и, возможно, «реверс» без изменения величины скорости), какое-либо чувстви­тельное звено релейного действия и т. п. Релейный элемент функционально может быть любым звеном управляющего устройства системы — чувствительным, усилитель­ным, исполнительным или входить в состав объекта управления. Типичным примером релейной САУ являются широко распро­страненные релейные следящие системы с электрическим испол­нительным двигателем. В этих системах усиление сигнала рас­согласования и управление исполнительным двигателем осущест­вляются с помощью реле. Системы автоматического регулирования часто выполняются релейными. На рис. 11-3 приведена схема релейной системы автоматического регулирования напряжения генератора постоян­ного тока с двух позиционным реле. Напряжение генератора подается на электромагнитное реле Р, контакты которого вклю­чают или выключают сопротивление R в цепи обмотки возбуж­дения генератора, изменяя тем самым ток возбуждения, а следо­вательно, и напряжение генератора. Установившийся режим работы системы — колебательный. Повышение напряжения гене­ратора вызывает срабатывание реле и размыкание его размы­кающих контактов, благодаря чему происходит уменьшение тока возбуждения и напряжения генератора. В результате реле вновь отпускает, опять замыкая свои размыкающие контакты. Далее процесс замыкания и размыкания контактов повторяется. В установившемся режиме ток возбуждения генератора колеб­лется относительно некоторого среднего значения, определяю­щего среднее значение напряжения генератора. Благодаря инер­ционности цепей генератора колебание его напряжения отно­сительно среднего значения невелико, но, разумеется, оно должно быть достаточным для обеспечения режима периодического срабаты­вания и отпускания реле. Всякое возмущение, например изменение нагрузки генератора, приводит к временному отклонению напря­жения генератора от его установившегося значения и соответ­ственно к длительной задержке реле в одном из своих крайних положения. После восстановления напряжения устанавливается новый устойчивый режим вибраций реле, однако с другой скваж­ностью импульсов тока возбуждения и соответственно с другим средним значением этого тока. Описанный регулятор напряжения называется вибра­ционным регулятором. Он широко применяется для регулирования напряжения генераторов небольшой мощности (например, в автомобилях). В случае регулирования напряжения генераторов большей мощности в цепь возбуждения генератора включают контакты не самого чувствительного реле Р, а управляемого им более мощного промежуточного реле или контактора. В случае регулирования напряжения еще более мощных генера­торов в схему вводится в качестве усилителя мощности возбуди­тель, т. е. вспомогательный генератор постоянного тока, работаю­щий на обмотку возбуждения основного генератора и управляемый описанным вибрационным регулятором, реле Р которого подклю­чается на зажимы основного генератора. Релейными часто де­лаются автопилоты самолетов и системы управления космическими объектами. Основными достоинствами релейных САУ являются их простота, связанная с ней высокая надежность, а также экономичность в расходе энергии питания. Именно этим обусловлено, в частности, широкое применение релейных систем в летательных аппаратах.

Простота релейных систем объясняется тем, что устройства релейного действия, как правило, значительно проще устройств непрерывного пропорционального действия. (Чтобы убедиться в этом, достаточно сравнить двигатель с пропорциональным управлением и двигатель постоянной скорости, линейный усили­тель и реле с одинаковой выходной мощностью, какой-либо чув­ствительный элемент с линейной статической характеристикой и его же вариант в релейном исполнении, выявляющий несколько дискретных значений входной величины.) Экономичность релейных систем можно продемонстрировать сравнением к. п. д. линейного усилителя и усилителя, выпол­ненного на тех же элементах, но работающих в релейном (ключе­вом) режиме.ь Кроме того, благодаря тому, что релейные элементы осуществ­ляют предельную форсировку выходного сигнала, релейные САУ могут иметь максимально возможное быстродействие и в этом отношении превосходят САУ непрерывного действия (см. три­надцатую главу).

Релейные элементы подразделяются по числу уровней выход­ной величины на двухпозиционные, трех позиционные и т. п. При­мером первых двух типов релейных элементов являются соответственно двух- и трехпозиционные поляризованные реле. При­мером многопозиционного релейного элемента служит управ­ляемое сопротивление, имеющее конечный ряд дискретных зна­чений. (Простейшим таким элементом является многопозицион­ный переключатель сопротивления.) Основное применение в релейных САУ получили двух- и трехпозиционные релейные элементы. По типу релейных элементов релейные САУ называются двухпозиционными, трехпозиционными и т. д. Многопозиционное квантование по уровню приме­няется главным образом в цифровых САУ.