- •А.В. Федотов теория автоматического управления
- •Список сокращений
- •Основы теории автоматического управления Введение
- •Примеры систем автоматического управления Классический регулятор Уатта для паровой машины
- •Система регулирования скорости вращения двигателей
- •Автоматизированный электропривод
- •Система терморегулирования
- •Следящая система автоматического управления
- •Система автоматического регулирования уровня
- •Обобщённая структура автоматической системы
- •Принципы автоматического управления
- •Математическая модель автоматической системы
- •Пространство состояний системы автоматического управления
- •Классификация систем автоматического управления
- •Структурный метод описания сау
- •Обыкновенные линейные системы автоматического управления Понятие обыкновенной линейной системы
- •Линеаризация дифференциального уравнения системы
- •Форма записи линеаризованных дифференциальных уравнений
- •Преобразование Лапласа
- •Свойства преобразования Лапласа
- •Пример исследования функционального элемента
- •Передаточная функция
- •Типовые воздействия
- •Гармоническая функция.
- •Временные характеристики системы автоматического управления
- •Частотная передаточная функция системы автоматического управления
- •Частотные характеристики системы автоматического управления
- •Типовые звенья
- •Безынерционное (усилительное) звено.
- •Инерционное звено (апериодическое звено первого порядка).
- •Колебательное звено.
- •Интегрирующее звено.
- •5. Дифференцирующее звено.
- •Неустойчивые звенья
- •Соединения структурных звеньев
- •Преобразования структурных схем
- •Передаточная функция замкнутой системы автоматического управления
- •Передаточная функция замкнутой системы по ошибке
- •Построение частотных характеристик системы
- •Устойчивость систем автоматического управления Понятие устойчивости
- •Условия устойчивости системы автоматического управления
- •Теоремы Ляпунова об устойчивости линейной системы
- •Критерии устойчивости системы Общие сведения
- •Критерий устойчивости Гурвица
- •Критерий устойчивости Найквиста
- •Применение критерия к логарифмическим характеристикам
- •Критерий устойчивости Михайлова
- •Построение области устойчивости системы методом d-разбиения
- •Структурная устойчивость систем
- •Качество системы автоматического управления Показатели качества
- •Точность системы автоматического управления Статическая ошибка системы
- •Вынужденная ошибка системы
- •Прямые методы анализа качества системы Аналитическое решение дифференциального уравнения
- •Решение уравнения системы операционными методами
- •Численное решение дифференциального уравнения
- •Моделирование переходной характеристики
- •Косвенные методы анализа качества Оценка качества по распределению корней характеристического полинома системы
- •Интегральные оценки качества процесса
- •Оценка качества по частотным характеристикам Основы метода
- •Оценка качества системы по частотной характеристике
- •Оценка колебательности системы
- •Построение вещественной частотной характеристики
- •Оценка качества сау по логарифмическим характеристикам
- •Синтез системы автоматического управления Постановка задачи синтеза системы
- •Параметрический синтез системы
- •Структурный синтез системы Способы коррекции системы
- •Построение желаемой логарифмической характеристики системы
- •Синтез последовательного корректирующего звена
- •Синтез параллельного корректирующего звена
- •Другие методы синтеза систем автоматического управления
- •Реализация систем автоматического управления Промышленные регуляторы
- •Особенности реализации промышленных регуляторов
- •Настройка промышленных регуляторов
- •Управление по возмущению
- •Комбинированное управление
- •Многосвязные системы регулирования
- •Обеспечение автономности управления
- •Библиографический список
- •Предметный указатель
- •Содержание
Система регулирования скорости вращения двигателей
Н а рис. 5 показана упрощенная обобщённая схема регулирования скорости вращения вала некоторого двигателя. Скорость вращения воспринимается датчиком скорости (тахометром) и преобразуется в измерительный сигнал, поступающий в логическое устройство управление, которое на основе оценки состояния объекта управления определяет необходимое управляющее воздействие. Управляющее воздействие подаётся на исполнительный механизм, который имеет в своём составе регулирующий подачу рабочего тела или топлива клапан и его привод, обеспечивающий необходимые перемещения клапана.
Система обеспечивает автоматическую стабилизацию скорости вращения выходного вала двигателя независимо от нагрузки на валу. Регулирование происходит за счет соответствующего изменения подачи топлива (или рабочего тела) в двигатель. Подобные системы используются для двигателей внутреннего сгорания, для газовых турбин (например, реактивный двигатель самолёта, для гидравлических турбин и др.).
Автоматизированный электропривод
П ример электромеханической системы регулирования скорости вращения вала электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения показан на рис. 6.
Объектом управления в этой системе является электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения Д. Управляемая величина скорость вращения (t) вала двигателя. Использован способ регулирования скорости путем изменения напряжения Uд в цепи якоря двигателя.
Напряжение питания двигателя Uд формируется регулируемым источником напряжения РИН, который может быть выполнен на основе электронной тиристорной или транзисторной схемы, а также в виде различных электрических машин (генератор постоянного тока, электромеханический усилитель ЭМУ или электромагнитный усилитель). Напряжением на выходе РИН можно управлять, изменяя входное напряжение управления Uу.
Для получения информации о текущем значении скорости (t) вращения вала электродвигателя используется тахогенератор Тг (датчик скорости), вал которого кинематически соединён с валом электродвигателя. Выходное напряжение тахогенератора Uтг пропорционально скорости вращения его вала.
Напряжение тахогенератора Uтг (измерительный сигнал) сравнивается с напряжением задания Uз, значение которого устанавливается потенциометром Rз. Результатом сравнения будет сигнал ошибки (или отклонения)
ΔU = Uз - Uтг.
Сигнал ошибки подаётся на вход усилителя, на выходе которого формируется напряжение Uу управления для РИН. Таким образом, усилитель будет определять связь управляющего воздействия с величиной изменения скорости вращения вала электродвигателя.
Если в установившемся режиме вращения вала электродвигателя с постоянной скоростью, например, вследствие изменения нагрузки на валу, изменится скорость вращения вала (например, уменьшится), то уменьшится напряжение на выходе тахогенератора и возрастёт сигнал ошибки.
Увеличение сигнала ошибки приведёт к увеличению напряжения Uу управления РИН и к увеличению напряжения Uд, подаваемого на якорь электродвигателя. При этом скорость вращения вала электродвигателя увеличится и восстановится её прежнее значение, существовавшее до увеличения нагрузки. Электродвигатель будет работать с постоянной скоростью вращения вала при автоматически изменяющемся в зависимости от нагрузки напряжении питания якоря.
Скорость вращения вала электродвигателя в системе будет определяться величиной напряжения задания Uз. Изменяя это напряжение с помощью потенциометра Rз, можно дистанционно регулировать скорость вращения вала электродвигателя. Установленное значение скорости вращения будет автоматически поддерживаться регулятором независимо от изменения нагрузки на валу. В рассматриваемой системе происходит автоматическая стабилизация скорости вращения вала электродвигателя.