Система терморегулирования

В рассмотренных примерах автоматических систем все сигналы непрерывно изменяются во времени. Могут встречаться и другие случаи. На рис. 7 показан пример системы терморегулирования, построенной с использованием другого принципа.

Объектом управления в системе является нагревательный объект, например электрическая печь. Внутренний объём печи нагревается электронагревателем с сопротивлением Rн. Нагреватель подключен к электрической сети через контакты S электромагнитного реле К.

При выключенном реле его контакты замкнуты и нагреватель подключен к питающей сети. За счёт протекающего тока происходит его нагрев и температура T(t) в печи повышается. При включении реле его контакты разомкнутся и нагрев прекратится. За счёт естественного охлаждения температура в печи будет понижаться.

Для измерения температуры в печи используется ртутный термометр с встроенным электрическим контактом. Контакт выполнен в виде проволочки, запаянной в трубку термометра так, что её нижний конец находится на уровне заданной температуры Tз. В электрическую цепь контакта включена катушка электромагнитного реле К. При замыкании контакта реле будет срабатывать.

Когда температура T(t) в печи меньше заданной Tз, реле К обесточено и его контакты S замкнуты, происходит нагрев печи. Температура в печи повышается. Когда температура в печи достигнет заданного положением контакта значения Tз, контакт термометра замкнётся.

При этом реле сработает и его нормально замкнутые контакты S разомкнутся. Нагреватель отключится от сети и температура в печи начнёт понижаться. Это приведёт к размыканию контакта термометра, к выключению электромагнитного реле К и к включению нагревателя Rн. Температура снова начнёт повышаться.

Таким образом, за счёт попеременного включения-выключения нагревателя в печи будет поддерживаться постоянная температура с небольшими колебаниями относительно значения Тз, на которое настроен термометр. Управление в рассматриваемой системе терморегулирования происходит дискретно, и сама система рассматривается как дискретная система. Это система стабилизации температуры.

Следящая система автоматического управления

В рассмотренных примерах автоматических систем управление осуществляется с целью стабилизации выходной (управляемой) величины объекта управления. В системах автоматического управления могут решаться и другие задачи. На рис. 8 показана схема автоматической следящей системы для управления углом поворота орудийной башни при наведении орудия на цель. Рассматривается только наведение башни в горизонтальной плоскости.

Для поворота вокруг вертикальной оси башня 1 имеет электромеханический привод, включающий электродвигатель Д и редуктор 3. Угол поворота β башни измеряется с помощью потенциометрического датчика угла поворота Rд.

Нужный поворот башни задается положением прицела 2, который наводчик направляет на цель. Угол поворота  прицела измеряется потенциометрическим датчиком угла поворота Rз.

Датчики Rз и Rд включены в мостовую измерительную схему. Выходное напряжение этой схемы определится разницей углов поворота прицела и башни:

.

Полярность выходного напряжения будет зависеть от того, какой из углов в данный момент больше.

Выходное напряжение ΔU мостовой схемы усиливается и преобразуется в напряжение питания цепи якоря приводного электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения Д. Электродвигатель начинает вращаться и поворачивать башню в нужном направлении так, чтобы устранить разницу углов поворота.

Когда башня займёт положение, соответствующее положению прицела, мостовая схема уравновесится и её выходное напряжение ΔU станет равным нулю. Электродвигатель остановится, зафиксировав башню в требуемом положении. Любой поворот прицела наводчиком приведёт к автоматическому повороту башни в то же положение. Система управления будет отслеживать повороты прицела путём соответствующего поворота башни.