Разомкнутые системы автоматического регулирования

Системы автоматического управления, в которых рабочей информацией является задающие и возмущающие воздействия относятся к разомкнутым САУ. Они подразделяются на системы компенсации и разомкнутые системы программного управления. В этих системах не происходит сравнение между заданным и действительным значениями регулируемой величины и часто даже не измеряется действительная регулируемая величина.

В системах компенсации рабочей информацией является возмущающее воздействие, которое приводит к изменению регулируемого параметра. В этих системах измеряются возмущения с помощью датчиков и в соответствии с этими возмущениями происходит воздействие на регулирующий орган объекта регулирования для компенсации возмущений.

Функциональная схема системы компенсации показана на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Функциональная схема системы компенсации

В разомкнутых системах программного управления выполняется заданная последовательность действий, не зависимая от получаемого результата. В качестве рабочей информации используется информация о последовательности и характере действия, составленной заранее в виде программы, которая хранится в запоминающем устройстве.

Функциональная схема дана на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Функциональная схема системы программного управления

Примерами систем программного управления являются автоматическая система запуска некоторых авиационных двигателей, автоматические системы станков с программным управлением.

Системы разомкнутого типа обладают высоким быстродействием и большим запасом устойчивости. Недостатком системы является небольшая точность, связанная с недостаточно точным измерением возмущений и отсутствием контроля над регулируемым параметром. Поэтому часто используют комбинированные системы управления, имеющие замкнутый и разомкнутый контуры управления. Примером является система автоматического выравнивания и приземления самолета.

Самонастраивающиеся системы

Самонастраивающиеся системы (рис.1.6) - это системы, обладающие свойством приспосабливаться (адаптироваться) к меняющимся условиям. Такая система осуществляет поиск оптимального состояния регулируемого объекта и перестраивает режим работы и свои параметры. Эти системы подразделяются на системы, в которых происходит изменение программы в зависимости от изменяющихся условий и на системы, в которых происходит автоматическое изменение структуры системы и отдельных параметров ее элементов.

Рис.1.6

В самонастраивающихся системах в бортовом компьютере на основе поступающих сигналов с датчиков, определяющих параметры полета самолета, программы полета, внешних возмущений и других факторов осуществляется расчет оптимального управления самолетом.

Лекция 2

Типовые динамические звенья системы автоматического управления

Для анализа САУ все элементы любой автоматической системы подразделяются на группы (типовые динамические звенья). Принцип такого разделения основан на виде уравнения, которое связывает входной сигнал этого элемента с выходным. В общем случае это дифференциальное уравнение.

Все элементы систем автоматического регулирования, которые описываются одинаковым дифференциальным уравнением не выше второго порядка, обладают одинаковыми свойствами и их можно отнести к одной группе - типовому динамическому звену.

Типовым динамическим звеном называется устройство, в котором связь между входной и выходной величиной описывается линейным дифференциальным уравнением не выше второго порядка.

Устройство, которое описывается уравнением третьего и выше порядка может быть разделено на несколько типовых динамических звеньев.

Типовое динамическое звено в общем виде описывается следующим дифференциальным уравнением:

(2.1) (2.1)

Существующие типовые динамические звенья описываются уравнениями, которые являются частным случаем уравнения (2.1) при равенстве нулю некоторых коэффициентов в этом уравнении.

Разделение САР на типовые динамические звенья позволяет существенно упростить анализ всей системы автоматического регулирования. Для этого достаточно разделить все устройства автоматической системы на 5 типовых динамических звеньев:

1. Пропорциональное звено- устройство, в котором выходной сигнал У в любой момент времени пропорционален входному сигналу Х:

У=КХ. (2.2)

2. Апериодическое звено – устройство, в котором выходной сигнал изменяется с некоторым запаздыванием относительно входного сигнала, поэтому его называют также инерционным. Уравнение апериодического звена имеет вид:

(2.3)

Т – постоянная времени звена.

3) Дифференцирующее звено – устройство, в котором выходной сигнал пропорционален производной от входного сигнала:

(2.4)

Такое устройство часто используется в автоматических системах в качестве датчика скорости изменения регулируемого параметра: вертикальной скорости при стабилизации высоты, угловой скорости разворота самолета при стабилизации курса.

4) Интегрирующее звено – устройство, в котором выходной сигнал пропорционален сигналу от входного:

(2.5)

Типичным устройством, которое описывается уравнением (2.5), является электрический двигатель, используемый в автоматических системах в качестве исполнительного устройства. В нем выходной сигнал, угол поворота вала, пропорционален интегралу по времени от управляющего напряжения, поступающего на двигатель.

5) Колебательное звено. Зависимость вида:

(2.6)

Выходной сигнал изменяется с колебаниями. Это может быть объект регулирования или отдельные устройства автоматической системы, обладающие массой или моментом инерции, которые всегда склонны к колебаниям, особенно когда управляющие сигналы или возмущения находятся вблизи резонансных частот устройства, относящегося к колебательному звену.