Файл: Основы автоматического управления..pdf

Отсюда находим амплитудную и фазовую частотные характери­ стики запаздывающего звена:

А 3 (со) = 1, фз (со) = — то = - те1““ = — те2-3031*“ (2.6.15)

Таким образом, амплитудно-фазовая характеристика запазды­ вающего звена представляет собой окружность'единичного радиу­ са, центром которой служит начало координат.

Логарифмические амплитудная и фазовая частотные характе­ ристики запаздывающего звена при т = 1 представлены на рис. 2.6.6.

Г л а в а 3

ЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

§ ЗЛ. Состав и назначение элементов автоматических систем

Как уже было сказано в § 1.2, информация, необходимая для управления объектом, вводится в систему управления с помощью соответствующих измерителей, которые часто называются также

датчиками.

В автоматических системах удобно использовать в качестве носителей информации электрические сигналы. Поэтому выход­ ными сигналами датчиков должны быть электрические сигналы. Электрическим датчиком принято называть устройство, преобра­ зующее линейное или угловое перемещение в электрический сиг- н л. Однако входным сигналом системы управления может быть не только механическое перемещение. Для преобразования любого входного воздействия в электрический сигнал применяют чув­ ствительные элементы или сочетания чувствительных элементов с электрическими датчиками. Под чувствительным элементом понимается такой элемент, который тем или иным образом реаги­ рует на данное возмущение. Электрический датчик является чувствительным элементом, но не всякий чувствительный эле­ мент является электрическим датчиком. Если данная физическая величина, например давление воздуха, не может быть достаточно просто непосредственно преобразована в электрическую вели­ чину, то выбирается такой чувствительный элемент, который пре­ образует эту величину в перемещение, чтобы с помощью электри­ ческого датчика преобразовать это перемещение в электрический сигнал. Например, давление воздуха может быть преобразовано в перемещение с помощью упругой спиралеобразной трубки с за­ паянным концом. Трубка в этом случае является чувствительным элементом. Обычно чувствительный элемент конструктивно вы­ полняется совместно с электрическим датчиком и все устройство называется датчиком величины, которая действует на вход. На­ пример, комбинация спиральной трубки с электрическим датчиком называется датчиком давления.

В автоматических системах наиболее широкое применение нашли потенциометрические, индуктивные, тахометричѳские и гироскопические датчики, фотоэлектрические, термоэлектриче­ ские, пьезоэлектрические, инерционные и пружинные чувстви­ тельные элементы.

Исполнительным устройством автоматической системы управ­ ления служит двигатель, перемещающий орган управления (на­ пример, руль самолета или ракеты) или сам объект управления (например, подвижную артиллерийскую установку на самолете) в соответствии с сигналом управления. Исполнительное устрой­ ство часто называют также сервомотором или серводвигателем.

Исполнительное устройство преобразует управляющий сигнал в механическое перемещение органа управления или самого уп­ равляемого объекта. При этом используется либо энергия самого управляющего сигнала, либо энергия дополнительного источника. В последнем случае работа исполнительного устройства опреде­ ляется положением так называемого управляющего элемента. Перемещение управляющего элемента осуществляется энергией управляющего сигнала.

В качестве исполнительных устройств в автоматических систе­ мах используются электродвигатели постоянного и переменного тока, электродвигатели с электромагнитными муфтами, гидравли­ ческие и пневматические двигатели.

Мощность сигналов, необходимых для приведения в действие исполнительных устройств, обычно значительно превышает мощ­ ность, получаемую на выходе датчиков и функциональных пре­ образователей. Поэтому для обеспечения работы автоматических систем необходимы промежуточные элементы — усилители.

Усилителем будем называть устройство, преобразующее энер­ гию постороннего источника в выходной сигнал, который превос­ ходит по мощности входной сигнал, изменяется в соответствии с входным сигналом и имеет одинаковую с ним физическую при­ роду. В принципе усиливаться могут электрические (ток, напря­ жение) и механические (перемещение, давление) сигналы. В зави­ симости от сигнала различают усилители тока, напряжения, перемещения, давления и т. д. Выбор типа и схемы усилителя опре­ деляется типом датчика входного сигнала, а также типом и мощ­ ностью исполнительного органа. Если датчики сигналов электри­ ческие, то, естественно, применяются усилители тока или усили­ тели напряжения. И в том и в другом случае входной сигнал будет усиливаться по мощности. Но в первом случае выходным сигна­ лом будет ток, а во втором — напряжение. Усилители напряже­ ния используются при большом входном сопротивлении следую­ щего за усилителем элемента системы, а усилители тока — при малом.

В автоматических системах используются магнитные, электро­ машинные, релейные, ламповые, полупроводниковые и другие усилители.

Если датчик формирует сигнал в виде постоянного тока и испол­ нительным устройством является двигатель постоянного тока, то усиление может производиться усилителем мощности без специ-

ального преобразования сигнала. Если же датчик формирует сиг­ нал в виде постоянного тока, а исполнительным устройством яв­ ляется двигатель переменного тока, то наряду с усилением необ­ ходимо преобразование постоянного тока в переменный. Ампли­ туда полученного в результате преобразования переменного тока должна быть пропорциональна величине постоянного тока, а фаза переменного тока должна определяться знаком (полярностью) постоянного тока. Устройство, выполняющее это преобразование, называется модулятором. В случае, когда датчик формирует сигнал

ввиде переменного тока, а исполнительное устройство работает на постоянном токе, необходимо преобразование переменного тока

впостоянный. При этом величина постоянного тока должна быть пропорциональна амплитуде переменного тока, а знак постоян­ ного тока должен определяться фазой переменного тока. Устрой­ ства, выполняющие эти функции, называются демодуляторами или фазовыми дискриминаторами. Обычно применяются лампо­

вые, полупроводниковые и электромеханические модуляторы и демодуляторы.

Для работы некоторых схем фазовых дискриминаторов и в ряде других случаев необходимы одинаковые по амплитуде, но противо­ положные по фазе сигналы переменного тока. Для получения таких сигналов в автоматических системах используются фазо­ инверторы. Фазоинверторы выполняются на электронных лампах

ина полупроводниках.

Вавтоматических системах часто по конструктивным или дру­ гим соображениям элементы отстоят на значительных расстоя­ ниях друг от друга. В связи с этим возникает необходимость ди­ станционной передачи сигналов. Передача электрических сигна­ лов может быть осуществлена по проводам или по радио. Для передачи сигналов, представляющих собой механические пере­ мещения, применяют специальные электрические дистанционные

передачи, в которых механическое перемещение преобразуется в электрический сигнал, подвергающийся после передачи по про­ водам или по радио обратному преобразованию в механическое перемещение.

Для формирования управляющих сигналов по сигналам дат­ чиков применяются различные функциональные преобразователи, входящие в состав корректирующих цепей и других устройств автоматических систем. В качестве функциональных преобразова­ телей часто применяются интегрирующие, дифференцирующие и суммирующие операционные усилители, стационарные и неста­ ционарные электрические цепи. В сложных системах роль функциональных преобразователей могут выполнять вычисли­ тельные машины как непрерывного действия, так и цифровые.

На основании изложенного в § 1.1 элементами автоматических систем являются и объекты управления.