Файл: Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок учеб. пособие.pdf

регулируется несколько величин (координат), причем изменение одной координаты выхода влияет на изменение другой координаты, то система называется м н о г о к о н т у р н о й . В дальнейшем мы будем рас­ сматривать в основном одноконтурные системы автоматики.

1.2.РЕГУЛИРОВАНИЕ ПО РАЗОМКНУТОМУ

ИЗАМКНУТОМУ ЦИКЛАМ

Поддержание регулируемой величины в заданных пределах или изменение ее по заданному закону в процессе работы системы может быть выполнено по разомкнутому или замкнутому циклам регули­ рования. Рассмотрим систему (рис. 1), состоящую из последовательно соединенных: объекта регулирования ОР, регулирующего органа РО, регулятора Р и задатчика 3 — устройства, с помощью которого в сис­ тему подается задающее воздействие х (t).

Рис. 1. Схемы регулирования по разомкнутому (а) и замкнутому (б) циклам:

3 — задатчик; Р — регулятор; РО — регулирующий орган; ОР — объект регулиро­ вания; X (t) — задающее воздействие; Zt (t) и Z2 (t) — внутренние регулирующие воз­ действия; у (t) — регулируемая величина; F (t) — возмущающее воздействие.

При регулировании по разомкнутому циклу (рис. 1, а) задающее воздействие х (t), поступающее на регулятор от задатчика, не является функцией результата этого воздействия на объект, оно задается опе­ ратором. Определенному значению задающего воздействия будет соответствовать определенное текущее значение регулируемой вели­ чины у (t), которое будет зависеть от возмущающего воздействия F (/).

Разомкнутая система представляет собой по существу передаточную цепь, в которой задающее воздействие х (t) от задатчика после надле­ жащей обработки регулятором посредством внутренних воздействий Z2(t)\ передается объекту регулирования, но обратного воздей­

ствия объекта на регулятор нет.

На рис. 2, а приведена схема управления частотой вращения двига­ теля Д постоянного тока. При изменении положения движка реостата Р

9

будет меняться ток возбуждения в обмотке возбуждения ОВГ генератора Г, что приводит к изменению его э. д. с. и, следовательно, напряжения подводимого к двигателю Д. Тахогенератор ТГ, установленный на одном валу с двигателем Д, развивает э. д. с., пропорциональную частоте вращения со вала двигателя. Вольтметр, подключенный к щет­ кам тахогенератора, со шкалой, проградуированной в единицах час­

тоты вращения, позволяет осуществлять только визуальный контроль за частотой вращения двигателя. Если характеристики машин стабтільны, то каждому положению движка реостата будет соответствовать определенное значение частоты вращения двигателя. В данной системе имеет место воздействие регулятора на объект, но обратного воздейст­

Если соединить выход системы с регулятором таким образом, чтобы на регулятор все время поступало два сигнала - сигнал с задатчика и сигнал с выхода объекта, то получим систему, работающую по з а м к-

10

н у т о м у ц и к л у (см. рис. 1,6). В такой системе существует воз­ действие не только регулятора на объект, но и объекта на регулятор. На рис. 2, б приведена схема управления частотой вращения двига­ теля Д постоянного тока, в которой выход системы посредством тахогенератора ТГ, реостата Ръ усилителя У и двигателя ЦП привода ползунка реостата Р соединен с входом системы. Здесь существует автоматический контроль за частотой вращения двигателя. Любое изменение частоты вращения приведет к появлению сигнала на дви­ гателе ДП, который переместит ползунок реостата Р в ту или другую стороны от положения, соответствующего заданной частоте вращения двигателя Д. Если частота вращения по какой-либо причине умень­ шится, то ползунок реостата Р займет положение, при котором ток возбуждения в обмотке возбуждения OB генератора увеличится. Это приведет к увеличению напряжения генератора, а следовательно, и к увеличению частоты вращения двигателя Д, которая примет пер­ воначальное положение.

При увеличении частоты вращения двигателя Д произойдет пере­ мещение ползунка реостата Р в обратном направлении, что и приве­ дет к уменьшению частоты вращения двигателя Д.

Разомкнутая система автоматического регулирования самостоя­ тельно, без вмешательства оператора, не может изменить режим своей работы, если стали иными возмущения, поступающие на систему. Замкнутая система автоматически реагирует на любые изменения, происходящие в системе.

1.3. СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ

В настоящее время применяются три способа регулирования: 1) по отклонению регулируемой величины, 2) по возмущению (по нагрузке), 3) комбинированный.

С п о с о б р е г у л и р о в а н и я по о т к л о н е н и ю регу­ лируемой величины рассмотрим на примере системы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока (рис. 2, б). При работе двигатель Д, являясь объектом регулирования, испытывает на себе действие различных возмущений (изменения нагрузки на валу дви­ гателя, напряжения питающей сети, частоты вращения двигателя, приводящего во вращение якорь генератора Г, изменение температуры окружающей среды, приводящее в свою очередь к изменению сопро­ тивления обмоток, а следовательно, и токов, и т. п.).

Все эти возмущения вызовут отклонение частоты вращения двига­ теля Д, что повлечет за собой изменение э. д. с. тахогенератора ТГ. В цепь тахогенератора ТГ включен реостат Рг. Напряжение U0, сни­ маемое с реостата Ръ включено встречно с напряжением тахогенератора и 7Г. В результате этого получается разность напряжений е = ІІ0— UTr, которая через усилитель У подается на двигатель Д П , перемещающий ползунок реостата Р. Напряжение U0 соответствует заданному зна­

11

Если под действием возмущений разность между этими величинами (отклонение) превысит заданный предел, то на регулятор поступит задающее воздействие в виде изменения тока возбуждения генератора, которое заставит это отклонение уменьшиться. В общем случае система] работающая по способу отклонения, представлена схемой на рис. 3, а.

Б

Рис. 3. Схемы способов регулирования:

Отклонение регулируемой величины приводит в действие регулирѵюЭТп действие всегда направлено так, что оно уменьшает

пп™™ГТВИе Рег>’лиРУЮІнего органа при регулировании по отклонению происходит независимо от того, по какой причине произошло изме-

достоинством*^ н н п ВеЛИЧИГ ' Эт0’ несомненно> является большим достоинством данного способа.

12

теме применяются устройства, компенсирующие влияние изменения возмущающего воздействия.

В качестве примера рассмотрим работу генератора постоянного тока (рис. 4). Генератор имеет две обмотки возбуждения: ОВъ вклю­ чаемую параллельно якорной цепи, и 0В2, включаемую на сопротив­

от суммарной м. д. с. F — Fx +F2. При увеличении тока нагрузки /

I

Рис. 4. Принципиальная схема регулирования напряжения генератора постоянного тока:

Г — генератор: OBt и 0 В 2 — обмотки возбуждения генератора; R H— сопроти­

вление нагрузки; Ft и Г2 — магнитодвижущие силы обмоток возбуждения; Лш — сопротивление.

(сопротивление нагрузки R H уменьшается) напряжение генератора Uг должно было бы уменьшиться за счет увеличения падения напря­ жения в якорной цепи генератора, но этого не произойдет потому, что м. д. с. F2 обмотки возбуждения 0В2 возрастает, так как она про­ порциональна току нагрузки /. Это приведет к возрастанию суммарной м. д. с., а следовательно, к выравниванию напряжения генератора. Так происходит компенсация падения напряжения при изменении тока нагрузки — основного возмущения на генератор. Сопротивление

R ш в данном случае является устройством, позволяющим измерять возмущение — нагрузку.

В общем случае схема системы, работающей по способу компенсации возмущения, показана на рис. 3, б.

Возмущающие воздействия могут быть вызваны разными причинами, поэтому их может быть не одно, а несколько. Это приводит к усложне­ нию анализа работы системы автоматического регулирования. Обычно

13

ограничиваются рассмотрением возмущающих воздействий, вызванных

К о м б и н и р о в а н н ы й с п о с о б р е г у л и р о в а н и я (см. рис. 3, в) сочетает в себе два предыдущих способа: по отклонению и по возмущению. Он применяется при построении сложных систем автоматики, где требуется высококачественное регулирование.

Как следует из рпс. 3, при любом способе регулирования всякая система автоматического регулирования состоит из регулируемой (объект регулирования) и регулирующей (регулятор) частей. Регу­ лятор во всех случаях должен иметь чувствительный элемент, который измеряет отклонение регулируемой величины от предписанного зна­ чения, а также регулирующий орган, который обеспечивает восста­ новление заданного значения регулируемой величины после ее откло­ нения. Если в системе регулирующий орган получает воздействие непосредственно от чувствительного элемента и приводится им в дей­

В регуляторах прямого действия чувствительный элемент должен развивать достаточную мощность для изменения положения регули­ рующего органа. Это обстоятельство ограничивает область применения прямого регулирования, так как чувствительный элемент стремятся сделать малогабаритным, что в свою очередь создает трудность в полу­ чении усилий, достаточных для перемещения регулирующего органа.

Для повышения чувствительности измерительного элемента и полу­ чения достаточной мощности для перемещения регулирующего органа применяются усилители мощности. Регулятор, работающий с усили­

ре г у л и р о в а н и я .

Всистемах непрямого регулирования для перемещения регулирую­ щего органа используют вспомогательные механизмы, действующие от постороннего источника энергии или за счет энергии регулируе­ мого объекта. При этом чувствительный элемент воздействует только на управляющий орган вспомогательного механизма.

1.4. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

Любая система автоматики состоит из отдельных связанных между собой элементов. Э л е м е н т о м а в т о м а т и к и называют часть ™ ы автоматики, в которой происходят качественные или коли­ чественные преобразования физической величины, а также передача

Н0Г°, в,03ДеЙСТМЯ °Т и д у щ е г о » т а к В Д у ю

щему. В разделе 1.3 мы уже познакомились с некоторыми элементами систем автоматики. Рассмотрим, из каких основных элементоГсостои? система автоматики и каково назначение этих элементов ™ „омыми элементами являются: чувствительные элементы — датчики, преоб­

14