Файл: Ретман А.А. Автоматика и автоматизация портовых перегрузочных работ учебник.pdf

Обратные связи могут быть положительными и отрицательны­ ми, жесткими и гибкими. В зависимости от рода выходной вели­ чины, на изменение которой реагирует обратная связь, различают

одного какого-либо элемента САР, такая связь называется мест­ ной, или внутренней, обратной связью, а связь, соединяющая вы­ ход и вход всей системы, называется главной обратной связью. По количеству обратных связей различают одноконтурные и мно­ гоконтурные системы автоматического регулирования.

Каждая автоматическая система состоит из отдельных эле­ ментов, выполняющих самостоятельную функцию, например из­ мерение и преобразование контролируемой величины выполняет датчик, усиление выходного сигнала, снимаемого с датчика, вы­ полняет усилитель. Вместе с тем и преобразователь, входящий в датчик, и усилитель относятся к промежуточным элементам. Раз­ личные соединения элементов, которые могут иметь разные кон­ структивные формы, схемы или принцип действия, характеризуют назначение автоматической системы. Соответствующими физиче­ скими величинами можно охарактеризовать состояние элемента, входящего в систему, или всю систему. Такими физическими ве­ личинами являются для электрических систем значения напряже­ ния, тока и их производные, для механических — величины пере­ мещения, скорости, ускорения.

Чтобы охарактеризовать состояние элемента или системы, сравнивают величины на входе элемента или системы с соответ­ ствующими величинами на выходе. В общем случае на выходную величину, кроме входной, могут воздействовать и другие факто­ ры, например, выходное напряжение генератора зависит не толь­ ко от изменения сопротивления реостата в цепи обмотки воз­ буждения, но и от частоты вращения, тока нагрузки и других величин.

Зависимость выходной величины элемента хВых автоматиче­ ской системы от входной хвх в установившемся режиме называ­

изменении знака входной величины. Статическая характеристика или семейство статических характеристик полностью определяют поведение элемента автоматики в установившемся режиме. Ана­

литически статическую характеристику можно описать уравне­ нием.

12

Если статическая характеристика элемента выражается ли­ нейной функцией, такой элемент называется л и н е й н ы м и его уравнение (уравнение прямой) имеет вид

коэффициентом усиления; она показывает, во сколько раз изме­

тельно сложнее, чем линейных, а иногда их вообще нельзя решить в аналитической форме. Поэтому нелинейные уравнения стремят­ ся линеаризовать.

При изменении входной величины или возмущающем воздей­ ствии элемент автоматической системы работает в неустановившемся, в переходном, т. е. в динамическом режиме. Математиче­

элемента в динамике, является линейным, то элемент или систе­ ма, в которую входит этот элемент, называются линейными. Если же динамика работы хотя бы одного элемента описывается нели­ нейным дифференциальным уравнением, то сам элемент и вся система, в которую входит этот элемент, называются нели­ нейными.

Любая автоматическая система может быть представлена в виде набора типовых элементов, которые могут соединяться меж­ ду собой последовательно и параллельно. Для исследования ди­ намических свойств автоматических систем необходимо знать дифференциальные уравнения элементов, входящих в систему.

Сравнение различных элементов по математическому описа­ нию показывает, что ряд различных по конструкции, по своим схемам, принципу действия и назначению элементов описывается дифференциальными уравнениями одного типа, т. е. обладает

13

Элементы с одинаковыми динамическими свойствами называют­

ется отношение изображения выходной величины звена к изобра­ жению функции входной величины при нулевых начальных усло­

цирующие. При этом один реальный элемент системы не всегда

Рис. 4. Примеры механического (а) и электрического (б) устройств, описывае­ мых общим дифференциальным уравнением

К п о з и ц и о н н ы м относятся звенья с линейной зависимо­ стью между входной и выходной величинами в установившемся режиме. К этой группе относятся: безынерционные (редуктор без учета его упругости и люфта, усилитель напряжения на сопро­ тивлениях без учета емкости и индуктивности); апериодические первого порядка, иногда называемые апериодическими, или инер­ ционными (электрический или гидравлический двигатель, если их механические характеристики выражаются параллельными лини­ ями); апериодические второго порядка (электродвигатель посто­ янного тока с независимым возбуждением, гидроусилитель); ко­

позиционные; звенья с чистым запаздыванием, крторое, не изме­

учете инерционного запаздывания).

Если же выходная величина звеньев в установившемся режи­ ме пропорциональна производной по времени от входной величи­ ны, звенья такой группы называются д и ф ф е р е н ц и р у ю щ и ­

14

ми и бывают идеальными (тахогенератор) и с замедлением (гидравлический демпфер с пружиной).

Взаимосвязь звеньев в автоматических системах и динамиче­

регулятора и объекта регулирования, как и на функциональной схеме, изображаются в виде прямоугольников. При исследовании динамики САР отвлекаются от конкретной физической природы регулируемой величины и аппаратуры. Эта схема изображает лишь математическую модель процесса регулирования. На струк­ турной схеме какое-либо устройство может быть представлено несколькими звеньями (прямоугольниками) и, наоборот, несколь­ ко однотипных устройств могут быть изображены как одно звено.

Рис. 5. Структурная схе­

Разделение САР на звенья осуществляется в зависимости от передаточной функции W, которая указывается внутри каждого прямоугольника (звена). Связи между звеньями изображаются стрелками, направление которых соответствует направлению воз­ действия. Регулируемая величина обозначается у, а величина, воздействующая на объект регулирования, обозначается лщ Про­ межуточные значения воздействующих величин одного органа регулятора на другой выражены через х и х2, х3 и я5, а задающая величина х0-

Вспомогательные элементы реальной системы, как и блок пи­ тания, на структурной схеме не показывают, так как они не вли­ яют на ее динамические свойства.

§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

Все системы автоматики можно классифицировать по различ­ ным признакам: принципу действия, характеру сигналов, мате­ матическому описанию, виду используемой энергии и др.

Классификация САР по принципу действия приведена на рис. 6. Как следует из схемы, все системы автоматического регу­ лирования разделены на три класса: незамкнутые, замкнутые и самонастраивающиеся. Каждый класс состоит из групп.

15