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

Незамкнутые САР подразделяются на с и с т е м ы к о м п е н ­ с а ц и и и н е з а м к н у т ы е с и с т е м ы п р о г р а м м н о г о р е г у ­ л и р о в а н и я . В этих системах значение регулируемой величины или закон ее изменения поддерживается непосредственно путем преобразования управляющего воздействия. Примером примене­ ния САР, работающей как система компенсации, является управ­ ление автоматическим разгоном электродвигателей в функции скорости или в функции тока. Сущность компенсации заключает­ ся в том, что возмущение, например толчок тока, вследствие

Рис. 6. Классификация систем автоматического регулирования (САР)

вывода ступени пускового сопротивления приводит в дальнейшем к увеличению частоты вращения двигателя, что, в свою очередь, вызывает снижение тока в токовом реле ускорения и вывод сле­ дующей ступени сопротивления, при этом возникает новое воз­ мущение (толчок тока). Таким образом, возмущающее воздействие (толчки тока в цепи ротора или якоря двигателя) посредством преобразующих элементов (реле тока) вызывает обратное (ком­ пенсирующее) действие на объект (снижение тока в токовом реле до минимального значения) сравнительно с прямым возмущающим воздействием.

При программном управлении автоматическим разгоном дви­ гателя применяется программирование вывода ступеней пусковых сопротивлений в функции времени. Для этого используются раз­ личные типы реле времени, выдержка срабатывания которых за­ ранее регулируется. Подробно схемы автоматического разгона двигателей в функции скорости, тока и времени рассмотрены

в § б.

Замкнутые САР делятся на системы автоматической стабили­ зации, системы программного регулирования и следящие системы, В этих системах управляющее воздействие сравнивается с дей­

16

например, во всережимном регуляторе дизеля— частоту вращения, в стабилизаторе напряжения — напряжение.

В з а м к н у т ы х с и с т е м а х п р о г р а м м н о г о р е г у л и: р о в а н и я значение регулируемой величины изменяется по за­ данному закону в функции времени,' т. е. САР автоматически поддерживает значение регулируемой величины по заданному за ­ программированному закону в зависимости от времени протека­ ния производственного процесса, например, поддерживает опре­ деленное значение силы тока при зарядке кислотных аккумуля­ торных батарей.

С л е д я щ и е САР — это системы, в которых задаваемая ве­ личина изменяется произвольно в широких пределах и повторя­ ется в определенном масштабе регулируемой величиной, т. е. в следящих системах закон изменения задающего воздействия за­ ранее неизвестен и устанавливается произвольно. Примером мо­ жет служить электрическая следящая система с сельсинами для поддержания или синхронизации частоты вращения электродви­ гателя постоянного тока с независимым возбуждением.

С развитием техники не все задачи автоматического регулиро­ вания могут быть решены с помощью рассмотренных выше си­ стем автоматики. Такой задачей является, например, обеспечение оптимального режима работы. В этом случае необходимо обеспе­ чить не только автоматическое поддержание и заданное измене­ ние регулируемой величины, но и качественные показатели, кото­ рые зависят от конкретных условий, например, расхода топлива, электрической энергии, сохранности перемещаемых грузов при погрузочно-разгрузочных работах. Показатель качества, как пра­ вило, является функцией нескольких величин. Однако для многих технических процессов характеристики объектов регулирования либо известны недостаточно полно, либо могут изменяться непред­ виденным образом.

Для нормальной работы самонастраивающихся САР не тре­ буется полных знаний о характере процесса регулирования, при протекании этого процесса они сами приспосабливаются к изме­ няющимся внешним условиям. Поэтому оптимальное автомати­ ческое регулирование работы некоторых управляемых объектов может обеспечиваться с помощью самонастраивающихся систем. Эти системы сами изучают поведение объекта и так воздейству­ ют на регулятор, что он реализует оптимальный режим работы.

Самонастраивающиеся системы можно разделить на три груп­ пы: системы экстремального регулирования, с перестраивающимися устройствами и аналитические самонастраивающиеся системы.

отыскивается и задается системе регулирования. Примерами экстремумов могут быть минимальный расход топлива, макси­ мальная скорость, максимальный коэффициент полезного дейст­ вия (к. п. д.). Экстремальные системы автоматически осуществля­

ют поиск наилучшего режима.

В с и с т е м а х с п е р е с т р а и в а ю щ и м и с я у с т р о й с т ­

ределения их динамических характеристик, поэтому в данные си­ стемы входят вычислительные машины.

Кроме обычных автоматических устройств, в некоторых слу­ чаях в самонастраивающиеся системы входят элементы, которые выполняют логические операции, блоки памяти и устройства по­ искового сигнала.

По виду сигнала САР можно классифицировать как системы непрерывного, импульсного (дискретного), дискретно-непрерыв­ ного (цифрового) и релейного действия. САР непрерывного дей­ ствия обеспечивает непрерывную связь между задаваемой и ре­ гулируемой величинами, например автоматическое поддержание натяжения ленты конвейера,'поддержание частоты вращения или жесткости механических характеристик крановых электроприво­ дов с помощью системы генератор—двигатель или дросселей. САР

импульсное регулирование скорости передвижения мостовых кра­ нов. САР релейного действия работает только при определенном значении задаваемой величины, как это имеет место при регули­ ровании частоты вращения механизма поворота портального крана в зависимости от изменения вылета стрелы.

По математическому описанию, т. е. по виду дифференциаль­ ных уравнений, описывающих поведение в динамике, все системы можно разделить на линейные и нелинейные.

В зависимости от вида используемой энергии системы авто­ матики можно разделить на механические, электрические, гидрав­ лические, пневматические и комбинированные.

САР бывают прямого и непрямого действия. В первых чувст­ вительный элемент непосредственно воздействует на регулирую­ щий орган, а во вторых — сигнал с чувствительного элемента поступает на промежуточные, а затем на исполнительные.

Если в системе автоматики регулируется одна заданная вели­ чина, такая система называется одномерной, если две — двухмер­ ной, если несколько, то многомерной. В свою очередь многомерные системы автоматического регулирования могут быть систе­ мами связанного и несвязанного регулирования. В системах свя­ занного регулирования регуляторы связаны между собой и ра­

18

ботают во взаимодействии. В системах несвязанного регулиро­ вания регуляторы, управляющие различными переменными, работают независимо друг от друга.

К САР предъявляются два основных требования: устойчи­ вость и качество процесса регулирования.

При возникновении возмущения в САР регулируемая величи­ на отклоняется от заданного ей значения, а автоматический ре­

ный процесс. Если с течением времени под воздействием регуля­ тора регулируемая величина вернется к заданному значению с той или иной степенью точности, то переходный процесс называ­ ется сходящимся, а САР — устойчивой. Если же с течением вре­ мени регулятор не сможет обеспечить возвращение регулируемой

процессов, протекающих в САР с момента возникновения возму­ щающего воздействия на управляемый объект до момента приве­ дения его в первоначальное состояние.

Наиболее благоприятным переходным процессом является апериодический, при котором заданное значение регулируемой величины при помощи регулятора достигается однозначно и бы­ стро. Менее благоприятным является колебательно-затухающий, потому что при этом переходном процессе регулируемая величи­ на возвращается к заданному значению постепенно и волнооб­ разно.

Удовлетворительным может считаться установившийся коле­ бательный процесс, при котором регулируемая величина изменя­ ется волнообразно в определенных пределах, если амплитуда этих изменений не выходит за пределы допустимых отклонений.

заданного значения. Устойчивость переходных процессов, а следова­ тельно, качество регулирования зависят от ряда факторов: кон­ струкции датчиков, особенностей управляемого объекта, свойств самого регулятора.

ГЛАВА II

ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

§3. ДАТЧИКИ И КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Косновным элементам автоматических систем, выполняющим определенные самостоятельные функции, относятся датчики, уси­ лители, исполнительные механизмы и др.

Д а т ч и к о м называется устройство, воспринимающее воз­ действие контролируемой величины, способное ее измерить и

преобразовать в удобный для дальнейшей передачи по каналу

связи параметр (выходной сигнал).

Датчик состоит из воспринимающего контролируемую вели­ чину чувствительного элемента и преобразователя. Например, в термоэлектрическом пирометре, который состоит из термопары и

Если чувствительный элемент только измеряет какую-либо вели­ чину, например термометр расширения, он называется контроль­ но-измерительным прибором. Часто датчиком называют и чув­ ствительный элемент, в котором измеряемая величина одновре­

ки, так как электрические сигналы удобны для передачи на рас­ стояние, а электрическая аппаратура дает возможность непре­ рывного измерения и записи контролируемой величины. Электри­ ческие датчики обладают высокой чувствительностью и широким диапазоном измерения.

Преобразование неэлектрической величины в электрическую может происходить непосредственно и косвенно. В последнем случае измеряемая электрическая величина сначала преобразу­

ползунок (механическое перемещение поплавка преобразуется в

трические и генераторные. В параметрических датчиках контро­ лируемая величина преобразуется в изменение параметра элек­ трической цепи, например в изменение активного сопротивления. Они характерны тем, что отдаваемая ими электрическая энергия выходной величины берется от источников питания, т. е. для их работы необходим' посторонний источник электрической энер­ гии.

Примером параметрического датчика может служить термометр сопротивления, у которого контролируемая величина, т. е. темпе­ ратура, преобразуется в изменение активного сопротивления пла­ тиновой или медной проволочки.

Генераторные датчики преобразуют контролируемую величи­ ну в электродвижущую силу (э. д. с.), т. е. контролируемая вели­ чина сама является источником электрической энергии и дат­ чики этого типа не нуждаются в питании от постороннего источника.

Примерами генераторных датчиков являются термоэлектричес­ кий пирометр, тахогенератор,

20