Файл: Основы авиационной автоматики учеб. пособие.pdf

Г Л А В А I I I

СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ И ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ ЛИНЕЙНЫХ СТАЦИОНАРНЫХ СИСТЕМ

§, 3.1. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ

1. Структурные схемы

Структурные схемы являются основой анализа и синтеза ли­ нейных стационарных систем автоматического регулирования. Они составляются на базе функциональных схем и предназначе­ ны для наиболее наглядного представления динамических пере­ дающих свойств отдельных элементов и систем в целом. В соот­ ветствии со своим назначением структурные схемы отображают лишь порядок прохождения сигналов управления через элементы системы и преобразующие свойства последних, не конкретизируя физической природы действующих сигналов и конструктивного исполнения элементов.

При этом передающие свойства элементов на структурных схемах, как правило, определяются их передаточными функция­ ми и, реже, весовыми функциями. Тогда, соответственно, дейст­ вующие сигналы представляются или их изображениями, или непосредственно функциями времени.

При изображении структурных схем приняты следующие обозначения:

а) сигналы, преобразуемые элементами системы управления, независимо от их физической природы и конструкции каналов связи, изображаются прямыми линиями со стрелками, указыва­ ющими направление распространения сигнала;

а) 5) ■'

Рис. 3.1. Изображение на структурных схемах элементов ли­ нейных стационарных систем:

а — с помощью передаточных функций Wi(p), 6 — с помо­ щью весовых функций gi(t)

б) объект управления, усилительные, исполнительные, кор­ ректирующие и преобразующие элементы изображаются прямо­ угольниками с записью внутри них передаточных (или весовых) функций данных элементов (рис. 3.1);

Р и с. 3.2. Изображение на структурных схемах суммирующих элементов:

а— г,- (р) = л-; (р ) — г, (р);

б— *і(р) = л'і(р) +z,-(p)

в) элементы, преобразующие разность или сумму действую­ щих на них сигналов, изображаются последовательным соедине­ нием символа разности или суммы и прямоугольника с записью

сигналов (узлов) показано па рис. 3.3. Типовая структурная схема линейной стационарной системы замкнутого типа показана на рис. 3.4. На этой схеме приняты

обозначения:

■ І Ё ф М

у(р)

ГпаЬная обратная сЗяэь_______________________________ -

Рис . 3.4. Типовая структурная схема линейной стационарной системы замк­ нутого типа

"180

Представленная структурная схема путем последовательного анализа преобразования входного сигнала элементами системы позволяет описать общий закон преобразования сигнала x(t) в y(t) следующей системой уравнений в изображениях:

е{р) = х ( р ) - у ( р ) ;

Ux (р) = і{р) W x{py,

Ut [p)=U 1[p)W2{p)\

U2*(p)=U2 (p) + z(p)— U8(p); z(p)=F(p)W4(p).

U* (Р) = U d p W s ip y ,

\

U5(p) = U2*(p)W3(py

Üi[ p ) - U 2(p)Wi (py

и * { р ) = и 4(р)+Р(р)\

yip)=u*{p)Wü{p)-

1S1 .

Следует отметить, что на этой структурной схеме пунктирны­ ми линиями отображена связь, отсутствующая в системах, ис­ пользующих только принцип регулирования по отклонению, но имеющая место в комбинированных системах управления. Эта связь используется для компенсации возмущения F(t), что при­ водит к повышению точности системы за счет уменьшения со­ ставляющей ошибки, вызванной действием этого возмущения.

На примере данной типовой структурной схемы линейной ста­ ционарной системы сделаем также два замечания терминологи­ ческого характера.

1. Канал связи, передающий выходной сиги ал системы y(t) на датчик рассогласования, называется главной обратной связью.

Главная обратная связь называется единичной или жесткой, если на датчик рассогласования поступает y(t), т. е. если переда­ точная функция W oz{p) канала главной обратной связи равна единице, что имеет место в системе со структурной схемой рис. 3.4.

Главная обратная связь называется не единичной или гиб­ кой, если на датчик рассогласования поступает некоторый сиг­ нал V(t) =f[y(i')], т. е. если передаточная функция Woc(p) ка­ нала главной обратной связи не равна единице.

2. Каналы связи и элементы, образующие с некоторыми дру­ гими элементами системы встречно параллельные соединения, называются местными обратными связями (например, канал с передаточной функцией w 6 {р) на рис. 3.4). Системы автомати­ ческого регулирования, в структурных схемах которых, кроме главной, есть и местные обратные связи, называются многокон­ турными.

В качестве примера составления структурных схем рассмот­ рим структурную схему следящей системы дистанционного уп­ равления артиллерийской установкой самолета (турелью). Уп­ рощенная функциональная схема этой системы приведена на рис. 3.5.

Назначением данной системы является согласование угловых положений турели y(t) и прицельной станции x(t). Эта задача выполняется путем измерения сигнала рассогласования е(^) = = x(t)—у(1) между угловым положением прицельной станции и турели, на основе которого вырабатывается управляющий сиг­ нал, вызывающий перемещение турели в сторону уменьшения е(0-

В качестве датчика рассогласования в системе используется еельсинный датчик, работающий в трансформаторном режиме. Ротор сельсина-датчика (СД) механически связан с осью при­ цельной станции, а ротор сельсина-приемника — с осью турели.

182

Выходной сигнал сельсинного датчика Uc (t) усиливается электронным усилителем (ЭУ) и в виде напряжения постоянного тока Uу (t) поступает в управляющую обмотку электромашинного усилителя (ЭМУ).

редуктор (Р) связан с осью турели и потому, вращаясь, вызыва­ ет перемещение турели в необходимом направлении.

Для повышения качества управления движением турели в си­ стеме предусмотрено использование корректирующего устрой­

в сигнал t/K(0> воздействующий (с обратным знаком) на элек­ тронный усилитель, в результате чего формируется местная от­ рицательная обратная связь.

Структурная схема, соответствующая функциональной схеме рассматриваемой системы, показана на рис. 3.6.

Рис . З.6.' Структурная схема следящей системы дистанционного управления артиллерийской установкой самолета

83

На этой схеме сельсинный датчик изображен последователь­ ным соединением символа разности и прямоугольника с переда­ точной функцией W c(p), причем, как было доказано в § 1 гл. II, при малых величинах е(/)

Wc (р) = kz.

Электронный усилитель, осуществляющий одновременно усиление напряжений Uc(t) и UK(t) с обратным знаком, на структурной схеме также отображен последовательным соедине­ нием символа разности и прямоугольника с передаточной функ­

гл. II, имеют вид:

ѵэ м у

ИГ,му (Р)

Т ' э р + 1

Р (КвР + 5)

ИГр (Р) = kp,

Ку Р

W Ky(P) =

Т Ку Р + 1

2. Основные правила преобразования структурных схем

Структурные схемы современных систем автоматического ре­ гулирования, составленные по их функциональным схемам, как правило, имеют очень сложный вид. Однако рядом структурных преобразований эти схемы могут быть приведены к более про­ стому эквивалентному виду.

При этом структурные схемы являются эквивалентными, ес­ ли связь между их выходными и входными сигналами определя­ ется одинаковыми операторами или, что все равно, если связь между изображениями их выходных и входных сигналов опреде­ ляется одинаковыми передаточными функциями.

Основные правила эквивалентных преобразований структур­ ных схем даны в виде таблицы рис. 3.7. Следует заметить, что изображенные в этой таблице преобразования, связанные с пере­ становками символов суммирования, правомерны и для символов разности.

Необходимо также помнить, что представленные в таблице преобразования, связанные с вычислением обратных передаточ­ ных функций (.например, преобразования 7, 10, 13), допустимы только для минимально фазовых систем.

І8 4

Р и с. 3.7

Рис. 3.7. Таблица основных эквивалентных преобразований структурных схем

00