Файл: Крачино, В. В. Электрорадиоавтоматика на морском транспорте учеб. пособие.pdf

§ 2. РЕГУЛИРОВАНИЕ, КАК ЧАСТНЫЙ СЛУЧАЙ УПРАВЛЕНИЯ

Проблема регулирования представляет частный случай проблемы управления н включает в себя комплекс вопросов, связанных с необ­ ходимостью поддержания в управляемой системе заданного закона изменения показателей процесса (регулируемых величии или со­ стояний).

Если заданный закон изменения показателей процесса осуществля­ ется автоматически, то регулирование называется автоматическим. Системы же, где применяется автоматическое регулирование, приня­ то называть системами автоматического регулирования (САР).

Изменяемые по заданному закону показатели процесса называют регулируемыми величинами или регулируемыми координатами (вход­ ными, промежуточными, выходными). Устройство, которое осущест­ вляет автоматическое регулирование в системе объекта, принято на­ зывать автоматическим регулятором. Управляемый автоматическим регулятором объект называется регулируемым объектом (РО).

По аналогии с САУ с замкнутым циклом совокупность регулируе­ мого объекта и автоматического регулятора принято называть сис­ темой автоматического'регулирования (САР).

Большинство САР работает по принципу систем автоматического регулирования по отклонению. Значительно реже САР компонуют­ ся по принципу так называемого регулирования по возмущению или, что то же, с помощью компенсации возмущения в разомкнутой САР.

САР по отклонению принято называть такую систему регулирова­ ния, в которой измеряется отклонение регулируемой величины от за­ данного значения и в функции от измеряемого отклонения подается такое воздействие на автоматический регулятор, которое уменьшает величину отклонения до минимально возможного значения.

В САР, работающих на принципе отклонения, представляется воз­ можным сводить отклонение до достаточно малых (в идеале нулевых) значений независимо от того, какими причинами оно вызвано. Таким образом, в таких САР возмущения устраняются без измерений их. Но при подобном регулировании осуществить одновременно условия для получения в данной САР желательных (например, достаточно вы­ соких) значений регулируемых координат — точности, устойчивости, быстродействия — оказывается во многих случаях весьма нелегко реализуемой задачей.

В автоматической системе замкнутого типа изменение внутренних параметров системы и внешних возмущений на регулируемом парамет­ ре сказывается значительно меньше, чем в разомкнутой. Принципи­ альная особенность этой системы состоит в том, что в ней автоматичес­ ки сравнивается действительное значение регулируемого параметра с заданным. Разность этих значений приводит в действие данную сис­ тему так, чтобы в процессе ее работы рассогласование автоматически сводилось к нулю или к достаточно малой величине—ошибке данной системы («статизму»).

Замкнутые системы автоматического регулирования весьма разно­ образны как по своему эксплуатационно-техническому назначению,

'9

так II по конструкции. Однако их отдельные элементы выполняют, как правило, ограниченное число функций:

воспринимают величину регулируемого параметра объекта и пре­ вращают ее в другой физический параметр, удобный для воздействия или индикации;

сравнивают фактические значения регулируемого параметра с за­ данными, которые обеспечивают последовательность производствен­

сравнения (вычислительный) 5 определяет величину и знак рассогла­ сования и вырабатывает в связи с этим сигнал для воздействия на регулируемый процесс. Преобразующий 6 элемент выполняет необ­ ходимое преобразование сигнала. Очень часто оно сопровождается усилением его по напряжению или мощности и поэтому преобразую­ щий элемент в данном случае нередко называют усилительным. Уси­ лительными называют также активные преобразующие элементы с сигналами одинаковой физической природы на входе и выходе, даже если они не усиливают их по мощности. Исполнительный 7 элемент воздействует на органы управления объектом. Исполнительные эле­ менты с механическим выходом часто называют сервомеханизмами.

В структурной схеме рис. 3 отсутствуют так называемые коррек­

10

Разность между заданным и фактическим значениями регулируемого параметра, или, как ее принято называть, рассогласование, опре­ деляет знак и интенсивность сигналов, действующих на элементы САР. Совершенно необходимо, чтобы с изменением знака рассогласования менялся знак выходного сигнала. Для этого все, или почти все, эле­ менты должны менять знак сигнала на выходе при изменении знака сигнала на входе. В качестве примера рассмотрим элементарную схе­ му (рис. 4) автоматической подстройки радиочастоты частотным ме­

тодом (ЧАПЧ).

Система ЧАПЧ служит для корректировки частоты стабилизи­ руемого электронного генератора при воздействии на него дестабн-

лизирующих факторов (изменения температуры окружающей среды, напряжения источников, питания и т. д.).

Всистеме ЧАПЧ дискриминатор 2 выполняет функцию измеритель­ ного элемента. Регулирующий элемент 3 непосредственно изменяет частоту стабилизируемого генератора. В качестве электронного регу­ лирующего элемента может быть использована, например, реактив­ ная лампа. Элементом настройки 4 (задающим) служит генератор эта­ лонных частот. Работа ЧАПЧ элементарно проста.

Работа схемы автоматической регулировки усиления (АРУ) усили­ теля высотой частоты с усилением по переменному току (рис. 5) также элементарно проста. Измерительный элемент на ней не показан, так как он совмещен в одном блоке с автоматическим регулятором 2, через который замыкается вся система АРУ.

Таким образом, в САР входят элементы, или, как их обычно назы­ вают, звенья, каждое из которых выполняет определенную функцию

всистеме регулирования. Совокупность этих элементов в виде одно­ линейной скелетной схемы называется функциональной структурной схемой САР, или просто структурной схемой.

Всоответствии с выполняемой функцией элементы системы имеют соответствующие названия: объект регулирования, измерительный

11

элемент, чувствительный элемент (датчик), программный элемент (задающее звено) или задатчик, усилительное (преобразующее) звено, исполнительный двигатель или исполнительный механизм (сервомо­ тор), управляющий элемент исполнительного механизма, звено обрат­ ной связи, дифференцирующее звено, интегрирующее звено и др.

Общие свойства САР в большей или меньшей степени могут быть выяснены при анализе ее структурной схемы. В системе обычно не рассматриваются конструктивные подробности, так как исследователя прежде всего интересуют характерные динамические свойства типового звена, а не сама конкретная конструкция того или иного элемента системы.

При исследовании САР условно предполагается, что каждое звено системы обладает направленным или односторонним действием, т. е. свойством пропускать внешнее воздействие только в одном направле­ нии — от «входа» к «выходу». Направление сигнала через звенья сис­ темы на схеме обычно обозначается стрелкой. С технических позиций для регулирования по отклонению системы характерно, что оно позво­ ляет уменьшить отклонение независимо от причин (возмущений), ко­ торые вызвали появление его в системе. Исключение составляют так называемые случайные возмущения, при наличии которых выделить полезный сигнал в САР оказывается практически возможным далеко не всегда и то весьма приближенно. Примером подобных случайных возмущений могут служить помехи в следящей системе судового радио­ локатора: вследствие собственной качки судна, качки встречного суд­ на, координаты которого измеряет данный радиолокатор, и электро­ магнитных процессов в атмосфере. Сигнал, отраженный от встречного судна (цели), обычно содержит беспорядочные флюктуации. В резуль­ тате этого антенна судового радиолокатора принимает вместе с отра­ женным от встречного судна полезным сигналом, который несет ин­ формацию о его координатах, также и наложенные на полезный сигнал случайные электромагнитные колебания (флюктуации). Полностью отделить полезный сигнал от электромагнитных флюктуаций не пред­ ставляется возможным. Известно, что это является следствием «внут­ ренних» качеств того физического процесса — прямого и обратного распространения плюс отражение от объекта электромагнитных волн — который используется в судовом радиолокаторе для получения информации о местоположении встречного судна. Из-за наличия флюктуационных помех в судовой РЛС возникает ошибка, которая приводит

кискажению измеряемых РЛС координат встречного судна.

Вслучае работы по разомкнутому циклу в соответствующих САР (САУ) иногда используется несколько иной способ регулирования по отклонению, основанный на компенсации контролируемого возму­ щения, воздействующего на САР. Функциональная схема САР с ком­

пенсацией возмущающего воздействия (рис. 6) содержит в дополнение к основным элементам также измерительное устройство (ИВ), усили­ тель-преобразователь {УП) и компенсационное устройство {КУ).

Спомощью ИВ оценивается величина возмущающего воздействия,

ас помощью УП и КУ вырабатывается компенсационное воздействие, которое уравновешивает («компенсирует») возмущающее воздействие,

112