Статическое и астатическое регулирование

По тому есть ли ошибка системы автоматического управления в установившемся режиме или нет, САР можно поделить на две категории: статические и астатические. Давайте подробней рассмотрим каждую из них.

Статическая система автоматического управления (регулирования)

Схема такого устройства показана ниже:

Статическая система автоматического управления

Рассмотрим подробно работу автоматического регулятора стабилизации уровня воды h в бассейне. Данная система состоит из поплавка, который непосредственно влияет на задвижку, и такой принцип регулирования носит название прямого управления. Здесь поплавок жестко связан с задвижкой, которая контролирует подачу воды в бассейн. Принцип работы этой системы довольно прост – чем быстрее убывает вода из бассейна, тем ниже поплавок, что соответствует более сильному открытию задвижки и более быстрому наполнению бассейна. Стоит отметить некоторые характерные особенности статических систем:

  • Статическая САР может достигать равновесия при различных значения регулируемой величины;
  • Соответствующему положению регулирующего органа соответствует значение регулируемой величины;
  • Контур регулирования состоит из звеньев, которые должны реализовывать зависимость xвых = f(xвх);

Астатическая система автоматического управления

Если добавить в эту же систему электродвигатель, который будет приводить в движение задвижку, регулирующую поток воды, такая система превратится в астатическую. Схема показана внизу:

Астатическая система автоматического управления

Если воды в бассейне становится больше определенного уровня, поплавок поднимается и замыкает контакт, после чего в работу вступает электрический двигатель, который вращает заслонку в нужном направлении (в данном случае закрывает). Когда же вода вытекает, поплавок опускается, контакт размыкается и двигатель начинает вращаться в другую сторону, открывая задвижку. Главным отличием астатической системы от статической в том, что при окончании переходного процесса, в не зависимости от изменений внешнего воздействия, ошибка системы равна нулю. Это значит что при заданном объеме воды в бассейне, например 200 л, после окончания набора воды там будет 200 л, а не 190 л. Поплавок с заслонкой связывают так, чтобы при фиксированном положении поплавка заслонка могла находится в любом положении.

Можно выделить  такие характерные особенности астатических систем:

  • При значении регулируемой величины равной заданной система достигает равновесия;
  • При одном и том же значении регулируемой величины регулирующий орган должен иметь возможность занимать любое положение;

В реальных астатических системах при выполнении первого условия сталкиваются с определенной погрешностью. Это связано с тем, что датчик обратной связи (чувствительный элемент) не идеален и имеет свою погрешность при измерении. Также в контур регулирования нужно вводить астатическое звено, в приведенном примере  таким звеном является электродвигатель. Астатическое звено находится в равновесии если на него не воздействуют внешние силы и выходят с этого состояние только при наличии какого – либо воздействия. Применительно к двигателю – это наличие – отсутствие питающего напряжения. Когда

воды в бассейне достаточно, напряжение с якоря снято, двигатель не вращается (звено находится в состоянии покоя), как только уровень воды уменьшится, поплавок переместится, к якорю электродвигателя приложится напряжение нужной полярности и он начнет влиять на положение задвижки (астатическое звено будет выведено из состояния равновесия).

Различие статических и астатических САР по отношению к задающим и возмущающим воздействиям

А различия есть. В статических САР, при различных значениях возмущающих величин, будет различное значение регулируемых величин. В астатических САР значение такой ошибки всегда будет постоянной и абсолютно не зависящей от значения возмущающего сигнала.

По отношению к управляющему же воздействию в статических системах присутствует постоянная ошибка, величина которой будет зависеть от величины управляющего сигнала. В астатических САР по окончанию переходного процесса ошибка будет равна нулю.

Ниже показаны переходные процессы в статических и астатических САР по отношению к управляющему g(t) воздействию:

Переходный процесс в статической и астатической системе управления

ε(t) – ошибка регулирования, х(t) – выходная величина системы : 1- САР статическая; 2 –САР астатическая.

Возмущающему f(t) воздействию:

Переходный процесс в статической и астатической системе управления1

1 — САР статическая; 2 – САР астатическая.

Пример работы этих систем вы можете посмотреть ниже:

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Подтвердите, что Вы не бот — выберите человечка с поднятой рукой: