При современном развитии техники системы автоматического регулирования (САР) встречаются практически повсюду, как на высокотехнологических производствах, так и в бытовых приборах (стиральная машина, стабилизаторы напряжения). Такие системы очень активно внедряются, благодаря удобству при их использовании, а также исключая человеческий фактор при управлении различными процессами.
Для осуществления автоматического управления применяют довольно сложные устройства, именуемые автоматическими регуляторами. Эти устройства должны формировать управляющие воздействия на объект регулирования на основании измерения переменных подлежащих регулированию. Такое управления может осуществляться по принципу замкнутого и разомкнутого цикла.
Разомкнутый принцип управления
В таких системах не используют обратные связи и по своей структуре они довольно просты. Пример схемы такой системы показан ниже:
Это система управления скоростью вращения якоря двигателя постоянного тока которая имеет следующий алгоритм работы: задающее воздействие перемещает движок 2 потенциометра 1, тем самым меняя напряжение на усилителе 3. Изменение напряжения приводит к изменению тока машины 4 и соответственно его скорости вращения. Измерение скорости вращения машины измеряют с помощью тахогенератора 5 и с помощью стрелочного прибора 6 приводят напряжение на выходе тахогенератора к доступному для человеческого глаза виду. Если движок потенциометра будет приводить в движение человек, то такое управление называют ручным.
В данной схеме отсутствует обратная связь, поэтому ее называют разомкнутой. Регулирование координат таким образом довольно проблематичное занятие, так как чтоб получить точное значение скорости необходимо провести довольно точную градуировку системы, что довольно таки затруднительно. Даже при отличной градуировке все элементы системы подвержены износу, что делает необходимым производить частые градуировки. Также при изменении какого – то параметра (например, возрос момент нагрузки вала) скорость вращения электродвигателя просядет, но система никак не отреагирует на это. Поэтому, если нужно поддреживать какую – то из переменных величин постоянной, используют замкнутые системы управления.
Замкнутый принцип управления
Такая система отличается от предыдущей лишь наличием обратной связи по скорости. Схема ниже:
Наличие обратной связи с тахогенератора 5 сравнивать заданную скорость вращения с реальной и в итоге возникает ошибка ∆U = UП – UТГ. При этом сигнал ошибки будет подаваться на усилитель, который в свою очередь будет увеличивать скорость якоря машины до тех пор, пока ошибка ∆U не станет равной нулю или значению допустимой ошибки. Допустимая ошибка в таких системах определяется необходимой точностью, задаваемой технологическим процессом.
При автоматическом регулировании могут сочетать оба принципа управления и замкнутый и разомкнутый в сочетании друг с другом.
Возмущающие и задающие воздействия
Системы автоматического управления характеризуют по возмущающим и управляющим воздействиям.
Воздействие, стремящееся нарушить функциональную связь между регулируемой переменной и задающим воздействием, называют возмущающим. Для систем показанных выше таким воздействие может быть момент нагрузки, ток возбуждения электродвигателя.
Применительно системы выше напряжение на потенциометре будет задающим воздействием.
Также стоит отметить, что задающее воздействие g(t) может приложено только к элементу сравнения, то возмущающее – к любой точке системы.
Такие воздействия приводят к тому, что требуемые и реальные величины регулирования могут отличатся друг от друга. Разность между такими воздействиями называют ошибкой системы регулирования.
Разность между регулируемой величиной в данный промежуток времени и некоторым ее постоянным значением, принятым за номинальное, именуют отклонением величины регулируемой. (рис. а)).
При постоянном возрастании управляющего воздействия, ошибка регулирования ε(t) будет оставаться постоянной величиной, как показано ниже (рис. б)):
Где: g(t) – воздействие управляющее;
х(t) – величина регулируемая (на выходе системы);
f(t) – воздействие возмущающее;
ε(t) – сигнал ошибки;
Системы с обратной связью
САР имеющая одну регулируемую величину показана ниже:
Введение в данном случае обратной связи заставляет устройство реагировать на изменение возмущения f(t), что делает из устройства некий фильтр, который довольно точно передает управляющее воздействие и подавляет возмущающее. Сигнал, поступающий из выхода на вход, именуют сигналом обратной связи, а разницу между сигналом задания и обратной связью называют ошибкой.
Ошибка, возникающая в каждом элементе устройства, оказывает влияние на вход следующего элемента, тем самым наращивая сигнал ошибки.
Итак, можем сделать вывод что САР – это динамическая система, которая стремится сохранить в допустимых пределах отклонение между заданным и реальным значением регулируемой величины, используя при этом метод сравнения сигналов обратной связи получаемых с выхода устройства, с сигналами, поступающими на вход устройства.
