Типовые структурные схемы и устройства локальных систем

Локальные системы в своем составе содержат сходные по своему функциональному назначению элементы и устройства: задающее устройство (ЗУ); датчик управляемой величины (Д); элемент сравнения (ЭС); преобразующее устройство (ПУ); регулятор (Р); исполнительное устройство (ИУ); объект управления (ОУ).

Системы отличаются друг от друга физической природой управляемой величины, режимом и условиями работы, динамикой объекта, конструкциями элементов и устройств.

Ниже показаны типовые структурные схемы систем, наиболее часто встречающиеся в практике, и даны необходимые пояснения.

Конкретные схемы локальных систем могут отличаться от типовых. Часть устройств может конструктивно объединятся в одном устройстве, например задающее устройство, датчик управляемой величины, элемент сравнения и преобразующее устройство – в устройство измерения рассогласования. Могут быть и другие элементы, не показанные на схемах.

 

Типовые структурные схемы

На рисунке 1.1 показана структурная схема одноконтурной системы, где  – задающее (управляющее) воздействие;  – управляемая величина;  – внешнее возмущение, вызывающая искажение управляемой величины;  и  – сигналы, передающие информацию о задающем воздействии и управляемой величине соответственно;  – форма сигнала об отклонении, удобная для передачи по каналу управления регулятору;  – сигнал управления;  – регулирующее воздействие на входе объекта управления. Система обеспечивает стабилизацию управляемой величины  на заданном уровне  или простейшие законы ее изменения, например с постоянной скоростью .

Рисунок 1.1

Регулятор Р преобразует сигнал ошибки  в управляющее воздействие  повышает устойчивость и улучшает динамические свойства локальной системы.

На рисунке 1.2 показана структурная схема системы с двумя регуляторами. Один из них – регулятор P1 – помещен в прямую цепь и обеспечивает качество системы в установившемся режиме работы. Второй – регуляторP2 – располагается в цепи местной обратной связи, повышая устойчивость и быстродействие системы, снижая ее чувствительность к изменению параметров исполнительного устройства.

Система обеспечивает изменение управляемой переменной  с любой скоростью и с любым ускорением, не превышающими максимальные значения, которые может гарантировать система.

 

Рисунок 1.2

 

При отработке сложных законов изменения , например программных, при высоких требованиях к качеству управления используют многоконтурные системы. В этих системах кроме информации об основной величине  используют измерения других координат вектора состояния, например скорости, ускорения, тока, напряжения.

На рисунке 1.3 показана структурная схема трехконтурной системы
с тремя последовательно включенными регуляторами: перемещения (положения) - P1, скорости - P2 и тока (момента, ускорения) - P3. Ее также называют схемой подчиненного регулирования, на выходах регуляторов Р1 и Р2 получают задающие воздействия:  на контур скорости и  – на контур тока. Каждый контур содержит датчик обратной связи: контур тока – датчик тока (ДТ), контур скорости – датчик скорости (ДС), контур перемещения – датчик перемещения (Д). Система отличается простотой настройки и регулирования параметров регуляторов; применяется в технических системах с числовым программным управлением: станках, промышленных работах, подъемно-транспортных машинах и т.д.

Рисунок 1.3