Система с параллельным корректирующим устройством

 

Система автоматического регулирования с параллельным корректирующим устройством выполнена в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2.1.

Система содержит следующие функциональные элементы:
ОР -  объект регулирования, обозначения величин которого (Х, G, F) описаны в разделе 1.1;

З - задатчик, формирующий сигнал Хз заданного значения регулируемой
     величины;
Д - датчик (измерительный элемент), выходной сигнал которого Хд соот-
     ветствует действительному значению регулируемой величины;

 

 

Рис. 2.1 Функциональная схема САР с параллельным
корректирующим устройством.

 

ЭС1 - элемент сравнения, формирующий сигнал еХ отклонения регулируемой величины от заданного значения;

КУ - параллельное корректирующее устройство, предназначенное для обеспечения требуемого качества работы САР (допустимого изменения регулируемой величины);

ЭС2 -  элемент сравнения, формирующий входной сигнал усилителя е U у как разность между сигналом отклонения еХ и выходным сигналом КУ Хос (сигналом обратной связи);

У - усилитель, который повышает мощность входного сигнала е U у до уровня, необходимого для перемещения регулирующего органа с заданной скоростью;

ИМ - исполнительный механизм, преобразующий выходной сигнал усилителя U у в механическое перемещение М;

РО - регулирующий орган, связанный механической передачей с ИМ и преобразующий перемещение М в непосредственное регулирующее воздействие на ОР G.  

КУ параллельного типа представляет собой местную отрицательную обратную связь в регуляторе, передающую сигнал с выхода ИМ (после преобразования сигнала в КУ) на вход усилителя.

В судовой автоматике применяются обратные связи следующих видов: жесткая, гибкая, комбинированная (жесткая плюс гибкая).

Примером регулятора с параллельным КУ является широко применяемый на судах регулятор частоты вращения дизель-генераторов UG-8 фирмы Woodward, имеющий комбинированную обратную связь [11].

Важной особенностью САР с параллельными КУ является возможность использования в них усилителей с большими коэффициентами усиления без потери качества работы системы.

Это можно видеть на рис. 2.2, где показано изменение во времени сигналов элементов регулятора при скачкообразном изменении сигнала отклонения еХ.

Из графиков следует:

- после изменения сигнала отклонения еХ происходит значительное изменение сигнала на выходе усилителя U у, что вызывает (на интервале времени от t 0 до t 1) перемещение ИМ (сигнал М) с большой скоростью и соответствующее изменение выходного сигнала КУ Хос;

- затем рост сигнала Хос уменьшает (при времени большем момента t 1) входной сигнал усилителя eU у=еХ-Хос, что соответственно уменьшает сигнал на выходе усилителя и скорость перемещения ИМ;

- это должно обеспечить плавный переход всей САР на равновесный режим и ее устойчивую работу.

 

Будем полагать, что действие усилителя определяется следующим его уравнением:

U у = Ку eU у,

где Ку - коэффициент усиления усилителя.

 

Рис. 2.2 Графики работы регулятора с параллельным корректирующим устройством (жесткой обратной связью).

Тогда при больших значениях Ку малые изменения сигнала отклонения еХ вызывают большие изменения сигнала на выходе усилителя и большие перестановочные усилия на ИМ и РО. В этом случае уменьшается вредное влияние сил трения и зазоров в ИМ и РО на работу регулятора, которые могут увеличиваться в процессе эксплуатации регулятора.

Вместе с тем, в регуляторах с параллельными КУ затруднено применение унифицированных элементов автоматики, включая электронные и микропроцессорные средства. По этим причинам применение данных регуляторах на судах в настоящее время существенно ограничено.

Более корректное рассмотрение свойств САР с параллельным КУ можно выполнить на основе структурной схемы данной системы, приведенной на рис. 2.3

 

Рис. 2.3 Структурная схема САР с параллельным КУ.

 

На схеме указаны передаточные функции:
W ор(s) - объекта регулирования по регулирующему воздействию,
W он(s) - объекта регулирования по нагрузке,
W д(s) - датчика,

W у(s) - усилителя,
W им(s) - исполнительного механизма,
W ос(s) - обратной связи ( параллельного КУ).

 

Заменим блоки, составляющие регулятор, (рис. 2.3) одним звеном, тогда структурная схема САР примет вид, показанный на рис. 2.4.

 

Рис. 2.4 Преобразованная структурная схема САР с параллельным КУ.

Передаточная функция регулятора определится по правилу преобразования структурных схем для контура с отрицательной обратной связью [8]:

             

                                   (             (     (     . (2.1)

 

Полагаем, что усилитель является типовым усилительным звеном с передаточной функцией

                                                 W у(s) = Ку,                                                              (2.2) 

    
где Ку - коэффициент усиления усилителя.

 

Выражение для передаточной функции регулятора (2.1) с учетом (2.2) примет вид:

                                         (2.3)

 

 

Преобразуем выражение (2.3) к виду:

                                                                              .      ( 2.4 )

 

Если значение Ку является очень большим, тогда приближенно можно положить:

 

и передаточную функцию регулятора можно приближенно представить как

                                                              

                                         .                                          (2.5)

 

Передаточная функция разомкнутой САР согласно структурной схеме, показанной на рис. 2.4, имеет следующее выражение:

 

                   Wp(s) = W рег (s) W ор (s) W д (s),                    (2.6)

 

которое с учетом выражения (2.5) приближенно можно представить как

                                                                     .                                    (2.7)                    

 

 

Поскольку передаточная функция разомкнутой САР определяет ее устойчивость [8], то из выражения (2.7)следует, что при больших Ку устойчивость САР с параллельным корректирующим устройством практически не зависит от значения коэффициента усиления усилителя.