Автоматична система стабілізації

У цій системі використовується стабілізуючий автоматичний регулятор. Як приклад автоматичної системи, стабілізації можна розглянути автоматичну систему підтримки температури на заданому рівні (рисунок 13.1.)

 

Припустимо, що необхідно підтримувати постійну температуру в об'єкті О, наприклад в електричній печі.

У тому випадку, коли температура в об'єкті дорівнює заданій, напруга розбаланса Δ U, що надходить з вимірювального моста ВМ, дорівнює нулю і система знаходиться в рівновазі. При зміні температури в об'єкті, наприклад, за рахунок зміни напруги мережі U ~ струм, що проходить через електронагрівач ЕН, змінюється, а отже, змінюється опір термометра опору R _т і рівновага моста ВМ порушується. На вхід електронного підсилювача П надходить напруга розбалансу моста Δ U, фаза якого залежить від знака відхилення температури об'єкта від заданої. Напруга Δ U підсилюється і надходить на електродвигун Д, який починає обертатися в ту або іншу сторону в залежності від фази напруги Δ U. Вал двигуна переміщає движок автотрансформатора АТр доти, поки температура в об'єкті не стане дорівнювати заданій. При сталому режимі і відсутності обурюючих впливів система знаходиться в рівновазі. За допомогою движка реостата R ₂ установлюється задане значення температури в об'єкті.

АСР програмного регулювання

У програмній системі регулювання вихідна величина змінюється за заданим законом. Схема програмного регулювання показана на рисунку 13.2.

Закон зміни температури задається за допомогою кулачка,рівномірне обертання якого здійснює синхронний сервоелектродвигун з розщепленими полюсами 4.

Нагрівання здійснюється за допомогою електронагрівача ЕК у камері К. Первинним вимірювальним перетворю­вачем є термопара, електрорушійна сила e_t якої порівнюється з напругою Δ U, що знімається з подільника R.. Подільник R живиться від джерела стабільної напруги U_CT. Оскільки e_t і Δ U ввімкнуті назустріч одне одному, при ΔU = e_t їх сума дорівнює нулю. Якщо температура в камері К вище зада­ної, то e_t> Δ U, величина e_t — ΔU перетворюється на змінний струм(1— перетворювач постійного струму у змінний), підсилюється (2 — підсилювач) і вмикає сервоелектродвигун 3 який переміщує повзун автотрансформатора 4 униз, зменшуючи напругу живлення нагрівача. У результаті температура у камері К не перевищує за­даної межі. Якщо температура в камері нижче заданої, сервоелектродвигун перемістить повзун автотрансформатора вгору, збільшу­ючи температуру.

Ця схема вмикається контактом контактора KM, який керує приводом автотранспортера. Лічильник вмикається разом з пуском транспортера і вимикається одночасно з ним. Виріб переміщується разом з транспортером. Коли виробу між лампою і фоторезистором немає його електричний опір фоторезистора невеликий і через реле К1 проходить струм, контакт реле розімкнеться і відключить лічильник. Коли між лампою і фоторезистором буде знаходитись виріб, опір фоторезистора підвищиться,струм зменшиться,контакт К замкнеться і лічильник спрацює.

Лекція 14

Типові дінамічні ланки

Статичною характеристикою елементу - називається залежність сталих значень вихідної величини від значення величини на вході системи, тобто:

Yст. = f (X)

Статичну характеристику зображають у вигляді кривої Y(X) – рисунок 14.1

Рисунок 14.1 - Статична характеристика

Сталий режим (Yст) - це режим, при якому розбіжність між дійсним значенням регульованої величини і її заданим значенням буде постійною в часі.

Статичний елемент - у якого при постійному вхідному впливі з часом встановлюється постійна вихідна величина. Наприклад, при подачі на вхід нагрівача різних значень напруги він нагріватиметься до відповідних цим напругам значень температури.

Астатичний елемент - у якого при постійній вхідній дії сигнал на виході безперервно росте з постійною швидкістю, прискоренням і т.д.

Лінійний статичний елемент - безінерційний елемент, що має лінійну статичну характеристику вигляду:

Yст = k*X + b (14.1)

Як видно з формули (14.1), статична характеристика елементу має вид прямої з коефіцієнтом нахилу k і зсувом характеристики b.

Лінійні статичні характеристики, на відміну від нелінійних, більш зручні для вивчення завдяки своєї простоті. Якщо модель об’єкту нелінійна, то звичайно її приводять до лінійного вигляду шляхом методу лінеаризації.

Система управління називається статичною, якщо при постійній вхідній дії помилка управління Е прагне до постійного значення, залежного від величини дії.

Система управління називається астатичною, якщо при постійній вхідній дії помилка управління Е прагне до нуля незалежно від величини дії.

Динамічні характеристики

Перехідний процес - це перехід системи від одного сталого режиму до іншого при будь- яких вхідних діях. Перехідні процеси зображаються графічно у вигляді кривої Y(t).

Наприклад, процес нагріву в печі до сталого значення Yст може мати вигляд, представлений на рисунку 14.2

Рисунок 14.2 Перехідний процес нагріву у печі.

 

Перехідний процес характеризує динамічні властивості системи і її поведінку.

Оскільки вхідні дії можуть змінюватися у часі, то і перехідні характеристики будуть кожного разу різні. Для простоти аналізу систем вхідні дії X(t) приводять до одного з типових видів, представлених на рисунку 14.3

 

а) одиничний б) δ- функція (дельта-функція) в) лінійний г) синусоїдальний

ступінчастий імпульсний вплив вплив гармонійний

вплив

 

Рисунок 14.3 Типи вхідних впливів

При подачі на вхід об'єкту синусоїдального сигналу, на виході, як правило, в сталому режимі буде також синусоїдальний сигнал, але з іншою амплітудою і фазою:

(14.2)

Y(t)= A_ВИХ * sin(ω*t + φ), де: A_ВИХ - амплітуда, ω- частота сигналу, φ - фаза.

Частотна характеристика (ЧХ, АФХ і ін.) - залежність амплітуди і фази вихідного сигналу системи в сталому режимі при подачі на вході синусоїдальної (гармонійної) дії.

Види частотних характеристик (ЧХ):

• АФХ - залежність амплітуди і фази від частоти (зображається на комплексній площині);

• АЧХ - залежність амплітуди від частоти;

• ФЧХ - залежність фази від частоти;

• ЛАХ, ЛАЧХ - логарифмічні АЧХ.