Замкнутые системы автоматического управления
Замкнутая система управления – это система управления с замкнутым контуром передачи воздействий.
Замкнутой системой обеспечивается высокая точность автоматического управления. К задачам таких систем относятся стабилизация управляемого параметра и определение требуемого закона изменения выходного сигнала или перенастройка управляющего устройства. Замкнутые системы автоматического управления классифицируются по следующим признакам:
- Алгоритм функционирования. Согласно данному признаку замкнутые системы автоматического управления делятся на самонастраивающиеся, экстремальные, следящие, оптимальные, стабилизирующие, программные.
- Вид регулирующего воздействия. Согласно данному признаку замкнутые системы автоматического управления делятся на дифференциальные, интегральные, пропорциональные, пропорционально-интегральные.
- Характер реакции системы на возмущение. Согласно данному признаку замкнутые системы автоматического управления делятся на статические и астатические.
- Принцип действия. Согласно данному признаку замкнутые системы автоматического управления делятся на системы прямого и непрямого действия.
Исследование динамических свойств замкнутых систем
На рисунке ниже представлена принципиальная схема простой замкнутой системы автоматического управления, предназначенной для поддержания регулируемой величины на заданном значении и определяющей режим работы объекта регулирования.
Рисунок 1. Принципиальная схема простой замкнутой системы автоматического управления. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В случае отклонения регулируемой величины на входе регулятора появляется сигнал рассогласования. В данном случае на выходе регулятора вырабатывается сигнал, который определяет регулирующее воздействие через регулирующий орган и направлен на уменьшение рассогласования. Регулятор воздействует на объект регулирования до тех пор, пока регулируемая величина не сравняется с заданным значением, которое меняться в зависимости от нагрузки или быть постоянным. Причиной отклонения от заданного значения регулируемой величины может быть изменение управляющего воздействия или нарушение работы объекта, которое может быть связано с различными возмущающими воздействиями. В случае отклонения от равновесного состояния в замкнутых системах автоматического управления возникают переходные процессы. Главная задача исследования динамики управления заключается в изучении переходных процессов. Такой процесс должен быть устойчив, а также необходимыми показателями качества. Характер переходного процесса зависит от вида воздействия на систему, динамических свойств системы и ее начального состояния. Он может быть определен аналитическим методом, путем нахождения общего интеграла исследуемых дифференциальных уравнений, которые описывают исследуемую систему.
Предположим, что передаточная функция исследуемого объекта может аппроксимироваться передаточной функцией, которая может быть представлена в виде произведения трех последовательно включаемых апериодических звеньев, набираемых на электронно-вычислительной машине, то есть:
$Wоб(Р) = К^3 / (Tp+1)^3$
В качестве регуляторов набираются идеальные пропорциональный, интегральный и пропорционально-интегральный регуляторы, передаточные функции которых выглядят следующим образом:
- $Wрет(Р) = Кр$ - пропорциональный регулятор;
- $Wрет(Р) = Кр/Ти*Р$ - интегральный регулятор;
- $Wрет(Р) = Кр*(1+1/Ти*Р)$ - пропорциональной интегральный регулятор.
На рисунке ниже представлена схема моделирования регуляторов разного типа. Объект регулирования представлен в виде трех последовательно включенных апериодических звеньев. Регулятор подключен параллельно объекту регулирования.
Рисунок 2. Схема моделирования регуляторов разного типа. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Динамические свойства исследуемого объекта аналогичны динамическим свойствам системы, которая состоит из трех последовательно включенных апериодических звеньев, пример которой изображен на рисунке ниже.
Рисунок 3. Система из трех звеньев. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Допустим, что объект регулирования (выделен пунктирной линией) имеет следующие значения: R1 = r1 = 1МОм, С1 = С2 = С3 = 1мкФ, Кri = Кi/Ti.
В частном случае, когда К2 = К3 = К4 и Т2 = Т3 = Т4, Кr2 = Kr3 = ... = Kr7 = 1/T
Если на вход регулируемого объекта подается единичное ступенчатое воздействие, регулируется величина выходного звена после каждого звена и на выходе из цепочки.
