close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Теория лаб3

код для вставкиСкачать
 В замкнутых системах автоматического управления управляющее воздействие формируется в функции величины отклонения.
Управление в функции отклонения называется регулированием.
Управляющее устройство в этом случае можно называть автоматическим регулятором.
Замкнутые системы автоматического управления иначе называются системами автоматического регулирования ( САР ).
Системы автоматического регулирования подразделяются на три класса:
1. системы автоматической стабилизации;
2. системы программного регулирования;
3. следящие системы.
Отнесение замкнутой системы к одному из перечисленных классов осуществляется по характеру изменения входного (задающего) воздействия.
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ
═══════════════════════════════════════
Система автоматического регулирования относится к системам автоматической стабилизации в том случае, если входное (задающее) воздействие является величиной постоянной.
Конечно, входное воздействие может принимать различное значение, устанавливаемое с помощью входного (задающего) устройства. Но в течение длительного времени входное воздействие остается постоянным.
На следующей странице приведена функциональная схема системы автоматической стабилизации, а на стр.5 пример системы стабилизации напряжения управляемого выпрямителя.
Система автоматической стабилизации
напряжения содержит:
объект регулирования (ОР);
исполнительный элемент (ИЭ);
усилитель (У);
задающее устройство (ЗУ);
датчик выходной величины (Д).
Объект регулирования
Объект регулирования представляет собой управляемый выпрямитель, выполненный по трехфазной мостовой схеме на трех тиристорах VS1 - VS3 и трех диодах VD1 - VD3.
Нагрузкой выпрямителя является сопротивление Rн, величина которого зменяется в процессе работы.
Изменение сопротивления Rн вызывает изменение тока и изменение выпрямленного напряжения Ud (выходной величины Хвых).
Возмущающим воздействием (F) является ток выпрямителя. Чем больше ток, тембольше напряжения падает в питающей сети, тем меньше подводимое к выпрямителю напряжение Uс и меньше выпрямленное напряжение Ud. Управляющим воздействием (Xупр) является угол регулирования <a>, вырабатываемых СИФУ импульсов.
Выпрямленное напряжение Ud в полууправляемом мостовом выпрямителе связано с напряжением питающей сети Uc и углом регулирования <a> следующим соотношением:
Ud = 1.35*Uc*(1 + cos(a))/2 (1)
Исполнительный элемент
Функцию исполнительного элемента выполняет система импульсно-фазового управления выпрямителя (СИФУ).
СИФУ вырабатывает импульсы, поступающие на управляющие электроды тиристоров.
Угол регулирования импульсов <a> определяется величиной выходного напряжения Uу усилителя А1.
Чем больше напряжение усилителя Uу, тем меньше угол регулирования и, следовательно, больше выпрямленное напряжение.
Усилитель
Операционный усилитель А1 выполняет функцию элемента сравнения ЭС и функцию усиления сигнала отклонения.
Задающее устройство
Задающим устройством является потенциометр Rз (потенциометр задающий).
На потенциометр Rз от отдельного стабилизированного источника (на схеме не показан) подается напряжение Uo.
Снимаемое с движка потенциометра напряжение Uз (Хз), задает величину выпрямленного напряжения Ud.
Перемещая движок потенциометра, устанавливают нужное значение выпрямленного напряжения. В процессе работы установленное значение Uз остается постоянным.
Датчик выходной величины
В качестве датчика выходной величины используется потенциометр Roc. Этот потенциометр называется потенциометром обратной связи.
Напряжение обратной связи Uoc в общем случае составляет часть выпрямленного
напряжения Ud.
Uoc = Кд*Ud. (2)
Кд - коэффициент передачи датчика.
Величина Кд определяется положением движка потенциометра Roc.
Коэффициент Кд может иметь значение в пределах от 0 до 1. Если движок Roc находится в крайнем нижнем положении, то Кд=0, а если в крайнем верхнем положении, то Кд=1.
Коэффициент Кд устанавливается один раз в процессе наладки системы стабилизации.
Напряжение обратной связи Uoc через резистор R2 поступает на вход операционного усилителя А1. При указанной полярности напряжений задающего Uз и выпрямленного Ud, выходное напряжение усилителя будет равно
Uу = - Ro*(Uз/R1 - Uoc/R2) = - (Ro/R1)*(Uз - Uoc*(R1/R2)) = - Ку*(Uз - Ud*Кд*(R1/R2)) = - Ку*(Uз - Ud*Koc). (3)
Здесь: Ку = Ro/R1; Koc = Кд*(R1/R2).
Принцип действия системы стабилизации напряжения выпрямителя
Система стабилизации напряжения выпрямителя работает следующим образом.
При уменьшении сопротивления нагрузки Rн увеличивается потребляемый ток. При увеличении тока уменьшается напряжение Uc на зажимах выпрямителя.
Это вызывает уменьшение выпрямленного напряжения Ud и напряжения обратной связи Uoc. Так как задающее напряжение Uз при этом не изменяется, то увеличивается разность Uз - Ud*Koc, что приводит к увеличению выходного напряжения Uу усилителя А1 (выражение 3).
При увеличении напряжения усилителя А1 уменьшается угол регулирования <a> и увеличивается выпрямленное напряжение Ud (выражение 1).
Когда нагрузка выпрямителя уменьшается (сопротивление Rн увеличивается), уменьшается потребляемый ток, что вызывает увеличение напряжения Uc на зажимах выпрямителя и увеличение выпрямленного напряжения Ud и, следовательно, напряжения обратной связи Uoc.
Величина отклонения равная Uз - Ud*Koc уменьшается, вызывая уменьшение напряжения Uу усилителя. Это приводит к тому, то увеличивается угол регулирования <a> выпрямленное напряжение уменьшается, оставаясь близким к прежнему значению.
Подобным образом работают все системы стабилизации.
Отличительный признак системы автоматической стабилизации - постоянное значение задающего воздействия Хз = const.
СИСТЕМЫ ПРОГРАММНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
══════════════════════════════════════
Система автоматического регулирования относится к системам программного регулирования в том случае, если входное (задающее) воздействие изменяется по заданному закону (программе).
В современных системах программного регулирования программное устройство, вырабатывающее задающее воздействие, может быть микроЭВМ, микроконтроллером или компьютером.
На следующей странице приведена функциональная схема системы программного регулирования.
На следующей странице приведена схема
системы программного регулирования температурой печи.
При закалке изделий в нагревательных печах нужно, чтобы температура печи с течением времени изменялась по заданной программе.
В рассматриваемой системе программного регулирования функцию программного устройства, а также функции элемента сравнения и усилителя выполняет микроЭВМ.
В память микроЭВМ записывается программа изменения температуры печи во времени.
В области постоянной памяти располагается программа рассчета величины отклонения действительной температуры от заданной, а также умножения величины отклонения на коэффициент усиления.
Объектом регулирования является нагревательная печь. Температура печи определяется величиной напряжения подводимого к нагревательному элементу от управляемого выпрямителя.
Датчиком температуры служит термистор Rт. При увеличении температуры сопротивление термистора уменьшается.
Цепь термистор - резистор R2 питается от стабилизированного источника напряжением Uo. Падение напряжения на резисторе R2 изменяется при изменении температуры.
Это напряжение усиливается усилителем А1. Выходное напряжение усилителя поступает на аналогоцифровой преобразователь (АЦП).
Таким образом сигнал, зависящий от температуры печи, в цифровой форме поступает на вход микоЭВМ.
Функцию исполнительного элемента выполняет трехфазный мостовой полууправляемый выпрямитель вместе с системой импульсно-фазового управления (СИФУ).
Величина выпрямленного напряжения определяется величиной напряжения поступающего на вход СИФУ с выхода ЦАП.
Система работает следующим образом.
МикроЭВМ считывает со входного порта информацию о величине температуры печи.
Сравнивает действительное значение температуры с заданным программой, увеличивает полученное значение и выдает на цифроаналоговый преобразователь.
Если действительное значение температуры меньше заданного, то напряжение выпрямителя увеличивается, а если больше - то уменьшается.
Отличительный признак системы программного регулирования - изменение входного (задающего) воздействия по заранее известному закону.
Задающее воздействие является известной функцией времени.
СЛЕДЯЩИЕ СИСТЕМЫ
═════════════════════
Система автоматического регулирования относится к следящим системам в том случае, если входное (задающее) воздействие представляет собой заранее неизвестную функцию времени.
Выходная величина в следящей системе должна воспроизводить все изменения входного воздействия <<следить>> за ним.
Функциональная схема следящей системы приведена на следующей странице.
Входное воздействие и выходная величина с помощью датчиков Д1 и Д2 преобразуются в электрические сигналы.
При изменении входного воздействия увеличивается величина отклонения, увеличивая тем самым управляющее воздействие.
В результате этого изменяется выходная величина системы.
Система будет стремиться уменьшить или свести к нулю величину отклонения.
Таким образом при всяком изменении входного воздействия выходная величина будет следовать за ним.
На следующей странице приведена схема следящей системы отработки
угла поворота.
Следящая система содержит:
- задающий потенциометр ЗП;
- приемный потенциометр ПП;
- усилитель сигнала рассогласования;
- управляемый реверсивный выпрямитель;
- двигатель постоянного тока независимого возбуждения, приводящий в движение нагрузку.
Движок приемного потенциометра соединен с нагрузкой и через редуктор с валом двигателя.
На задающий и приемный потенциометры подается стабилизированное напряжение Uo. Если оси задающего и приемного потенциометров ЗП и ПП повернуты на одинаковые углы, напряжение рассогласования, снимаемое с движков потенциометров равно нулю. Если же углы поворота движков потенциометров неодинаковы, то появляется напряжение рассогласования положительное или отрицательное в зависимости от того, какой из углов больше.
Следящая система работает следующим образом.
Система будет находиться в покое (двигатель не будет вращаться), когда напряжение рассогласования равно нулю. Это будет в том случае, когда движки потенциометров ЗП и ПП повернуты на одинаковые углы.
Пусть движок задающего потенциометра ЗП повернулся на некоторый угол. Угол поворота движка ЗП является входным воздействием. Появившееся напряжение рассогласования будет усилено усилителем и поступит на управляемый выпрямитель.
На выходе выпрямителя появится напряжение и двигатель придет во вращение.
Вращаясь двигатель будет поворачивать нагрузку и одновременно движок приемного потенциометра ПП. Когда движок приемного потенциометра повернется на такой же угол, что и движок задающего потенциометра, напряжение рассогласования станет равно нулю и двигатель остановится.
Таким образом нагрузка окажется повернутой на заданный угол.
Если осуществлять непрерывное изменение входного воздействия, то выходная величина (угол поворота движка приемного потенциометра) будет <<следить>> за входным воздействием.
Отличительный признак следящей системы - изменение входного (задающего) воздействия по заранее неизвестному закону.
Входное воздействие представляет собой неизвестную функцию времени.
ЗАКОНЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ.
РЕГУЛЯТОРЫ.
В замкнутых системах автоматического регулирования управляющее устройство - регулятор воздействует на исполнительный
элемент.
Законом регулирования называют математическую зависимость связывающую выходную величину регулятора Хр с величиной отклонения.
В технике используют много различных законов регулирования и одним из распространенных видов классификации управляющих устройств является классификация по законам регулирования.
ВИДЫ ВОЗДЕЙСТВИЙ
Всякое воздействие на систему автоматического регулирования вызывает изменение регулируемой (выходной) величины.
Характер процесса управления зависит как от самой автоматической системы, так и от места приложения и вида внешних воздействий.
Работу автоматических систем принято оценивать по реакции их на типовые наиболее характерные воздействия.
Виды типовых задающих воздействий приведены на следующей странице.
Возмущающее воздействие вызывается изменением нагрузки или иными причинами, вследствие которых регулируемая величина отклоняется от заданного значения.
Часто характерным является скачкообразное изменение возмущающего воздействия, соответствующее мгновенному увеличению или уменьшению нагрузки.
Возмущающее воздействие может изменяться случайно. Случайное возмущающее воздействие представляет собой непрерывно продолжающееся воздействие.
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА
ПРОЦЕССОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ
Любая система автоматического регулирования должна удовлетворять определенным требованиям.
Комплекс требований, определяющих поведение системы в установившемся режиме и переходном процессе объединяется понятием качества процесса регулирования.
Качество регулирования оценивается количественными показателями, характеризующими отклонение фактического состояния системы или фактического процесса системы от желаемого.
Качество работы системы автоматического регулирования оценивается с помощью следующих показателей:
- точность;
- перерегулирование;
- быстродействие;
- число колебаний.
Для оценки точности системы регулирования используется величина ошибок в различных типовых режимах.
Типовыми режимами работы являются:
- установившийся режим работы при постоянных воздействиях;
- установившийся режим при изменении задающего воздействия с постоянной скоростью;
- установившийся режим при изменении
задающего воздействия с постоянным ускорением.
В следящих системах величина ошибки в любом установившемся режиме определяется разностью между входной и выходной величинами.
Ошибка в установившемся режиме работы при постоянных воздействиях называется статической ошибкой или ошибкой по положению.
Ошибка в установившемся режиме работы при изменении задающего воздействия с постоянной скоростью называется скоростной ошибкой или ошибкой по скорости.
Ошибка в установившемся режиме работы при изменении задающего воздействия постоянным ускорением называется шибкой по ускорению.
Точность работы систем стабилизации оценивается по величине относительной статической ошибки.
Относительную статическую ошибку можно определить по нагрузочной характеристике системы либо по реакции системы, вызванной скачкообразным изменением возмущающего воздействия от нуля до номинального значения.
41
Оценки качества регулирования - перерегулирование, быстродействие, число колебаний определяют из кривой переходного процесса, вызванного ступенчатым изменением входного воздействия, которое может быть как задающим, так и возмущающим. Переходный процесс может быть монотонным либо колебательным.
При монотонном переходном процессе качество работы системы характеризуется одним показателем - быстродействием.
Быстродействие оценивается по времени регулирования. Чем меньше время регулирования, тем выше быстродействие, тем лучше система регулирования.
Время регулирования tp - это время от момента приложения на вход системы ступенчатого воздействия до момента, после которого имеет место неравенство
Хуст - Хвых < 0.05 * Хуст
Здесь Хуст - установившееся значение выходной величины.
При колебательном переходном процессе качество работы системы характеризуется величиной перерегулирования, временем регулирования и числом колебаний.
Перерегулированием называется относительное максимальное отклонение регулируемой величины от установившегося значения.
При колебательном процессе время регулирования tp - это время от момента приложения на вход системы ступенчатого воздействия до момента, после которого имеет место неравенство
│Хуст - Хвых│ < 0.05 * Хуст
Число колебаний определяется числом максимальных значений регулируемой величины за время регулирования.
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
178
Размер файла
10 468 Кб
Теги
лаб3, теория
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа