Принцип управления по отклонению, когда алгоритм управления вырабатывается по отклонению между заданным и действительным значением регулируемой величиной.
В таких САУ информация определяется с помощью датчика регулируемой величины, сравнивается с заданным и пропорционально ошибке происходит процесс регулирования. Особенность такой САУ – наличие главной обратной связи от регулируемой величины на регулятор. По такому принципу работают большинство САУ для регулирования температуры, давления, частоты вращения двигателей и т.д.
Принцип комбинированного управления, когда алгоритм управления вырабатывается одновременно и по возмущению и по отклонению
Такие САУ имеют два контура управления. В первом контуре (по возмущению) производится быстрое предварительное регулирование, а во втором контуре (по отклонению) производится медленная и точная регулировка. По такому принципу происходит регулирование, например, давление пара в паровом котле. Пропорционально расходу пара производится регулирование по возмущению (по нагрузке), а по отклонению давления пара от заданного производится более точное регулирование.
По закону регулирования.
П-закон регулирования (пропорциональный), когда действие на ОР пропорционально сигналу управления.
И-закон регулирования (интегральный), когда воздействие на ОР пропорционально интегралу (обычно по времени) от сигнала управления.
ПД-закон регулирования (пропорционально диффиринцирующий), когда на ОР подается два сигнала управления. Один пропорциональный, а второй - производительной от этого пропорционального сигнала.
ПИ-закон регулирования (пропорционально интегральный), когда на ОР подается два сигнала управления. Один пропорциональный, а второй – по интегралу от этого пропорционального сигнала.
По виду обратной связи.
Одноконтурные САУ имеют одну главную обратную связь, служащую для сравнения действительного и предписанного значения регулируемой величины.
Многоконтурные САУ кроме главной обратной связи имеют еще дополнительные (местные) обратные связи, соединяющие выход и вход одного или нескольких элементов системы.
Положительная обратная связь, если с увеличением сигнала на выходе, сигнал на входе тоже увеличивается.
Отрицательная обратная связь, если с увеличением сигнала на выходе, сигнал на входе уменьшается.
Жесткая обратная связь обеспечивает прохождение сигнала в переходном и в установившемся режиме с одинаковым коэффициентом передачи.
Гибкая обратная связь обеспечивает прохождение сигнала только в переходном режиме работы системы. В установившемся режиме коэффициент передачи равен нулю (обратная связь обрывается).
По количеству регулируемых величин.
Одномерная САУ, с одной регулируемой величиной.
Многомерная САУ, с несколькими регулируемыми величинами, которые разделяются на:
- системы несвязанного регулирования, в которых регуляторы, предназначены для регулирования различных величин, не связанны друг с другом;
- системы связанного регулирования, в которых регуляторы различных регулируемых величин имеют друг с другом взаимные связи.
По ошибке в установившемся режиме.
Статическая система, которая, в установившемся режиме работы по отношению к заданному воздействию, имеет отклонение регулируемой величины от заданной в зависимости, от величины этого приложенного воздействия.
Астатическая система, которая в установившемся режиме работы по отношению к заданному воздействию не имеет отклонение регулируемой величины от заданной.
По наличию и виду вспомогательной энергии.
Прямое регулирование, когда в системе управления не используется вспомогательная энергия стороннего источника. Энергия датчика достаточно для управления регулирующим органом энергии.
Непрямое регулирование, когда датчик использует вспомогательную энергию стороннего источника, для управления регулирующим органом.
Системы непрямого регулирования по виду вспомогательной энергии разделяются: электронные, электромеханические, гидравлические, механические, комбинированные.
По стабильности параметров системы.
Стационарные системы, в которых все параметры элементов системы не изменяются во времени или математическая модель которых описывается дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами. Это, например, электродвигатели, гидравлические и механические устройства станка и т.д.
Нестационарные системы (во времени), которые имеют хотя бы одно звено с изменяющимися параметрами в процессе работы, или математическая модель, которые описываются дифференциальными уравнениями с переменными параметрами. Это, например, самолет, в котором при полете по мере расхода топлива изменяется его вес, расположение центра тяжести.
По виду сигналов управления.
Непрерывные сигналы управления представляют собой непрерывную функцию времени. Между входными и выходными величинами всех элементов системы существует функциональная непрерывная связь.
Прерывистые сигналы управления (или дискретные сигналы) характеризуются наличием разрыва непрерывности и скачков подачи сигнала управления. Между входными и выходными величинами системы управления функциональная связь в некоторые промежутки времени прерывается.
Прерывистые сигналы в свою очередь разделяются:
-релейные, когда сигнал управления постоянный по величине или равен нулю. Фактически он соответствует двум командам: “пуск” или “стоп”;
- позиционные, когда сигналы управления по абсолютной величине остаются постоянными, но в зависимости от алгоритма управления меняют знак или равны нулю;
- вибрационные, когда чередуются разные по величине сигналы;
- импульсные, когда сигналы управления преобразованы в последовательность модулированных импульсов, чередующихся через определенные промежутки времени (такты).
- кодированные, когда сигналы управления преобразованы в определенный код.
По математическим признакам.
Линейные системы, все звенья описываются линейными дифференциальными управлениями при значительных отклонениях.
Нелинейные системы, в которых хотя бы одно звено описывается нелинейным дифференциальным уравнением.
Нелинейные системы в свою очередь разделяются на:
- несущественно нелинейные системы, которые при малых отклонениях регулируемого параметра можно линеаризовать;
Пример анализа САУ по классификационным признакам.
ЗАДАНИЕ: Провести анализ по классификационным признакам системы автоматического регулирования уровня бензина в поплавковой камере (рисунок 1 и 4).
РЕШЕНИЕ: 1. Цель управления в этой автоматической системе – стабилизировать уровень бензина при разных возмущающих воздействиях и прежде всего от изменения нагрузки. Это САР – система автоматического регулирования.
2. Согласно полученной функциональной схеме (рисунок 4) сигнал с регулируемого параметра (уровень бензина) через главную обратную связь (поплавок) подается на сравнивающее устройство регулятора. Регулирование происходит пропорционально ошибке регулирования или по отклонению действительного значения уровня бензина от заданного. Алгоритм регулирования соответствует принципу регулирования по отклонению.
3. Открытие клапана (опускание его иглы) происходит пропорционально опусканию поплавка при уменьшении уровня бензина. По функциональной схеме видно, что в системе нет преобразующего устройства для интегрирования или дифференцирования управляющего сигнала. Эта система пропорционального регулирования или алгоритм работы ее соответствует П-закону регулирования.
4. Согласно функциональной схеме эта САР не имеет других обратных связей, кроме главной. Это одноконтурная САР.
5. В объекте регулирования (поплавковой камере) регулируется только один параметр- уровень бензина. Это одномерная САР.
6. В установившемся режиме количество уходящего бензина из поплавковой камеры должно соответствовать количеству поступающего бензина через клапан. Чем больше будет расход бензина (нагрузка), тем ниже должна располагаться игла клапана и соответственно уменьшится уровень бензина (регулируемый параметр). Возникает статическая ошибка пропорционально увеличению расхода топлива (нагрузка). Это статическая система.
7. По функциональной схеме видно, что усилие управляющего сигнала нет. Энергия датчика (поплавка) достаточна для срабатывания исполнительного устройства (запорного клапана). Это система прямого регулирования.
8. В данной автоматической системе все элементы регулятора имеют постоянные параметры (износ при этом не учитывается). Это стационарная система.
9. Сигнал управления от датчика постоянного связан с исполнительным устройством (стержень иглы даже припаян к поплавку). Эта система с непрерывным сигналом управления.
10. В этой системе есть нелинейная зависимость между опусканием иглы и количеством поступающего бензина. При заданных пределах регулирования такую зависимость можно линеаризовать. При заданных пределах регулирования такую зависимость можно линеаризовать. Это нелинейная САР, допускающая линеаризацию.
ОТВЕТ: Это система автоматического регулирования, принцип регулирования по отклонению, одноконтурная, одномерная, со статическим регулятором, система прямого регулирования, с П-законом регулирования, с непрерывным сигналом управления, стационарная, возможно линеаризовать математическую модель управления.
1. По заданной принципиальной схеме определить объект регулирования.