Розділ 2. Принципи керування та класифікація САК

Режими роботи САК

Будь-яка САК працює в двох режимах, а саме:

· усталеному,

· перехідному.

Усталений режим роботи системи - це режим, в якому незмінною в часі є похибка регулювання. Цей режим установлюється по завершенні перехідних процесів. Розрізняють такі установлені режими роботи:

· статичний,

· динамічний.

Статичний усталений режим наступає тоді, коли незмінними в часі є задаюча і збурююча дії при незмінних параметрах системи, в результаті чого незмінною залишається вихідна величина системи.

Динамічний усталений режим наступає тоді, коли задаюча, збурююча чи вихідна величина змінюється за постійним в часі законом і похибка регулювання системи залишається незмінною. Наприклад, динамічні режими можуть бути, коли задаюча величина змінюється за синусоїдальним законом, коли вона змінюється з постійними в часі швидкістю чи прискоренням. Динамічним режимом є, наприклад, режим роботи регулятора рівня, коли рідина з резервуара витікає з постійною швидкістю.

Перехідний режим - це такий режим роботи системи, коли вона переходить з одного встановленого режиму роботи до іншого. Цей режим наступає тоді, коли змінюється задаюча величина і систему переводять з одного режиму роботи до іншого, або змінюється величина збурення чи змінюються параметри системи. Перехідний процес у різних системах керування проходить по різному. Змінюючи параметри системи можна змінити характер перехідного режиму.

Під час вивчення роботи та проектування САК значна увага приділяється вивченню роботи системи в перехідних режимах. Якщо в електротехнічних установках перехідні процеси займають відносно малу частку часу, але вони суттєво впливають на вимоги до установок, то в САК перехідні режими є основними режимами роботи, займають переважну частину часу і саме вони визначають вимоги до САК і методи вивчення ТАК

Перехідні режими – це найбільш суттєві режими роботи систем керування. Системи керування призначені для того, щоб працювати в перехідних режимах. Це зумовлює складність САК, вимагає використання складних математичних методів аналізу цих систем. Всі методи аналізу основані на використанні диференційних рівнянь.

Рис. 2.1 – Перехідні процеси в САК

Вимоги до САК

Будь-яка САК повинна забезпечити:

1) стійкість керування;

2) потрібну точність керування;

3) якість роботи, що визначається характеристиками перехідних режимів роботи.

Стійкість керування – це характеристика, яка визначає можливість практичного використання системи керування. Якщо для технічних систем ми визначаємо стан системи як справна чи несправна, несправна – значить непридатна для практичного використання, то для систем керування визначаємо, чи стійка система керування чи нестійка. Нестійка система керування - це система, не придатна для практичного використання, тобто це синонім несправної системи.

Стійкість системи – це здатність системи повертатись до попереднього чи близького до нього стану після певної дії на систему.

Стійка система – це система, яка після того як на неї подіяла інша система, змінився характер взаємодії системи з іншими, чи змінились параметри самої системи, повертається до попереднього або близького до нього стану. Нестійка система, після певної дії на неї, вже не повертається до попереднього стану, а відхилення від цього стану у неї збільшується. Демонструвати властивості стійкості систем прийнято на простому механічному прикладі. На рис. 2.2 показано кульку, яка знаходиться в певних умовах.

Рис. 2.2 – Приклади стійкої та нестійкої системи

а) стійка система; б) нестійка система; с) система стійка «в малому» та нестійка «у великому».

Рис. 2.2а - демонструє стійку систему: кулька після дії на неї і відхилення її з точки рівноваги повертається в попереднє положення. Рис. 2.2б - демонструє нестійку систему, тут, якщо ми кульку відхилимо від положення рівноваги, то вона вже ніяк не повернеться в початковий стан. Третій приклад, рис. 2.2в - демонструє стійку систему в малому й нестійку у великому. При малих відхиленнях система стійка, повертається в початковий стан, але при великих відхиленнях система нестійка. Цей приклад характерний для нелінійних систем. Якщо лінійні системи, які ми переважно будемо вивчати у цьому курсі, є стійкими в малому, то вони є стійкими і у великому. Нелінійні системи можуть бути стійкими при малих діях і нестійкими при великих.

Питання стійкості систем керування є одним з визначальних. Як вже було відмічено нестійкість системи керування є аналогом несправності системи. Хоча система може бути повністю справною, але параметри її такі, що керування нестійке. Такі системи експлуатувати не можна.

Прикладів нестійких систем керування багато. Наведемо найбільш відомі. Відомий усьому світу приклад – це реактор Чорнобильської АЕС. В якомусь з режимів роботи керування реактором виявилось нестійким. Виведений зі стану рівноваги реактор не зміг повернутись назад до такого стану і в результаті стався вибух, який призвів до найбільшої у світі ядерної катастрофи. Ще один приклад – це ракета, яка декілька років тому потрапила в будинок у Броварах біля Києва. Система керування ракети виявилась нестійкою, в результаті ракета втратила керування та попала в жилий будинок.

Можна продемонструвати приклад стійкості системи керування на простому життєвому прикладі. При навчанні водіїв автомашин перші кроки керування приводять до того, що автомашина відхиляється від дороги, потрапляє на перешкоди на узбіччі. Чому це відбувається? Тому, що характеристики системи керування незадовільні, реакція молодого водія невідповідна. Водій, коли автомашина відхиляється від потрібного напрямку руху, реагує надто сильно і повертає руль сильніше ніж це треба. Виникає ще більше відхилення від напрямку, тільки вже в інший бік. Дії молодого водія приводять до того, що автомашина все сильніше відхиляється від напрямку руху і попадає на перешкоду, як це показано на рис. 2.3.

Рис. 2.3 – Приклад нестійкої системи керування. Шлях руху водія – початківця

Щоб цього не траплялось, перші кроки водіння виконують на достатньо широкій площадці. У подальшому, коли водій набуде практики, його реакція буде узгоджена із системою керування і такі випадки не трапляються.

Отже, аналіз стійкості систем керування – одне з визначальних питань. І в подальшому ми йому приділимо достатньо уваги.

Точність керування. Точність керування визначається похибкою керування в усталеному режимі роботи. Похибка керування показана на рис.2.3 – це різниця між потрібним значенням вихідної величини, яке обумовлене значенням задаючого сигналу і фактичним значення, яке є на виході системи. Потрібна точність керування - важлива вимога до САК. Зрозуміло, що для практичного використання придатні тільки ті систем, які забезпечують потрібну точність регулювання. Наприклад, якщо система керування зенітною ракетою матиме недостатню точність, то ракета не попаде в ціль, тому така ракета не придатна для військових цілей. Другий приклад, якщо система керування генератором електростанції не забезпечує потрібної частоти струму, то такий генератор не потрібний.

Експлуатаційні характеристики систем керування визначає якість перехідних процесів. Від характеристика перехідних процесів залежить як САК вони працюють умовах керування. Ці характеристики визначаються часом перехідного процесу, амплітудою коливань під час перехідного процесу, їх частотою та іншими характеристиками.

Принципи керування

Робота усіх типів САК, приклади яких було розглянуто в, заснована тільки на двох принципах керування, а саме:

1) керуванні за збуренням;

2) керуванні за відхиленням.

Крім цього використовують і:

3) комбіноване керування.

Розглянемо ці принципи керування.

Керування за збуренням

Функціональна схема такого керування показана на рис. 2.4.

Рис.2.4 – Керування за збуренням

Тут ПК – пристрій керування (або регулятор), О – об’єкт керування, Uз(t) – задаючий сигнал, Uкер(t) – сигнал керування, Uвих(t) – вихідний сигнал, fз(t) – сигнал збурення. Керування у даній системі здійснюється з урахуванням значення збурюючої величини. Величина збурення вимірюється і сигнал про її значення подається на вхід керуючого пристрою. Керуючий пристрій аналізує значення сигналу збурення і виробляє керуючу дію на об’єкт керування. Сигнал цієї дії показано на функціональній схемі у вигляді стрілки Uкер(t). Такий принцип керування має назву принципу Пенселе – Ніколаєва. Його деколи називають компенсаційним керуванням. Назва відображає той факт, що в даному випадку в результаті керування компенсується вплив збурюючої величини.

Керування за відхиленням

Схема керування за відхиленням показана на рис. 2.5.

Рис. 2.5 – Керування за відхиленням

Тут показано зворотній зв’язок. На виході системи вимірюється значення вихідної величини. Сигнал про це значення подається на пристрій керування. Пристрій керування виробляє керуючий сигнал, який залежить від різниці задаючого сигналу та вихідного сигналу (сигналу зворотного зв’язку). Такий принцип керування має назву принцип Ползунова – Уатта.

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: