Обратные связи. Назначение и классификация

Обратная связь образуется, когда выходной сигнал или его часть подается на вход элемента или системы. По конструктивному исполнению связи могут быть механическими, электрическими, пневматическими, гидравлическими и т. д.

По расположению в структурной схеме САУ обратные связи подразделяются на внешние и внутренние.

Внешние обратные связи охватывают обычно все звенья, а внутренние – одно или ряд звеньев, входящих в систему. Внутренние обратные связи позволяют превращать один вид звена в другой, вводить новые звенья, изменять их параметры, не нарушая структурной схемы САУ, и т. д. Обратные связи повышают точность работы системы и улучшают ее динамические свойства.

Исходя из величины обратной связи по отношению к значению прямой цепи обратные связи подразделяются на единичные (k _ос = 1) и неединичные. Неединичные связи применяются для уменьшения ошибки в работе замкнутой САУ.

Различают главные и местные (корректирующие) обратные связи.

Главная обратная связь – это связь выхода системы (объекта) с входом системы (объекта).

Местная обратная связь – это связь между выходом элемента и его входом или между выходом и входом нескольких элементов, входящих в систему. Местные связи обычно служат для улучшения основного процесса работы системы, повышения устойчивости и точности, уменьшения ошибок и запаздываний и т. п.

Величина k _oc (рис. 1.4), показывающая какая часть выходного сигнала у (t) снова поступает на вход в виде сигнала обратной связи у _ос(t), называется коэффициентом обратной связи:

k _ос = у _ос / у

Обратные связи делятся на положительные и отрицательные, гибкие и жесткие. Положительной называется такая связь, сигнал которой складывается с входным сигналом:

х (t) = g (t) + y _ос(t).

О трицательной связь называется, когда ее сигнал вычитается из входного сигнала:

x (t) = g (t)– y _ос(t).

Рис. 1.4. Условное обозначение обратной связи автоматики

Жесткая обратная связь передает сигналы как в установившихся, так и в переходных режимах. На рис. 1.5, а показана жесткая пневматическая обратная связь.

Рис. 1.5. Пример обратных связей автоматики

При перемещении заслонки 4 под воздействием отклонения управляемой (регулируемой) величины, скорость истечения воздуха из сопла 5 изменится, что приведет в свою очередь к изменению давления воздуха за дроссельным устройством 6 и в сильфонной камере 1. Изменение длины сильфона 2 приведет к перемещению заслонки 4 с помощью рычага 3 в сторону, противоположную воздействию входной величины, и изменению давления за дросселем 6.

На рис. 1, б, в показана жесткая механическая обратная связь. Основная цепь воздействий имеет направление от точки А к точке В, положение которой однозначно определяется координатой точки А (жесткая связь). При перемещении точки А вверх на расстояние х точка В сместится за счет основной связи на величину у ₁; при этом из-за дополнительной связи шарнир 0, который жестко связан с точкой В, перемещается на величину z и будет возвращать точку В вверх на величину у ₂ (отрицательное перемещение). Следовательно, результирующее перемещение точки В вниз составит у = у ₁– y ₂, т. е. имеем отрицательную обратную связь.

На рис. 1.5, в представлена положительная обратная связь, так как результирующее перемещение точки В складывается из перемещений у₁ от действия прямой цепи и перемещения у₂ от действия обратной связи.

На рис. 1.5, г показан гидравлический поршневой серводвигатель с отрицательной жесткой связью, которая осуществляется установкой опоры рычага АС в точке С на штоке поршня (первый момент движения).

Перемещение точки А вызывает движение и перемещает шарнир В вверх. Шарнир С в первый момент неподвижен (положение 1), затем при опускании поршня точка С смещается вниз (положение II) и смещает вниз шарнир В (отрицательное перемещение), т. е. имеем отрицательную жесткую связь.

На рис. 1.5, д, е показана жесткая обратная связь по напряжению и току.

Для рис. 1.5, д:

у _ос = U _ос = k _ос U _вых,

где

.

В качестве элемента обратной связи используется делитель R ₁ – R ₂. Если сигнал обратной связи и выходной сигнал к входу элемента подключены параллельно, то такая связь называется параллельной.

Для жесткой обратной связи по току (рис. 1.5, е) в качестве элемента обратной связи используется резистор R _oc. В этом случае у _ос = U _ос = k _ос U _вых, где k _ос = R _oc, т. е. имеем так называемую последовательную обратную связь, когда U _oc, U _вых подключены последовательно.

Гибкая обратная связь (изодромная, или упругая связь) действует только в неустановившемся режиме. В первый момент гибкая связь действует как жесткая, а затем ее воздействие постепенно ослабевает и, наконец, исчезает.

Изодромная связь для системы автоматического регулирования (CAP) частоты вращения коленчатого вала (отрицательная гибкая обратная связь) показана на рис. 1.6.

Рис. 1.6. CAP частоты вращения коленчатого вала

При этом типе связи с изменением частоты вращения поворот рычага 5 происходит вокруг точки О, перемещая поршни золотника 4 вверх или вниз.

В первый момент смещения поршня гидроцилиндра 6 цилиндр 2 и поршень 3 с калиброванными отверстиями движутся как одно целое и рычаг АВ вначале поворачивается вокруг точки А, осуществляя обратную связь на поршни золотника, растягивая или сжимая пружину 1. В дальнейшем за счет перетекания жидкости в цилиндре 2 пружина 1 возвращает рычаг АВ в то положение, которое он занимал до начала движения поршня гидроцилиндра. Поэтому гибкая обратная связь действует только в переходном режиме, причем содействует сохранению астатизма системы.

Вопросы для самоконтроля

1. Что представляет собой автоматизация технологических процессов?

2. Назовите основные определения автоматики.

3. Какие существуют схемы автоматики?

4. Приведите обобщенную функциональную схему автоматики.

5. Какие обратные связи используются в автоматике?

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 будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

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

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