Пример следящей системы

Приведенные выше примеры САУ (рис. 1.1 – 1.4) относятся, как отмечалось, к системам регулирования, предназначенным для стабилизации выходной координаты на заданном уровне. Интересно рассмотреть системы, в которых задающее воздействие может меняться во времени, а выходная координата должна воспроизводить эти изменения. В качестве примера такой системы предлагается рассмотреть приборную следящую систему [2], принципиальная схема которой представлена на рис. 1.6. Такая приборная следящая система может использоваться для перемещения нагрузки, например, пера самописца в соответствии с изменением входного воздействия φ_вх(t). Точность перемещения зависит от типа входного сигнала и от структуры и параметров управляющего устройства.

Рис. 1.6. Принципиальная схема приборной следящей системы

Перемещение нагрузки через понижающий редуктор РЕД осуществляет электрический двигатель М, поток возбуждения в котором создается постоянным магнитом. Если положение нагрузки не соответствует входному воздействию, то в диагонали ав компенсационного моста R1-R2 появляется разность потенциалов, знак которой зависит от того, опережает ли нагрузка задающее воздействие или отстает от него. Эта разность потенциалов представляет собой сигнал рассогласования, пропорциональный разности углов: задающего – φ_вх(t) и нагрузки – φ_вых(t). До тех пор пока сигнал рассогласования отличен от нуля, напряжение на емкости С1 интегрирующего усилителя У2 будет изменяться, что повлечет за собой изменение положения мотора и, следовательно, – нагрузки.

Усилитель мощности исполнительной части У3, выполненный на операционном усилителе AD541, является 2-х канальным и, следовательно, может реагировать на знак сигнала рассогласования. При этом ток по якорной обмотке двигателя течет либо по направлению, указанному стрелкой →, либо по направлению, указанному стрелкой <---. Именно так осуществляется реверс двигателя и нагрузки.

С целью улучшения динамических свойств замкнутой системы в её контур вводится местная обратная связь на элементах R9 и С2.

Цепь главной отрицательной обратной связи (ГООС) является механической и, фактически представляет собой кинематическую связь: мотор М, редуктор РЕД, НАГРУЗКА, потенциометр R2. Потенциометры R1, R2 служат для преобразования механического сигнала в электрический (напряжение), удобный для дальнейшей обработки. Сигнал ГООС суммируется с сигналом входного воздействия на усилителе У1.

В представленной следящей системе выходной вал теоретически точно будет повторять положение входного, если последний будет вращаться с постоянной скоростью или займет строго заданное положение, скажем, развернется на 30 угловых градусов. Оговорка “теоретически” объясняется тем, что реальные устройства, на которых может быть построена система, обладают инструментальными погрешностями, зависящими от их класса точности. При проектировании системы следует выбирать её элементы так, чтобы общая инструментальная погрешность не превышала допустимую. Поскольку теория автоматического управления не занимается вопросами технического проектирования, то этот вопрос мы оставим для рассмотрения в других дисциплинах. Здесь же будем говорить о теоретических аспектах качества процесса управления.

Итак, чтобы вал нагрузки вращался с той же скоростью, что и входной, т.е. чтобы сигнал рассогласования на выходе усилителя У1 был равен нулю после окончания переходного процесса, в управляющем устройстве системы должен быть источник энергии, заставляющий мотор вращаться при нулевом рассогласовании. Таким источником будет интегрирующий усилитель У2, в цепь обратной связи которого включен конденсатор С1, накапливающий энергию в течение переходного процесса.

При постоянном входном сигнале φ_вх (t) = φ_о^.1(t) мотор остановится, когда φ_вых(t) станет равным φ_о^.1(t). При этом и сигнал рассогласования, и напряжение на выходе У2 будут равны нулю.

Дата добавления: 2014-01-13