Тема №1: использование принципа автоматического управления по отклонению для решения задачи стабилизации

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЛЕКЦИИ № 5

1. ПРИНЦИП АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПО ОТКЛОНЕНИЮ

Рис. 1 – Водяные часы

История освоения и использования в практических целях принципа автоматического управления по отклонению имеет глубокие корни. На сегодня установлены такие факты. Впервые осознанно этот принцип был применен в Греции за 300 лет до н.э. при создании поплавковых регуляторов. Например, вода по капле поступала в сосуд со шкалой, проградуированной в единицах времени. Часы назывались КЛЕПСИДРА (в переводе с греческого «воровка воды»). На Ближнем Востоке при построении водяных часов с начала новой эры и до XVII века использовался этот принцип (рис. 1).

Герон Александрийский, живший примерно за 120 лет до н.э., в своей книге «Пневматика» приводит несколько чертежей поплавковых регуляторов. В масляном фонаре, который изобрел Филон приблизительно в 250 году н.э., поплавковый регулятор позволял поддерживать требуемый уровень масла.

Первой системой, использующей этот принцип и изобретенной в современной Европе, был регулятор температуры голландца Корнелиуса Дреббеля (1572 - 1633). В 1681 г. англичанин Дени Папен изобрел первый регулятор давления паровых котлов, работавший по принципу предохранительного клапана.

Рис. 2 – Схема поплавкового регулятора уровня воды

В России первым изделием с принципом автоматического управления по отклонению был поплавковый регулятор уровня воды в паровом котле, изобретенный И. Ползуновым в 1765 г. (рис. 2).

Первым автоматическим регулятором промышленного назначения считается центробежный регулятор Джеймса Уатта, появившийся в 1769 г. для управления угловой скоростью вращения вала паровой машины (рис. 3).

Рис. 3 – Схема центробежного регулятора Уатта

С помощью этого механического устройства производилось измерение угловой скорости вращения . При увеличении

металлические шары за счет центробежной силы расходились, что приводило к перемещению втулки вверх. Через рычажный механизм перемещение втулки передавалось на заслонку, которая уменьшала подачу пара в машину, что приводило к падению угловой скорости выходного вала.

Представим информационные особенности САС, построенной с использованием принципа автоматического управления по отклонению с помощью функциональной схемы:

Здесь: ОАС – объект автоматической стабилизации; УАС – устройство автоматической стабилизации; ПЭ – преобразовательный элемент; УМ – усилитель мощности; – задающее воздействие, ; – стабилизируемая величина; – отклонение; – возмущающие воздействия.

Итак, для реализации этого принципа необходимо осуществлять сравнение действительного значения стабилизируемой величины с задающим
значением – и стабилизировать в зависимости от результатов этого сравнения функцию . Таким образом, для реализации принципа управления по отклонению используется обратная связь.

Различают положительные обратные связи и отрицательные. В рассматриваемой схеме связь отрицательная, так как

.

В рассмотренной схеме управляющее воздействие формируется в зависимости от величины и знака отклонения стабилизируемой переменной от задающего воздействия. Эту зависимость в общем виде можно представить таким образом .

1. ЗАДАЧА СТАБИЛИЗАЦИИ

Задача стабилизации заключается в парировании (компенсации) влияния возмущающих воздействий с целью обеспечения практического постоянства стабилизируемой величины .

?	1. Сколько возмущений действует на ОС – электрогенератор СЛ – 267? 2. Перечислите наиболее характерные? 3. Причины появления и существования возмущений? 4. Как оценить энергетические свойства возмущений? 5. Зачем оценивать энергетические свойства возмущений?

Стабилизация с использованием принципа автоматического управления по отклонению заключается в формировании отклонения стабилизируемой величины с последующей его компенсацией.

Для решения задачи стабилизации физической величины с использованием принципа автоматического управления по отклонению необходимо согласно этапу 2 блок-схемы процесса синтеза САУ (лекция №1) сформировать ОАС. Сформируем функциональную схему ОАС, исходя из возможностей универсального стенда кафедральной лаборатории «Автоматического управления».

В качестве рабочего механизма (объекта стабилизации), как ранее, выбираем электрогенератор в электромеханическом блоке.

Подключение к электрогенератору активной нагрузки в различные моменты времени и различной величины представляет собой по сути дестабилизирующий фактор, т. е. возмущение для функционирования электрогенератора. Почему? Итак, электрогенератор с изменяющейся активной нагрузкой будем использовать как имитатор объекта стабилизации, на который действует я в н о е возмущение – изменяемая активная нагрузка . Все остальные возмущения (Какие?) действуют на объект стабилизации не явно.

Для обеспечения функционирования объекта стабилизации – электрогенератора необходим исполнительный орган (ИО), обеспечивающий вращение рабочего механизма (РМ) с заданной угловой скоростью. В качестве исполнительного органа используем электродвигатель постоянного тока СЛ – 267, входящий в состав электромеханического блока и соединенный с РМ (электрогенератором) муфтой.

Для измерения стабилизируемой величины рабочего механизма (электрогенератора) – угловой скорости вращения будем использовать в качестве датчика (Д) тахогенератор, преобразующий угловую скорость в соответствующее изменение напряжения постоянного тока – .

Функциональную схему объекта автоматической стабилизации можно представить в таком виде:

Здесь – напряжение на якорную обмотку электродвигателя, ; – угловая скорость рабочего механизма, ; – напряжение с тахогенератора, ; – не измеряемые возмущения; – электрическая энергия.

Итак, в соответствии со вторым этапом блок-схемы сформировали физический стендовый объект автоматической стабилизации угловой скорости РМ.

Третий этап процесса синтеза связан с изучением устройства, принципа действия и построения различных моделей ОАС. Устройство ОАС представляет собой по сути устройство электромеханического блока лабораторного стенда. В электромеханическом блоке использованы электродвигатели СЛ – 267. Устройство электродвигателя серии СЛ представлено в лекции №2 и там же описан принцип действия, который мы уже изучали. На практических и лабораторных занятиях были изучены устройство, принцип действия, а также получены статические, временные и частотные характеристики электромеханического блока, отражающие его функциональные и преобразовательные особенности относительно управляющего воздействия и возмущающего воздействия . На основании этих знаний можно перейти к построению самых удобных и совершенных для последующего исследования моделей – математических.

СОВЕТ ЛАО - ЦЗЫ

:

Будьте внимательны к своим мыслям – – они начало поступков.

Дата добавления: 2014-01-20