1.3. Примеры систем автоматического управления

Пример 1. Система «Самолет – автопилот» (рис. 1.2). Здесь корпус самолета 1 является регулируемым объектом, гироскоп 2 с потенциометрической схемой служит измерительным устройством. Далее идут усилитель 3, двигатель 4 с редуктором 5 (рулевая машинка) и в качестве регулирующего органа - руль 6.

Рис. 1.2

Гироскоп сохраняет неизменное направление в пространстве. Поэтому при отклонении самолёта на угол ∆ψ от заданного кур­са ψ₀ движок, связанный с гироскопом, смещается с нулевой точки. В результате на усилитель подаётся напряжение, пропорциональное углу отклонения ∆ψ. Оно приводит в движение исполнительное устройство, состоящее из усилителя 3, рулевой колонки 4 и редуктора 5. При этом вследствие отклонения руля на угол δ самолёт возвратится в требуемое положение.

Очевидно, что если с помощью автопилота надо поддерживать неизменный курс ψ₀ или изменять по заданной програм­ме, то данная система управления будет работать либо в режиме стабилизации постоянной величины, либо в режиме программного регулирования. Если же самолет надо наводить на какую-либо цель, визируемую дополнительным устрой­ством (оптическим или радиолокационным) то данная система управления будет работать как следящая система.

На рис.1.3 изображена функциональная схема рассмотренной системы, которая наглядно показывает взаимодействие элементов и позволяет оценить систему по различным признакам. Для улучшения устойчивости и качества стабилизации в систему вводятся различные корректирующие устрой­ства и местные обратные связи 7.

U_г

U

U_y

ЧЭ

(2)

УЭ

(3)

ИЭ

(4,5)

РО

(6)

РО

(1)

Ψ₀

δ

Ψ

U_oc

ЧЭ(7)

. 1.4.

Рис. 1.3

Пример 2. Система автоматического управления напряжением генератора постоянного тока. Принципиальная схема изображена на рис. 1.4.

Рис.1.4

Система работает следующим образом. Напряжение обратной связи U_oc, пропорциональное регулируемой величине – напряжению генератора U_г , сопоставляется с напряжением сравнения. Разность U_ср - U_ос поступает на вход электронного усилителя У, питающего обмотку управления ОУ электромашинного усилителя (ЭМУ), являющегося возбудителем генератора Г. Для повышения динамической устойчивости системы в ней предусмотрена стабилизирующая местная обратная связь по напряжению ЭМУ, осуществляемая при помощи конденсатора С и резистора R_с. Величина главной обратной связи устанавливается делителем R_о.

При разделении системы автоматического управления на функциональные элементы (рис.1.5) генератор будем рассматривать как регулируемый объект РО. На него действует напряжение возбуждения U_{вг ,} являющееся регулирующим воздействием, и возмущающее воздействие – ток нагрузки I_H.

Регулируемая величина U_г преобразуется в напряжение U_ос элементом главной обратной связи ГОС и сравнивается с напряжением U_ср при помощи элемента сравнения ЭС, который в данном случае является электрическим соединением.

Стабилизирующий контур СR_с представим как элемент местной обратной связи (MОC), входной величиной которого является напряжение усилителя U_у, а входной – напряжение U_о, вычитаемое из основного сигнала U_ср - U_ос.

U_Вг

U_г

U_oc

I_H

чэ

ГОС

МОС

U_cp

U_cp-U_oc

U_y

У

ИЭ

РО

U₀

U_Г

Рис. 1.5

Пример 3. Система автоматического регулирования скорости двигателя постоянного тока. Из рассмотрения принципиальной схемы системы управления (рис. 1.6.) видно, что скорость вращения двигателя преобразуется с помощью тахогенератора ТГ в напряжение обратной связи U_ос , сравниваемое с задающим напряжением U_з , изменяя которое можно задавать различную скорость двигателя. Разность U_з–U_ос суммируется с напряжением U_о МОС, получаемым для повышения динамических свойств системы в стабилизирующем контуре R_оС_о , и подается на вход усилителя постоянного тока. При отсутствии сигнала на входе усилителя токи I_у1 и I_у2 равны между собой и результирующая МДС управления ЭМУ равна 0. Электромашинный усилитель нагружен на ОВ генератора, работающего на двигатель постоянного тока с независимым возбуждением по схеме генератор – двигатель.

Рис.1.6

Функциональная схема САУ скорости двигателя постоянного тока представлена на рис. 1.7.

В соответствии со схемой рассмотренная система представляет собой двухконтурную, одноконтурную, астатическую систему стабилизации непрерывного действия.

Пример 4. Следящая система с асинхронным двухфазным двигателем. Принципиальная схема системы изображена на рис 1.8.

Рис. 1.8

Ф

U_в

U_в

Q_вых

ункциональная схема, составленная по принципиальной, показана на рис. 1.9. Входная и выходная оси следящей системы связаны соответственно с движками задающего потенциометра П1 и потенциометра П2. Разность снимаемых с них напряжений, пропорциональная ошибке Q = Q_вх–Q_вых, суммируется алгебраически с напряжением U_о отрицательной обратной связи от асинхронного тахогенератора ТГ и поступает на вход усилителя, выход которого через выходной трансформатор TV соединен с обмоткой управления ОУД асинхронного двигателя Д.

УЭ

ИЭ

Q_вх

Р

U₀

Q_вых

ТГ

Рис. 1.9