Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Аэрокосмический институт

Кафедра управления и информатики в технических системах

Контрольная работа

по дисциплине «Технические средства управления»

Оренбург, 2022



Оглавление

• 1. Системы автоматического контроля. Назначение и состав 3
• 1.1 Цели и задачи автоматизации 3
• 1.2 Автоматизация измерительного процесса 5
• 1.3 Схема процесса измерения и ее анализ с точки зрения автоматизации 7
• 1.4 Процесс контроля и возможности его автоматизации 9
• 1.5 Измерительные преобразователи 11
• 1.6 Классификация измерительных преобразователей 12
• 1.7 Коммутация измерительных сигналов 19

2. Обратная связь, способы определения статических характеристик звеньев автоматики, охваченных обратной связью 22

3. Практическая часть 34

Список использованных источников 36



1. Системы автоматического контроля. Назначение и состав

1.1 Цели и задачи автоматизации

Под термином «автоматизация» понимается совокупность методических, технических и программных средств, обеспечивающих проведение процесса измерения без непосредственного участия человека. Автоматизация является одним из основных направлений научно-технического прогресса.

Цели автоматизации:

Научные:

- Повышение эффективности и качества научных результатов за счет более полного исследования моделей.

- Повышение точности и достоверности результатов исследований за счет оптимизации эксперимента.

- Получение качественно новых научных результатов, невозможных без ЭВМ.

Технические:

- Повышение качества продукции за счет повторяемости операций, увеличения числа измерений и получения более полных данных о свойствах изделий.

Экономические:

- Экономия трудовых ресурсов за счет замены труда человека трудом машины.

- Сокращение за трат в промышленности за счет уменьшения трудоемкости работ.

- Повышение производительности труда на основе оптимального распределения работ между человеком и машиной и ликвидации неполной загрузки при эпизодическом обслуживании объекта.

Социальные:

- Повышение интеллектуального потенциала за счет поручения рутинных операций машине.

- Ликвидация случаев занятости персонала операций в нежелательных условиях.

Самым мощным средством в интенсификации труда практически во всех сферах человеческой деятельности является широкое применение средств вычислительной техники.

Обобщенная структурная схема СИ, присущая любому измерительному прибору, устройству, системе, приведена на рисунок 1.

Рисунок 1 - Обобщенная структурная схема средств измерений

При автоматизации сбора измерительной информации необходимо обеспечить:

- унификацию выходных сигналов измерительных преобразователей;

- программно-управляемую коммутацию сигналов на общий канал связи;

- автоматический выбор диапазонов измерений.

При автоматизации операций измерительной цепи (канала) необходимо обеспечить:

- прием информации;

- фильтрацию;

- усиление;

- аналого-цифровое преобразование.

При автоматизации передачи информации в ЭВМ необходимо обеспечить:

- согласование измерительной цепи с информационной магистралью вычислительной устройства (интерфейс).

Интерфейс определяет формат передаваемой и принимаемой информации, уровни сигналов, организацию управляющих сигналов и т.д.

Автоматизация обработки измерительной информации предполагает:

- включение в измерительную цепь вычислительных средств (серийно выпускаемых ЭВМ);

- разработку специализированных средств на базе микропроцессорных средств.

1.2 Автоматизация измерительного процесса

Необходимость измерения огромного количества разнообразных физических величин потребовала разработки средств измерений, позволяющих получать необходимую информацию без непосредственного участия человека, т.е. выполняющих измерения автоматически.

Автоматизация позволяет обеспечить:

- сбор измерительной информации в местах, недоступных для человека;

- длительные, многократные измерения;

- одновременное измерение большого числа величин;

- измерение параметров быстропротекающих процессов;

измерения, характеризующиеся большими массивами информации и сложными алгоритмами ее обработки.

Следует различать полную и частичную автоматизацию. Процесс измерения, при котором обратная связь управления осуществляется без участия человека, называется автоматическим. Если оператор является одним из звеньев в цепи получения измерительной информации - речь идет об автоматизированных измерениях.

Автоматизация измерений не принижает роль исследователя, инженера или техника, планирующих и использующих результаты измерений. Наоборот, она повышает производительность их труда, требует от них более высокого уровня знаний не только средств измерений но и тех задач, которые решаются при приеме и обработке измерительной информации, умения заложить оптимальную программу измерений и дать правильное толкование результатов измерения.

Автоматические средства измерений в процессе своего развития прошли ряд этапов становления.

На первом этапе развития автоматизации подвергались лишь средства сбора измерительной информации и ее регистрации на аналоговых индицирующих и регистрирующих устройствах. Обработку результатов измерений и выработку соответствующих решений и исполнительных команд осуществлял оператор. В подобных системах управления объектом средства измерений представляли собой набор отдельных измерительных приборов. В результате при измерении большого числа параметров объекта оператор был не в состоянии охватить всю полученную информацию и принять оптимальное решение по управлению объектом. Это приводило к расширению штата обслуживающего персонала, к снижению надежности и качества управления и возрастанию эксплуатационных расходов.

На втором этапе все возрастающие требования к средствам измерений, обусловленные интенсификацией потоков измерительной информации, привели к созданию информационно - измерительных систем. В отличие от измерительного прибора информационно - измерительная система обеспечивает измерение большого количества параметров объекта и осуществляет автоматическую обработку получаемой информации с помощью встроенных в систему вычислительных средств. В задачу оператора системы управления теперь стали входить только принятие решений по результатам измерений и выработка команд управления. Централизованный сбор информации и ее обработка с помощью средств вычислительной техники резко повысило производительность труда, но не освободило его от ответственности за управление объектом, обслуживаемого системой.

На третьем этапе развития появились информационно-управляющие системы и информационно - вычислительные комплексы, в которых осуществляется полный замкнутый цикл обращения информации от ее получения до обработки, принятия соответствующих решений и выдачи команд управления на объект без участия оператора. Главное достоинство таких систем заключается в том, что алгоритм работы систем стал программно-управляемым, легко перестраиваемым при изменении режимов работы или условий эксплуатации объекта. Труд оператора сводится к диагностике состояния системы управления, разработке методик измерения и программ функционирования. Выделение этапов развития СИ является приближенным и зависит от тех направлений науки и техники, в которых исследуются вопросы применения измерительной техники. автоматизация измерительный преобразователь сигнал

1.3 Схема процесса измерения и ее анализ с точки зрения автоматизации

Типовая схема автоматизированных измерений изображена на рис. 3.1. Объектом измерения может быть некоторый процесс, явление или устройство. Измеряемые величины воспринимаются датчиками, с выходов которых электрические сигналы поступают на коммутатор. Коммутатор повышает коэффициент использования измерительной установки при многоканальных измерениях. Опрос датчиков может быть циклическим (параметры однородны и стационарны), программным (параметры стационарны, но неоднородны) или адаптивным (параметры нестационарны).

Электрический сигнал с выбранного коммутатором датчика преобразуется в цифровой код в АЦП. Интерфейс обеспечивает сопряжение измерительного канала с ЭВМ. Далее измерительная информация подвергается обработке по заданной программе в ЭВМ и представляется в удобной форме на экране дисплея или отпечатанной на бумаге. База данных (БД) предназначена для хранения необходимой измерительной и справочной информации.

Рисунок 2- Обобщенная структурная схема процесса автоматизированного измерения

ЦАП используется для двух целей: представление результатов измерений в аналоговой форме с дальнейшим их преобразованием в графическую форму и преобразования команд ЭВМ в аналоговые сигналы с целью управления объектом измерений. Канал управления позволяет активно воздействовать на объект (нагревать, охлаждать, облучать, деформировать, перестраивать), следя одновременно за реакцией его на эти воздействия. Наличие ЭВМ позволяет производить вычислительный эксперимент.



1.4 Процесс контроля и возможности его автоматизации

Процесс контроля сводится к проверке соответствия объекта установленным техническим требованиям. Сущность контроля (ГОСТ 1650 - 81) заключается в проведении двух основных операций:

- получение информации о фактическом состоянии объекта, о признаках и показателях его свойств (первичная информация);

- сопоставление первичной информации с заранее установленными требованиями, нормами, критериями ( вторичная информация).

Заранее установленные требования к объекту контроля могут быть представлены в виде образцового изделия или в виде перечня определенных параметров и их значений с указанием полей допуска.

Граничные значения областей состояния контролируемого параметра называют нормами.

Рисунок 4- Обобщенная структурная схема системы автоматического контроля

Отличие измерения и контроля состоит в том, что при измерении измеряемую величину сравнивают с единицей определенной физической величины с целью получения количественной информации, а при контроле физический параметр сравнивают с его нормой с целью определения отклонений данного параметра (качественная характеристика объекта - “годен”-“не годен”).

Совокупность технических средств, с помощью которых выполняются операции автоматического контроля, называются системами автоматического контроля (САУ). Данные системы являются одним из основных звеньев САУ и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).

Подсистема коммутации и связи - служит для непосредственного подключения системы к объекту контроля. Она может осуществляться с помощью проводных или кабельных линий, либо использования высокочастотного радиоканала. В состав подсистемы входят устройства коммутации контролируемых и стимулирующих сигналов.

Подсистема ИП и генераторов испытательных воздействий - содержит преобразователи различных физических величин, нормализаторы их выходных сигналов в унифицированные электрические сигналы, а также генераторы испытательных сигналов, формирующие воздействия на объект контроля.

Подсистема согласующих преобразователей - состоит из преобразователей унифицированных аналоговых сигналов в код (АЦП - для сигналов напряжения, тока и частотно-цифровые - для частотных сигналов) и обратных преобразователей «код - аналог» для формирования испытательных воздействий.

Операционная подсистема - представляет собой специализированную ЭВМ, которая может быть выполнена на микропроцессорных комплексах БИС.

Подсистема ввода - вывода - включает устройства, обеспечивающие связь оператора с системой (пульт управления, дисплей, электрические пишущие машины и др.), устройства регистрации информации, внешние долговременные запоминающие устройства, а также средства подготовки и ввода программ, например, программ управления ЭВМ ( загрузчики, ассемблеры, редакторы, монитор и т.д.).

Принципы сопряжения ЭВМ с другими подсистемами основаны на применении стандартных каналов передачи данных.

Базовые элементы технического обеспечения автоматических систем измерений и контроля.

1.5 Измерительные преобразователи

Измерительный преобразователь (ИП) - техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований или передачи (РМГ 29-99).

В зависимости от назначения ИП делятся на масштабные, служащие для изменения значения величины в заданное число раз, и преобразователи рода величины: преобразователи электрических величин в электрические величины (электрическая величина - в цифровой код; напряжение - в частоту); неэлектрических величин в электрические (терморезисторы, термопары, тензодатчики); магнитных величин в электрические (индукционные, гальванометрические преобразователи); электрических величин в неэлектрические (измерительные механизмы электромеханических приборов). По месту, занимаемому в измерительной цепи, ИП делятся на первичные, промежуточные и т. д. На первичный ИП непосредственно воздействует измеряемая физическая величина (ФВ).

Рисунок 5- Измерительная цепь



Конструктивно ИП выполняются либо в виде отдельных блоков, либо являются составной частью СИ.

1.6 Классификация измерительных преобразователей

Измерительные преобразователи классифицируют по роду измеряемой ФВ (температуры, давления, влажности и др.) и по выходной величине (генераторные, параметрические).

Выходным сигналом генераторных датчиков является ЭДС, напряжение, ток или электрический заряд, функционально связанные с измеряемой величиной. В параметрических преобразователях выходной величиной является изменение параметра электрической цепи (R, L, C).

Генераторные измерительные преобразователи:

1) Термоэлектрические преобразователи (термопары);

2) Пьезоэлектрические преобразователи.

Параметрические измерительные преобразователи

1) Термометры сопротивления;

2) Тензочувствительные преобразователи (тензорезисторы);

3) Индуктивные преобразователи.

Операционные усилители.

Операционный усилитель (ОУ) - это дифференциальный усилитель постоянного тока с очень большим коэффициентом усиления. Для усилителя напряжения передаточная функция (коэффициент усиления) определяется выражением

Для упрощения конструкторских расчетов предполагается, что идеальный ОУ имеет следующие характеристики.

1. Коэффициент усиления при разомкнутой петле обратной связи равен бесконечности.

2. Входное сопротивление Rd равно бесконечности.

3. Выходное сопротивление R0 = 0.

4. Ширина полосы пропускания равна бесконечности.

5. V0= 0 при V1= V2 (отсутствует напряжение смещения нуля).

Последняя характеристика очень важна. Так как

V1-V2 = V0 / А,

то если V0 имеет конечное значение, а коэффициент А бесконечно велик (типичное значение 100000) будем иметь

V1- V2 = 0 и V1= V2.

Поскольку входное сопротивление для дифференциального сигнала(V1 - V2) также очень велико, то можно пренебречь током через Rd .Эти два допущения существенно упрощают разработку схем на ОУ.

Правило1. При работе ОУ в линейной области на двух его входах действуют одинаковые напряжения.

Правило2. Входные токи для обоих входов ОУ равны нулю.

Рассмотрим базовые схемные блоки на ОУ. В большинстве этих схем ОУ используется в конфигурации с замкнутой петлей обратной связи.

Усилитель с единичным коэффициентом усиления (повторитель напряжения).

Если в неинвертирующем усилителе положить Ri равным бесконечности, а Rf равным нулю, то мы придем к схеме, изображенной на рис. 4.2.



Рисунок 6- Усилитель с единичным коэффициентом усиления

Согласно правилу 1, на инвертирующем входе ОУ тоже действует входное напряжение Vi, которое непосредственно передается на выход схемы. Следовательно,

V0 = Vi,

и выходное напряжение отслеживает (повторяет) входное напряжение. У многих аналого-цифровых преобразователей входное сопротивление зависит от значения аналогичного входного сигнала. С помощью повторителя напряжения обеспечивается постоянство входного сопротивления. автоматизация измерительный преобразователь звено

Сумматоры.

Инвертирующий усилитель может суммировать несколько входных напряжений. Каждый вход сумматора соединяется с инвертирующим входом ОУ через взвешивающий резистор. Инвертирующий вход называется суммирующим узлом, поскольку здесь суммируются все входные токи и ток обратной связи. Базовая принципиальная схема суммирующего усилителя представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Базовая принципиальная схема суммирующего усилителя

Как и в обычном инвертирующем усилителе, напряжение на инвертирующем входе должно быть равно нулю, следовательно, равен нулю и ток, втекающий в ОУ. Таким образом

if = i₁ + i₂ + . . . + i_n

Так как на инвертирующем входе действует нулевое напряжение, то после соответствующих подстановок, получаем

Резистор Rf определяет общее усиление схемы. Сопротивления R1, R2, . . . Rn задают значения весовых коэффициентов и входных сопротивлений соответствующих каналов.

Интеграторы.

Интегратор - это электронная схема, которая вырабатывает выходной сигнал, пропорциональный интегралу (по времени) от входного сигнала.

Рисунок 8-Принципиальная схема аналогового интегратора

На рисунке 8 показана принципиальная схема простого аналогового интегратора. Один вывод интегратора присоединен к суммирующему узлу, а другой - к выходу интегратора. Следовательно, напряжение на конденсаторе одновременно является выходным напряжением. Выходной сигнал интегратора не удается описать простой алгебраической зависимостью, поскольку при фиксированном входном напряжении выходное напряжение изменяется со скоростью, определяемом параметрами V_i ,R и C. Таким образом, для того, чтобы найти выходное напряжение, нужно знать длительность действия входного сигнала.

Напряжение на первоначально разряженном конденсаторе

где i_f - через конденсатор и t_i - время интегрирования. Для положительного V_i имеем i_i = V_i/R. Поскольку i_f = i_i , то с учетом инверсии сигнала получаем

Из этого соотношения следует, что V0 определяется интегралом (с обратным знаком) от входного напряжения в интервале от 0 до t1 , умноженным на масштабный коэффициент 1/RC. Напряжение Vic - это напряжение на конденсаторе в начальный момент времени (t = 0).

Дифференциаторы.

Дифференциатор вырабатывает выходной сигнал, пропорциональный скорости изменения во времени входного сигнала. На рисунке 9 показана принципиальная схема простого дифференциатора.

Рисунок 9 Принципиальная схема дифференциатора

Ток через конденсатор

.

Если производная . положительна, ток i_i течет в таком направлении, что формируется отрицательное выходное напряжение V₀.

Таким образом

.

Этот метод дифференцирования сигнала кажется простым, но при его практической реализации возникают проблемы с обеспечением устойчивости схемы на высоких частотах. Не всякий ОУ пригоден для использования в дифференциаторе. Критерием выбора является быстродействие ОУ: нужно выбирать ОУ с высокой максимальной скоростью нарастания выходного напряжения и высоким значением произведения коэффициента усиления на ширину полосы. Хорошо работают в дифференциаторах быстродействующие ОУ на полевых транзисторах.

Компараторы.

Компаратор - это электронная схема, которая сравнивает два входных напряжения и вырабатывает выходной сигнал, зависящий от состояния входов. Базовая принципиальная схема компаратора показана на рисунок 10.

Рисунок 10- Принципиальная схема компаратора



Как видим, здесь ОУ работает с разомкнутой петлей обратной связи. На один из его входов подается опорное напряжение, на другой - неизвестное (сравниваемое) напряжение. Выходной сигнал компаратора указывает: выше или ниже уровня опорного напряжения находится уровень неизвестного входного сигнала. В схеме на рисунке 10 опорное напряжение V_r подается на не инвертирующий вход, а на инвертирующий вход поступает неизвестный сигнал V_i .

При

V_i > V_r

на выходе компаратора устанавливается напряжение

V₀ = -V_r (отрицательное напряжение насыщения).

В противоположном случае получаем

V₀ = +V_r

Можно поменять местами входы - это приведет к инверсии выходного сигнала.

1.7 Коммутация измерительных сигналов

В информационно-измерительной технике при реализации аналоговых измерительных преобразований часто приходится осуществлять электрические соединения между двумя и более точками измерительной схемы с целью вызвать необходимый переходный процесс, рассеять запасенную реактивным элементом энергию (например, разрядить конденсатор), подключить источник питания измерительной цепи, включить ячейку аналоговой памяти, взять выборку непрерывного процесса при дискретизации и т. д. Кроме того, многие измерительные средства осуществляют измерительные преобразования последовательно над большим числом электрических величин, распределенных в пространстве. Для реализации сказанного используются измерительные коммутаторы и измерительные ключи.

Измерительным коммутатором называется устройство, которое преобразует пространственно разнесенные аналоговые сигналы в сигналы, разделенные во времени, и наоборот.

Аналого-цифровое преобразование.

Аналого-цифровое преобразование составляет неотъемлемую часть измерительной процедуры. В показывающих приборах эта операция соответствует считыванию числового результата экспериментатором. В цифровых и процессорных измерительных средствах аналого-цифровое преобразование выполняется автоматически, а результат либо поступает непосредственно на индикацию, либо вводится в процессор для выполнения последующих измерительных преобразований в числовой форме.

Методы аналого-цифрового преобразования в измерениях разработаны глубоко и основательно и сводятся к представлению мгновенных значений входного воздействия в фиксированные моменты времени соответствующей кодовой комбинацией (числом). Физическую основу аналого-цифрового преобразования составляет стробирование и сравнение с фиксированными опорными уровнями. Наибольшее распространение получили АЦП поразрядного кодирования, последовательного счета, следящего уравновешивания и некоторые другие. К вопросам методологии аналого- цифрового преобразования, которые связаны с тенденциями развития АЦП и цифровых измерений на ближайшие годы относятся, в частности:

- устранение неоднозначности считывания в наиболее быстродействующих АЦП сопоставления, получающих все большее распространение с развитием интегральной технологии;

- достижение устойчивости к сбоям и улучшение метрологических характеристик АЦП на основе избыточной системы счисления Фибоначчи;

- применение для аналого-цифрового преобразования метода статистических испытаний.



2. Обратная связь, способы определения статических характеристик звеньев автоматики, охваченных обратной связью

Обратная связь.

Обратная связь в технике -- это процесс, приводящий к тому, что результат функционирования какой-либо системы влияет на параметры, от которых зависит функционирование этой системы. Другими словами, на вход системы подаётся сигнал, пропорциональный её выходному сигналу (или, в общем случае, являющийся функцией этого сигнала). Часто это делается преднамеренно, чтобы повлиять на динамику функционирования системы.

Различают положительную и отрицательную обратную связь. Отрицательная обратная связь изменяет входной сигнал таким образом, чтобы противодействовать изменению выходного сигнала. Это делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров. Положительная обратная связь, наоборот, усиливает изменение выходного сигнала. Системы с сильной положительной обратной связью проявляют тенденцию к неустойчивости, в них могут возникать незатухающие колебания, то есть система становится генератором.

Статические характеристики соединений звеньев.

Многие звенья САР по своей конструкции являются направленными, т. е. воздействия в них передаются только в одном направлении. Ниже рассматриваются звенья направленного действия. Наиболее употребительными соединениями звеньев являются: параллельное, последовательное и охват звена жесткой обратной связью. Параллельное соединение звеньев. При параллельном соединении звеньев входные координаты всех звеньев равны, а выходные суммируются (рисунок 11).

Рисунок 11- Параллельное соединение звеньев

Для построения статической характеристики параллельных звеньев необходимо в одной системе координат с одинаковым масштабом построить статические характеристики отдельных звеньев и сложить их ординаты (рисунок 12).

Рисунок 12 Построение статической характеристики системы из трех параллельно соединенных звеньев с нелинейными характеристиками

При линейных статических характеристиках:

Статический коэффициент передачи параллельно соединенных звеньев равен сумме коэффициентов передачи отдельных звеньев:

Последовательное соединение звеньев. При последовательном соединении направленных звеньев выходные координаты предыдущего звена являются входными координатами последующего. Для построения результирующей характеристики строятся отдельные характеристики в разных квадрантах. Наиболее простым является построение в случае трех звеньев (рис. 1.36).В первом квадранте построена статическая характеристика

Х_ных = }(ХвхО

первого звена, во втором квадранте построена характеристика второго звена, в третьем - третьего. Зададимся некоторым значением Хвх1 (точка 1), ему соответствует Х_вых, которое равно Х_ВХ2 и т. д. При последовательном соединении более трех звеньев сначала проводится их комбинация по три, находятся характеристики групп по три звена в каждой и аналогичным способом находится затем уже характеристика соединения.

Рисунок 13-. Последовательное соединение звеньев (а); построение статической характеристики системы из трех последовательно соединенных нелинейных звеньев (б)

При последовательном соединении линейных звеньев (частный случай):

результирующая характеристика



Таким образом, в случае последовательного соединения линейных звеньев коэффициент передачи системы К равен произведению коэффициентов передач отдельных звеньев:

Охват звена жесткой обратной связью.

Обратной связью называется такое устройство, при помощи которого часть выходного сигнала передается на вход данного звена (или одного из предыдущих звеньев).Когда передаваемое обратной связью воздействие зависит только от выходной величины и не зависит от времени, обратная связь называется жесткой.

Рисунок 14. Схема звена, охваченного обратной связью:

I - охватываемое звено; II - звено обратной связи

Согласно схеме (рисунок 14 часть выходного сигнала звена I подается на его вход через звено II. Пусть статическая характеристика охватываемого звена (без обратной связи)

Х_вых = / (Л^)



и статическая характеристика обратной связи

Х_ос = (р (Х_вых).

Тогда статическая характеристика звена запишется:

Знак «+» - при положительной обратной связи; «-» - при отрицательной. В системах регулирования по отклонению регулятор, подключенный к объекту, образует отрицательную обратную связь, поскольку он стремится противодействовать возмущающему воздействию. На рис. 15 показано построение статической характеристики звена при отрицательной обратной связи.

Рисунок 15 - Построение статической характеристики звена, охваченного э/сесткой отрицательной обратной связью

В первом квадранте строится статическая характеристика охватываемого звена I, во втором - характеристика звена обратной связи И. Результирующая характеристика III строится в первом квадранте.

Для построения статической характеристики звена запишем уравнение сумматора:

Х_вх = Х'_вх-Х_ос,

или

Х_вх = Х_вх + Х

Отсюда вытекает и правило построения суммарной характеристики: задаемся выходной величиной звена - точка 1, по ней находим Х_вх - точка 2 и Хос - точка 3;к отрезку 1-2 прикладываем отрезок 2-4, равный 1-3, точка 4 является результирующей и т. д. Отрицательная обратная связь (ООС) делает результирующую характеристику более пологой, чем исходная, уменьшает коэффициент передачи звена. Рассмотрим статическую характеристику звена при положительной обратной связи (ПОС). На рис. 1.39 показано построение статической характеристики звена при ПОС. Характеристики охватываемого звена I и звена обратной связи II (рис. 1.37) рисуются в одном (первом) квадранте. Для ПОС уравнение сумматора

Х_вх = Х_вх + Х^

или

Х_вх = X_HX-X_iK.

Отсюда почти аналогичное, как и при отрицательной обратной связи, построение характеристики: точка 2 результирующей характеристики определяется как разность отрезков (0-3) минус (0-1) и т. д.

Рисунок 16- Построение статической характеристики звена, охваченного жесткой положительной обратной связью



Положительная обратная связь делает результирующую характеристику более крутой, увеличивает коэффициент передачи. Рассмотрим приведенные два случая для линейных звеньев:

Хвых = коХ_вх и Хос = к_0СХвых,

где к₀ - коэффициент передачи охватываемого звена.

Результирующая характеристика

Х_шх = коХ_вх = к₀()С_вх ± ко_СХ_ВЬ1Х).

Здесь знак минус относится к ПОС, знак плюс - к ООС. Коэффициент передачи звена с обратной связью:

ПОС увеличивает коэффициент передачи, ООС - уменьшает. Статическая характеристика замкнутой системы регулирования. Любая схема регулятора в системе регулирования одной величины может быть приведена к схеме, показанной на рис. 1.40 (комбинированная САР).Примем звенья приведенной САР с линейными характеристиками. На схеме регулятор представлен в виде двух частей: часть Rq, реагирующая на нагрузку q, и часть Rx, реагирующая на отклонение регулируемой величины х; у и и - выходные величины регуляторов. Регулирующее воздействие z - - у + и. Статические характеристики объекта представлены семейством кривых I (рисунок 18); кривая Доесть кривая холостого хода объекта (при q = 0).



Рисунок 17- Обобщенная схема комбинированной САР: О - объект регулирования: q - нагрузка на объект: z - регулирующее воздействие (перемещение регулирующего органа)

Статическая характеристика регулятора по отклонению (при отсутствии каната воздействия по нагрузке) показана линией д₀ в семействе кривых II. Это падающая кривая, т. к. ООС (при возрастании х, z уменьшается).Точки пересечения этой кривой с характеристиками объекта дают значения х при различных нагрузках, устанавливающихся в системе регулирования только по отклонению.

Рисунок 18-Построение статической характеристики замкнутой системы регулирования

Рисунок 19- Статические характеристики регулятора по нагрузке

При одновременной работе обоих регуляторов и нагрузке q Ф О (например, q = q 1) характеристика сместится вправо (на значение U). Таким образом получим семейство характеристик комбинированного регулятора для разных значений нагрузки q. Статическая характеристика системы комбинированного регулирования проходит через точки пересечения ( А, А2 и т. д.) семейства кривых регулятора II и семейства кривых объекта I. При соответствующем подборе характеристик ее можно сделать горизонтальной прямой, параллельной оси z. То есть при наличии регулятора по нагрузке характеристика регулирования может быть получена такой же, что и в системе астатического регулирования. Рассмотрим статическую характеристику всей системы, когда вес звенья линейные (линейная замкнутая САР).Воспользуемся относительными координатами, т. е. х, у и z будем рассматривать в обозначениях, вводя

где (р - регулируемая величина, // - регулирующее воздействие, v - нагрузка в безразмерной записи (в относительных единицах), лг_н, z,„ q„ взяты в качестве базовых, номинальных значений. В этом случае:

- статическая характеристика объекта

где А Го-статический коэффициент передачи объекта;

- статическая характеристика регулятора по отклонению

где К_Р - статический коэффициент передачи регулятора, т. е. регулирующее воздействие прямо пропорционально регулируемой величине (но отрицательная обратная связь);

- статическая характеристика регулятора по нагрузке

где К_н - статический коэффициент передачи регулятора по нагрузке (положительная обратная связь).

Общее регулирующее воздействие

Из уравнений (находим (р - уравнение статической характеристики комбинированной САР:

При К_н - 1 регулируемая величина (р не зависит от нагрузки, т. е. имеем астатическую систему.

При К„ = 0, г. е. нет регулятора по нагрузке, имеем статическую характеристику системы по отклонению:

И здесь подтверждается условие для статической САР: с увеличением нагрузки регулируемая величина уменьшается.

Определим статизм системы. Относительное уменьшение регулируемой величины при изменении нагрузки на номинальную величину, т. е. при изменении относительной нагрузки на единицу (v = 1), называется статизмом регулирования, или статизмом системы д_с. Тогда или статизм системы:



3. Практическая часть

Задача 1:

Потенциометр типа КСП-4 имеет линейную шкалу длиной 250мм, которая равномерно разбита на 50 делений. Диапазон шкалы прибора от 0 до +500 град.С. Определить цену деления шкалы прибора и его чувствительность.

Определяем размер одного деления:

После определяем цену одного деления:

Рассчитываем чувствительность прибора:

Задача 2:

Определить коэффициент передачи системы:

Если коэффициенты передачи для каждого звена равны:

К₁ = 3, К₂ = 2, К₃ = 1, К₄ = 2.

Находим коэффициент передачи звена K23:

Находим коэффициент передачи звена K123:

Находим коэффициент передачи системы К:



Список использованных источников

1. Автоматизация проектирования систем управления. - М.: Финансы и статистика, 2017. - 208 c.

2. Батков, А. М. Системы телеуправления / А.М. Батков, И.Б. Тарханов. - М.: Машиностроение, 2012. - 192 c.

3. Богуславский, Л. Б. Основы построения вычислительных сетей для автоматизированных систем / Л.Б. Богуславский, В.И. Дрожжинов. - М.: Энергоатомиздат, 2013. - 256 c.

4. Васин, М. Гости из будущего / М. Васин. - М.: Советская Россия, 2017. - 192 c.

5. Воронов, А. А. Основы теории автоматического управления. Часть 2 / А.А. Воронов. - М.: Энергия, 2014. - 372 c.

6. Воронов, А. Элементы теории автоматического регулирования / А. Воронов. - М.: Воениздат, 2015. - 472 c.

7. Деметрович, Я. Автоматизированные методы спецификации / Я. Деметрович, Е. Кнут, П. Радо. - М.: Мир, 2014. - 120 c.

8. Догановский, С. А. Вычислительные устройства в автоматических системах управления по возмущению / С.А. Догановский. - М.: Энергия, 2015. - 312 c.

9. Задачник по теории автоматического управления. - М.: Энергия, 2015. - 496 c.

10. Иващенко, Н. Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем / Н.Н. Иващенко. - М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной и судостроительной литературы, 2015. - 630 c.

11. Калабеков, Б. А. Методы автоматизированного расчета электронных схем в технике связи / Б.А. Калабеков, В.Ю. Лапидус, В.М. Малафеев. - Москва: СПб. [и др.]: Питер, 2017. - 272 c.

12. Клюев, А. С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов / А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский. - М.: Энергия, 2015. - 512 c.

13. Комплектные системы управления электроприводами тяжелых металлорежущих станков / Н.В. Донской и др. - Москва: ИЛ, 2015. - 288 c.

14. Коротков, А. М. Электронные счетчики импульсов. Принципы построения и методы расчета / А.М. Коротков, В.Д. Мочалов. - М.: Энергия, 2015. - 360 c.

15. Кривошеев, Игорь Александрович Модели и методы создания интегрированной информационной системы для автоматизации технической подготовки и управления авиационным и машиностроительным производством / Кривошеев Игорь Александрович. - М.: Машиностроение, 2017. - 2127

Размещено на Allbest.ru

...