Принципы построения и функционирования САР

Принципы построения и функционирования САР рассмотрим с использованием функциональных структурных схем. Эти схемы состоят из элементов согласно выполняемым ими функциям: ОР – объект регулирования; ИУ – исполнительное устройство; У – усилительно-преобразовательное устройство; ЗУ – задающее устройство; ИО_v, ИО_y – измерительные органы возмущения v и регулируемой величины y; СЭ – суммирующий элемент; УР – узел разветвления.

Стрелками показывают направления передачи воздействий (сигналов): х – задающее (входное); u – управляющее; y~y₁ – регулируемая величина; v~v₁ – возмущение; x_р – от регулятора на ИУ.

Для исключения человека-оператора из контура регулирования применяют САР.

По принципу построения САР, применяемые в ЭЭС, делятся на следующие виды:

· разомкнутые (или САР по возмущению, или системы компенсации);

· замкнутые (или САР по отклонению регулируемой величины, или с главной обратной связью);

· комбинированные, использующие оба предыдущие принципы;

· адаптивные (самонастраивающиеся, экстремальные, обучающиеся и др.).

На рис.1.1,б показана функциональная схема разомкнутой САР. Разомкнутой – так как отсутствует контроль значения регулируемой величины, которое получается в результате управления. Автоматическое изменение управляющего воздействия u происходит при изменении возмущения v – поэтому «САР по возмущению». При соответствующей настройке ИО_v и У можно изменением u частично компенсировать влияние v на y, поэтому – система компенсации. С целью упрощения устройства обычно стремятся компенсировать только главные возмущения.

Недостаток разомкнутых систем – низкая точность поддержания заданного значения регулируемой величины из-за: отсутствия контроля второстепенных возмущений и трудности согласования нелинейных характеристик регулятора и объекта регулирования .

Рис.1.1. Функциональные схемы систем регулирования:

а – ручная дистанционная;

б – разомкнутая;

в – замкнутая;

г – комбинированная

Достоинства: высокое быстродействие и отсутствие проблемы устойчивости регулирования.

На рис.1.1,в показана функциональная схема замкнутой САР, в которой управляющее воздействие и автоматически изменяется при отклонении регулируемой величины y от заданного значения. Действительно, при постоянном задающем воздействии . Это означает, что при отклонении регулируемой величины в любую сторону по любой причине управляющее воздействие автоматически изменяется так, чтобы препятствовать изменению регулируемой величины, так как ∆u и ∆y имеют разные знаки. Легко показать, что линейная замкнутая САР в конце процесса регулирования обеспечивает статическую ошибку

,

где ∆y₀ – отклонение регулируемой величины при отсутствии регулятора; – произведение коэффициентов усиления всех элементов в контуре регулирования (ИО_y, У, ИУ, ОР).

Если в состав У или ИУ входит интегрирующее звено, то регулирование прекратится, когда «рассогласование» . Поскольку , то , следовательно и .Такое регулирование (без статической ошибки) называют астатическим.

Контроль значения регулируемой величины осуществляется с помощью главной обратной связи ИО_y, обеспечивающей сравнение регулируемой величины с задающим воздействием.

Достоинство замкнутых САР – высокая точность поддержания заданного значения регулируемой величины при действии любых рабочих возмущений и при нестабильности характеристик объекта, если обеспечить .

Недостаток – возникновение неустойчивости регулирования (неработоспособность) при . Критическое значение зависит от соотношения постоянных времени всех элементов в контуре регулирования. Также замкнутые САР имеют меньшее быстродействие, чем разомкнутые, поскольку реагируют на ∆y, появляющееся с задержкой после изменения v.

В комбинированной САР, использующей оба принципа (рис.1.1,г), достоинства обеих САР сохраняются, а недостатки существенно уменьшаются.

Адаптивные (приспосабливающиеся) системы обеспечивают высокое качество управления, в т.ч. регулирования, при отсутствии достаточно полной априорной информации о характеристиках и условиях работы системы или в условиях неопределенности. Эти системы используют рабочую информацию для контролируемого изменения своей структуры, параметров, управляющих воздействий. К адаптивным системам относятся: самонастраивающиеся (СНС), экстремальные (ЭСР), обучающиеся и др.