Классификация систем автоматического регулирования

Системы автоматического регулирования можно раз­делить по нескольким признакам. Рассмотрим их.

По наличию основной обратной связи САР делятся на замкнутые и разомкнутые системы. Регулирование по принципу отклонения регулируемой величины возможно в том случае, если выход объекта связан со входом регу­лятора. Такие системы называют замкнутыми. Итак, в замкнутых системах регулирующее воздействие зависит от результата его воздействия на объект. Это позволяет повысить точность регулирования. Как видно из схемы (см. Рис. 3 Структурная схема) регулирующее воздействие z зависит от регу­лируемой величины у, так как выход объекта связан со входом регулятора основной обратной связью.

В разомкнутых системах регулирующее воздействие не зависит от результата его воздействия на объект, т.е. от регулируемой величины. Разомкнутые системы, как пра­вило, менее сложны по устройству, чем замкнутые.

Вместе с тем выполняемые ими функции более про­сты, чем функции замкнутых систем.

К разомкнутым системам относятся Классификация систем автоматического регулированиясистемы кон­троля. Такая система (рис. 1) состоит из объекта О, изме­рительного И3 усилительного У элементов и регистри­рующего С устройства.

С помощью этой системы осуществляется контроль за работой установки, и, в случае неисправности последней, оператор воздействует на объект. Таким образом, опера­тор выполняет роль основной обратной связи.

По наличию усиления в линии передачи регулирую­щего воздействия САР делятся на системы прямого и непрямого действия. В системе прямого действия изме­рительный элемент регулятора непосредственно воздей­ствует на регулирующий орган объекта. Если измери­тельный орган не в состоянии развить мощность, доста­точную для быстрого изменения положения регулирую­щего органа, то применяется система непрямого регули­рования, в которой сигнал от измерительного элемента усиливается в усилителе за счет дополнительных источ­ников энергии.

По характеру связи между отдельными элементами САР делятся на системы непрерывного и прерывного регулирования. В системе регулирования непрерывного действия непрерывному изменению входной величины соответствует непрерывное изменение выходных величин всех звеньев. Примером системы непрерывного регули­рования может служить система регулирования уровня воды в емкости, представленная на (Рис. 1 Схема уровня воды). Судовые устройства и системыСистемы регу­лирования, у которых хотя бы в одном элементе наруша­ется непрерывность изменения выходных величин при непрерывном изменении входного воздействия, называ­ются прерывистыми.

В зависимости от того, каким является звено, в кото­ром нарушается непрерывность, эти системы делятся на 2 группы: импульсные и релейные. В импульсных систе­мах в импульсном звене непрерывный сигнал, идущий, как правило, с измерительного элемента, преобразуется в ряд коротких импульсов путем кратковременного под­ключения выхода измерительного элемента, чем удается обеспечить его высокую чувствительность. К импульс­ным системам относятся также системы регулирования, включающие цифровые машины. Релейные системы — это такие, в которых содержатся хотя бы один релейный элемент, преобразующий непрерывное изменение вы­ходной величины в ступенчатый сигнал.

На рис. 2 представлена схема релейного регулятора уровня и релейной САР. По закону функционирования системы делятся на системы стабилизации, следящие, программного регулирования.

Системы стабилизации предназначены для поддержа­ния регулируемых величин в заданных пределах. Наибо­лее широко они распространены в энергетических уста­новках. Эти системы в свою очередь можно подразделить на статические и астатические.

Статическими называются системы, в которых регу­лируемая величина изменяется с изменением входной величины. В качестве входной принимается, как пра­вило, нагрузка. График изменения регулируемой вели­чины y от нагрузки λ называется статической характери­стикой системы регулирования

 (рис. 3).

Для статических систем характеристика имеет вид на­клонной прямой с углом наклона, определяемым произ­водной

. Как правило,

, т.е. статическая характеристика имеет отрицательный статизм. Исходя из требований потребителя или обеспечения оптимальных условий работы объекта регулирования пределы угла на­клона статической характеристики ограничивают не­большими значениями.

 
Предлагается к прочтению: Судовые электростанции на буксирных судах

Если

, то система регулирования называется астатической. Такие системы идеальны с точки зрения обеспечения точности регулируемой величины на уста­новившихся режимах. Однако как будет показано ниже, осуществить устойчивое астатическое регулирование сложнее, поэтому большинство систем регулирования энергетических установок являются статическими. В ка­честве примера статической САР является система регу­лирования уровня в емкости, приведенная на (Рис. 1 Схема уровня воды).

 
Следящей системой автоматического регулирования называется система, которая с допустимой ошибкой вос­производит на выходе входную величину. Регулируемая величина в том случае называется ведомой, а входная величина — ведущей или командным (управляющим) сигналом. По принципу следящей системы работают системы дистанционного управления самыми разнооб­разными объектами, системы телеуправления, т.е. управ­ления на дальнем расстоянии.

Системы автоматического регулирования, в которых регулируемая величина изменяется по определенному, заранее заданному во времени закону, называются сис­темами программного регулирования. Так, например, регулирование частоты вращения ДГ при пуске может происходить по определенной программе, предусматри­вающей работу холодного дизеля на малых оборотах до его прогрева с последующим увеличением числа оборо­тов до номинального значения.

Обслуживающие системы главного дизеляАвтоматические системы, в которых при изменении возмущающего воздействия с целью удовлетворения за­данных требований автоматически изменяется настройка или какие-либо другие свойства элементов, называют самонастраивающимися. В качестве примера наиболее простой самонастраивающейся системы автоматического регулирования можно привести САР газотурбогенера­тора, имеющего корректор мощности по температуре воздуха. В зависимости от температуры воздуха, посту­пающего для сгорания топлива, увеличивается или уменьшается количество подаваемого топлива при одной и той же нагрузке. Сложные самонастраивающиеся сис­темы кроме обычных элементов логического действия включают блоки памяти и вычислительные машины.

По взаимосвязи между регуляторами системы делятся на системы несвязанного регулирования, когда в объекте регулируются несколько величин, но связь между систе­мами осуществляется только через объект, и системы связанного регулирования, в которых различные регуля­торы имеют взаимные связи.

Системы регулирования можно также подразделить по устройству и принципу действия регуляторов, — а именно по закону регулирования. Закон регулирования характери­зует функциональную зависимость выходной величины регулятора от его входной величины. По закону регули­рования различают: пропорциональное регулирование, с П-регулятором, когда закон регулирования выражается уравнением

 — коэффициент усиления или статический коэффициент передачи регулятора; инте­гральное регулирование, с И-регулятором, когда закон регулирования выражается уравнением

, где T_u — постоянная, зависящая от конструктивных парамет­ров регулятора и имеющая размерность времени, c.

Могут быть также дифференциальные D-регуляторы, когда закон регулирования:

. Регулятор с внутренней обратной связью на изображенной схеме (Рис. 1 Схема уровня воды). П-регулятор. Без внутренней обратной связи этот регулятор становится И-регулятором, что поясняется ниже. Имеются также ПИ, ПД и ПИД регуляторы и за­коны регулирования.