Примеры систем управления

Рассмотрим несколько характерных примеров систем автоматического управления.

Система стабилизации скорости вращения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Цель ее работы заключается в поддержании заданной скорости вращения двигателя при действии «нагрузки» на валу. Системы подобного типа используют, например, в металлорежущих станках, где независимо от глубины резания металла нужно выдерживать заданную скорость вращения. На рис. 1.1.7 представлена упрощенная схема реализации такой системы.

Рисунок 1.1.7 – Функциональная схема системы стабилизации скорости вращения двигателя постоянного тока

Здесь введены следующие обозначения:

– задающее воздействие на систему (напряжение задания);

ОУ – операционные усилители для согласования электрических цепей на входе и выходе;

– разница между напряжением задания и напряжением тахогенератора (сигнал рассогласования);

УМ – усилитель мощности для преобразования маломощного сигнала в силовое напряжение (напряжение на якоре двигателя);

Д – электродвигатель;

– ток в цепи электродвигателя;

, – сопротивление и индуктивность в якорной цепи;

– напряжение на обмотке якоря электродвигателя;

– напряжение возбуждения;

ТГ – тахогенератор (маломощный генератор электрического напряжения), используется в качестве датчика скорости вращения двигателя;

– напряжение тахогенератора;

– момент нагрузки.

В этой системе организована отрицательная обратная связь, при
которой

.

Если нагрузка возрастает, то падает и, как следствие, возрастает что позволяет «удержать» обороты двигателя при увеличенной нагрузке на двигатель. Если уменьшается, происходит обратный процесс, который не дает возможности двигателю слишком увеличить скорость вращения.

При описании этого классического примера введены переменные, которые используются для описания динамических систем:
вход – , выход – , возмущение – , состояние – I, , параметры – L, R.

Система стабилизации температуры в холодильнике

В каждом холодильнике применяется достаточно простая система автоматического регулирования, цель функционирования которой состоит в стабилизации температуры в камере холодильника при изменении массы и температуры закладываемых продуктов или при открывании дверей. На рис. 1.18 приведена упрощенная схема системы стабилизации температуры.

Рисунок 1.1.8 - Функциональная схема системы стабилизации

Здесь – сигнал, соответствующий заданной температуре; УМ – усилитель мощности с релейной характеристикой, который используется в качестве управляющего устройства, он включает или отключает холодильный агрегат (ХА), «прокачивающий» хладоагент через трубки камеры; ДТ – датчик температуры, выходной сигнал U _к которого пропорционален температуре камеры.

Как правило, в холодильнике не применяются операционные усилители; сравнение заданной и действительной температур происходит непосредственно. На схеме это показано соответствующим элементом.

Система работает следующим образом: если открыть камеру и положить некоторую массу теплых продуктов, то сразу повышается температура в камере и возрастает разница между заданной (низкой) и повышенной действительной температурами, включается УМ с релейной характеристикой и работает холодильный агрегат. Через некоторое время разница становится меньше порогового значения и реле отключается. Такая система работает только в «одну сторону» – на охлаждение. Ее поведение характеризуют величины: вход – , выход – напряжение с датчика температуры; состояние – температура внутри камеры, возмущение – количество тепла в закладываемом продукте.