И В. С. Ямпольсний о основы автоматики и электронно- вычислительной техники нститутов

Источник	x(t) „	Управляющее	^z(t>,	Объект
y(t) з
информации		устройство		управления	•

•				--	z(t)^ i
5	И И			У У		ОУ

у(Л)

Примерами разомкнутой автоматической системы могут служить часовой автомат, включающий и выключающий уличное освещение в определенные часы суток; автомат-контролер на станции метро, пропускающий -пассажира после получения пятикопеечной монеты; металлорежущий станок-автомат с копировальным устройством и т. п.

Все перечисленные автоматические системы объединяет одно общее свойство: их автоматизм обеспечен и ограничен заранее заложенной в них программой действия, заранее заложенной ин­формацией, движущейся в одном направлении — к исполнительному органу. В таких системах отсутствуют контроль за изменением состояния объекта управления и учет этих изменений в процессе управления.
В реальных системах на объект управления действуют заранее непредвиденные возмущения, называемые помехой. Помехи могут появиться при изменении внешних условий .(температура, влажность, характеристики электромагнитных полей, вибрация и т. д.) или внутреннего состояния системы (нестабильность источников питания, люфт движущихся деталей и т. п.). Если влияние помех доста­точно велико, то рассмотренные выше разомкнутые системы ста­новятся неработоспособными. В этих случаях используются замкну* тые автоматические системы, в которых управляющее воздействие z(t) вырабатывается на основе информации об отклонении регу­лируемой величины y(t) от требуемого значения 'x(t), т. £. z(t) является функцией рассогласования: z(t) = F[x(t)—y(t)].
В замкнутых системах в управляющем устройстве проводится сравнение фактического y(t) и заданного x{t) значений выходной величины и устанавливается функциональная связь между полу­чившимися рассогласованием и новым управляющим воздействием, т. е. образуется непрерывный замкнутый цикл движения сигналов (информации). При этом целью работы системы является миними­зация функции рассогласования. Характер функции F определяется конкретной системой, но в любой системе при совпадении факти­ческого и заданного значений выходной величины, т. е. при *(0—*/(0=0* значение функции F и управляющего воздействия z(t) равно нулю.
Сигналы, "поступающие с выхода (объект управления) на вход системы (управляющее устройство), называются сигналами обрат­ной связи, а цепь, по которой они поступают,— цепью обратной связи. Поэтому замкнутые системы также называют и системами с обратной связью, а разомкнутые — системами без обратной связи.
Рассмотрим несколько примеров автоматических систем управ­ления с обратной связью.
Одна из наиболее простых систем — термостат, в котором под­держивается заданная температура. Если необходимая температура всегда выше температуры окружающей среды, то исполнительным органом является нагреватель (холодильник не нужен), включаемый каждый раз, когда температура внутри рабочего объема падает ниже заданной. Получать информацию о температуре можно при
помощи биметаллической пластины, один конец которой закреплен, а второй изгибается тем больше, чем выше температура (рис. 1.2). Установив подвижный контакт К на нужном делении температурной шкалы, мы замкнем цепь: контакт К — биметаллическая пластина П — источник питания Е — нагреватель R. При небольшом превыше­нии заданной температуры цепь разомкнется, при понижении — опять-замкнется. Таким образом внутри термостата будет под­держиваться температура, близкая к заданной. В этом устройстве пространственное положение подвижного контакта /( определяет заданное значение регулируемой величины x(t), пространственное положение пластины П — истйнное значение регулируемого пара­метра y(t). Особенность этой системы в том, что управляющее воздействие z(t) может принимать только два значения (две по­зиции): z(i)=E/R (нагреватель включен) при [x{t) — y\i) ] >0 и z(t)= 0 (нагреватель выключен) при [x{t)—y(t)\<0. Такие устрой­ства называются устройствами с позиционным законом регулиро­вания.
П римером технической системы с непрерывным управлением может служить система регулирования мощности атомного реактора (рис. 1,3). При помощи ионизационной камеры К измеряется иони­зационный ток, пропорциональный мощности, развиваемой реакто­ром. Этот ток используют для получения сигнала обратной связи y{t). Сигнал x{t), задающий требуемое значение мощности, устанавли­вается потенциометром R1 с пульта управления реактора. Оба





@

сигнала x(t) и у(/) поступают на управляющее устройство, которое вырабатывает сигнал z(t), воздействующий на электромотор М. Этот электромотор перемещает, стержни из материала, поглощающего нейтроны (бор, кадмий) в активной зоне реактора. Если [jc(^) — _ — у(01>0, стержни перемещаются вверх и мощность реактора увеличивается; если рассогласование меньше нуля, стержни опус­каются, что ведет к уменьшению мощности. Когда мощность дос­тигнет заданной величины, управляющее воздействие становится равным нулю и мотор останавливается.

Приведенные примеры позволяют детализировать обобщенные функциональные схемы (см. рис. 1.1) и выделить в автоматических системах характерный для них ряд связанных между собой техни­ческих элементов. Так, на функциональной схеме автоматической системы регулирования мощности реактора (рис. 1.4) целесообраз­но выделить:

• 
  устройство обработки входных сигналов (УОС), вырабаты­вающее сигнал, являющийся функцией рассогласования заданного сигнала x{t) и сигнала обратной связи y(t). В рассматриваемой системе УОС образовано мостовой схемой (рис. 1.3, б), два плеча которой составляет верхняя (/?!„) и нижняя (R 1„) части потен­циометра R1, а два других плеча — вспомогательный резистор R2 и внутреннее сопротивление ионизационной камеры R_K1 зависящее от количества нейтронов в реакторе;
  
• 
  промежуточные элементы (ПЭ), в виде усилителей и линий связи соединяющих УОС с объектом управления. На рисунке 1.3 это усилитель «слабого сигнала рассогласования до уровня, доста­точного для управления электромотором Af, и кабельная линия, связывающая пульт управления, где установлен усилитель, с реак­торным залом, где находится электромотор;
  

'— исполнительное устройство (ИУ), непосредственно воздейст­вующее на объект управления и зачастую конструктивно соеди­ненное с ним. В системе управления реактором это электромотор с лебедкой, поднимающей или опускающей поглощающие стержни;

• 
  измерительный преобразователь-датчик (ИП),* преобразую­щий информацию о состоянии объекта управления в сигнал обратной связи. В рассматриваемой системе им является ионизационная камера, которая преобразует информацию о мощности реактора (количестве нейтронов) в ионизационный ток.
  

Автоматические устройства используются не только в автома­тических системах управления, действующих без вмешательства \ оператора (человека), но и в автоматизированных системах управ- ления (АСУ), в которых главное место отводится человеку. В таких системах автоматы участвуют в процессах получения, переработки и предъявления информации человеку-оператору (или коллективу операторов), который принимает окончательное решение и передает его как входную информацию следующим цепочкам автоматов, наилучшим образом выполняющих эти решения. К таким системам относятся, в частности, и автоматизированные системы обучения
(АСО).