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 RK1 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).
Do'stlaringiz bilan baham: |