Замкнутые САУ

Характерным для замкнутой САУ является наличие обратной связи, замыкающей выход системы с ее входом. Направление передачи информации в цепи обратной связи происходит с выхода системы на ее вход, где происходит сравнение текущего значения управляемой величины с задающим воздействием.

Рассмотрим типовую функциональную схему САУ с одной управляемой величиной y(t) (рис. 1.6).

Задающее устройство 1 преобразует входное воздействие g(t) в управляющий сигнал h(t). Измерительное устройство 6, стоящее в цепи обратной связи, измеряет фактическое значение управляемой величины и преобразует его в сигнал z(t), имеющий одну физическую природу с управляющим сигналом h(t). Измеритель рассогласования 2 (или сравнивающее устройство) производит вычитание x(t)=h(t)–z(t), и тем самым выявляет рассогласование или ошибку системы. Обратную связь, выполняющую операцию сравнения (вычитания) сигналов, называют отрицательной. Далее в цепи формирования управляющего воздействия u(t) стоят усилительно-преобразовательное устройство 3 и исполнительное устройство 4.

Усилительно-преобразовательное устройство 3 предназначено для усиления мощности сигналов. Оно управляет энергией, которая поступает от постороннего источника энергии.

Исполнительное устройство 4 вырабатывает управляющее воздействие u(t), непосредственно прикладываемое к объекту управления 5. Для повышения устойчивости и улучшения динамических свойств САУ в функциональную схему могут быть включены корректирующие устройства, не указанные на рис. 1.6. Функции корректирующих устройств могут выполнять цифровые и аналоговые вычислительные машины.

В качестве примера замкнутой САУ рассмотрим схему системы автоматического регулирования угловой скорости вращения электродвигателя, построенную на базе схемы, приведенной на рис. 1.4 (рис. 1.7)

Обозначения на рис. 1.7. соответствуют обозначениям на рис. 1.4. Отличие замкнутой системы от незамкнутой в том, что выходное напряжение тахогенератора 7 сравнивается с напряжением U_пд, которое снимается с потенциометрического датчика путем формирования разности . В установившемся режиме работы при фиксированном положении ручки 1 все переменные величины имеют заданные значения, которые отметим значком *: g=g^*; = ;

Пусть момент сопротивления на валу электродвигателя увеличился. Это приведет к уменьшению скорости вращения на некоторую величину Соответственно уменьшится напряжение на выходе тахогенератора:

На входе усилителя дополнительно к сигналу возникнет сигнал ошибки

Этот сигнал будет усилен и вызовет увеличение напряжения на выходе усилителя:

Приращение напряжения на выходе усилителя вызовет увеличение тока в цепи якоря двигателя, и, следовательно, увеличение вращающего момента двигателя, что приведет к росту угловой скорости в направлении к заданному значению.

Принцип управления, основанный на использовании обратной связи, ценен тем, что не требует точной градуировки и сохраняет свою точность и в тех случаях, когда параметры элементов системы со временем изменяют свои значения.

Функциональная схема, соответствующая схеме замкнутой системы на рис. 1.7, приведена на рис. 1.8, где по сравнению со схемой на рис. 1.5 добавился новый элемент – сравнивающее устройство (СУ), и тахогенератор вошел в состав системы как чувствительный или измерительный элемент в цепи обратной связи.

Следует заметить, что обратную связь системы по управляемой величине называют главной обратной связью, а возможные обратные связи, охватывающие отдельные элементы, называют местными обратными связями.