Алгоритмических структурных схем

Структурной обычно называют схему, на которой показывают основные функциональные части системы, их назначение и взаимосвязь. Из структурной схемы выясняют сущность управления, основные части системы управления и связь между ними. Эти части обозначают прямоугольниками (рис. 2.23).

Рисунок 2.23 – Функциональная структурная схема системы

Характеристикой объекта, как отмечалось выше, с помощью которой контролируется процесс управления, является управляемая величина Y, измеряемая обычно чувствительным элементом или первичным измерительным преобразователем, который для простоты принято называть датчиком.

На выходе датчика обычно стоит усилитель, который приводит сигнал датчика к стандартному виду.

Объект управления воспринимает оказываемые на него воздействия через регулирующий орган, положение которого изменяется с помощью исполнительногоустройства (механизма), в качестве которого используется электрический двигатель с редуктором для механических устройств или тиристор (симистор) для электрических устройств. Исполнительное устройство, как правило, включается через усилитель.

Чтобы изменить управляемую величину, т.е. изменить задание, обычно применяют задатчик. В ряде случаев величина задания определяется с помощью вычислительного устройства, получающего информацию от различных датчиков через аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

В замкнутых системах управления управляемая величина, измеряемая соответствующим датчиком, сравнивается с заданием, для чего применяется сравнивающее устройство.

Алгоритмической структурной схемой называют схему, в которой названия структурных элементов частей схемы заменены их передаточными функциями. Такие схемы позволяют разобраться в динамике системы, изучить переходные процессы, оценить качество системы управления. Пример такой схемы представлен на рис. 2.24.

Рисунок 2.24 – Алгоритмическая структурная

схема системы

На практике часто возникает необходимость по алгоритмической структурной схеме системы найти ее передаточную функцию. При этом система, для которой определяется передаточная функция, может быть достаточно сложной. Она (рис.2.25) может содержать параллельные и последовательные соединения, обратные связи, перекрестные соединения, сумматоры и т.д. Чтобы определить передаточную функцию такой схемы, ее нужно преобразовать и для этого провести целый ряд упрощений, замен, переносов связей и воздействий.

Рисунок 2.25

Рассмотрим возможности таких преобразований.

1. Последовательное соединение звеньев (рис. 2.26а) можно заменить одним звеном (рис. 2.26б), передаточная функция которого равна произведению передаточных функций этих звеньев, т.е.

(2.87)

а

б

Рисунок 2.26 – Последовательное соединение звеньев

2. Параллельное соединение звеньев (рис. 2.27а) можно заменить одним звеном (рис. 2.27б), передаточная функция которого равна сумме передаточных функций этих звеньев, т.е.

.

(2.88)

а	б

Рисунок 2.27 – Параллельное соединение звеньев

3. Встречно-параллельное соединение звеньев (рис. 2.28а) можно заменить одним звеном (рис. 2.28б), передаточная функция которого равна:

.

(2.89)

а	б

Рисунок 2.28 – Встречно-параллельное соединение звеньев

При этом знак «–» относится к положительной обратной связи, а знак «+» к отрицательной обратной связи.

4. Любое воздействие f, приложенное к выходу звена с передаточной функцией (рис.2.29а), можно перенести на его вход, поместив между воздействием и входом звена дополнительное звено с передаточной функцией, равной обратной передаточной функции этого звена (рис. 2.29б).

Рисунок 2.29а

Рисунок 2.29б

5. Любое воздействие f, приложенное к входу звена с передаточной функцией (рис. 2.29а), можно перенести на его выход, поместив между воздействием и выходом звена дополнительное звено с передаточной функцией (рис.2.29в).

Рисунок 2.29в

6. Точку присоединения любой отходящей структурной связи (рис.2.30а) можно перенести с выхода звена на его вход, включив дополнительно в эту связь звено с передаточной функцией (рис.2.30б).

Рисунок 2.30а

Рисунок 2.30б

7. Точку присоединения любой отходящей структурной связи (рис. 2.30а) можно перенести с входа звена на его выход, включив дополнительно в эту связь звено с передаточной функцией (рис. 2.30в).

Рисунок 2.30в

С помощью приведенных выше правил структурные схемы с перекрестными связями можно преобразовать в схемы без таких связей, заменять многоконтурные схемы одноконтурными, выделять линейную часть в нелинейных системах.

С помощью эквивалентных преобразований структурную схему САУ приводят к простейшему виду объект – регулятор. Динамические свойства регуляторов, как правило, известны. Динамические свойства объекта находят либо расчетным путем, либо экспериментально.

Регулирующие органы, измерительные устройства и датчики обычно относят к объекту. В регулятор включают исполнительный механизм и усилитель.

Передаточную функцию замкнутой системы H_З(S) через передаточную функцию разомкнутой системы H_Р(S) определяют по формуле:

(2.90)