Системы автоматического управления

Разомкнутые системы управления

Задачи управления, и в частности поддержание постоянства какой-либо величины, могут быть решены при помощи систем двоякого рода с разомкнутой и замкнутой цепью воздействия.

Рассмотрим систему управления скоростью вращения двигателя (скоростью сварки или подачи электродной проволоки и др.) (рис.1.3)

системы автоматического управления

Рис. 1.3. Схемы системы управления скоростью вращения двигателя:

а – принципиальная; б – функциональная

Каждому положению движка потенциометра R соответствует определенная скорость вращения двигателя. Напряжение, снимаемое с потенциометра R, через усилитель У подается на якорь двигателя М, обмотка возбуждения ОВ которого запитывается от отдельного источника питания. Выходной вал двигателя связан с ротором тахогенератора Тг. Напряжение с тахогенератора подается на вольтметр, который протарирован на число оборотов. Из функциональной схемы (см. рис. 1.3,б) видно, что система разомкнута. Однако рассматриваемая система подвержена всякого рода возмущающим воздействиям. Изменение нерегулируемых величин, влияющих на регулируемую величину, называется возмущением или возмущающим воздействиями. В рассматриваемом случае такими возмущениями могут быть изменения нагрузки на валу двигателя, температура обмоток двигателя и др.

Компенсировать возмущения может оператор, сопоставляя показания вольтметра с заданным значением регулируемой величины и перемещая движок потенциометра так, чтобы отклонение регулируемого параметра от заданного значения стремилось к нулю.

Разомкнутые системы управления получили широкое применение в сварочном производстве, прежде всего из-за самой специфики производства, вытекающей из необходимости использования универсального оборудования для изготовления разнообразной номенклатуры изделий. Системы управления обеспечивают возможность быстрой перестройки сварочного процесса при переходе от одного типоразмера к другому, простой сменой программы, что наиболее полно отвечает требованиям индивидуального и мелкосерийного производства.

Временное программирование последовательности основных операций сварочного цикла широко применяется при автоматизации различных способов сварки. Объектами программного управления могут быть перемещение источника нагрева, подача присадочного материала при сварке, изменение сварочного тока при контактной сварке, перемещение свариваемых деталей. Операции зажигания дуги и заварка кратера программируются при согласованном изменении скорости подачи электрода и момента включения источника питания.

Разомкнутые системы применяются при наплавке сложных поверхностей штампов, где программируется по трем координатам перемещение наплавочной головки.

Основной недостаток этих систем – низкая точность при действии на объект регулирования разного рода возмущений.

 

Замкнутые системы управления

 Компенсировать возмущения можно автоматически, для чего необходимо связать «выход» системы (напряжение тахогенератора) с ее «входом» (с входом усилителя), рис.1.4.

image0022

Рис.1.4. Схемы автоматического управления с обратной связью:

а – принципиальная; б – функциональная

Чтобы поддерживать скорость вращения якоря двигателя в требуемых пределах, необходимо располагать сведениями о числе оборотов в каждый момент времени. Эту информацию в рассматриваемой схеме (см. рис.1.4) получают с помощью простейшей системы контроля, состоящей из тахогенератора Тг, якорь которого соединен муфтой с якорем двигателя М. Вырабатываемое тахогенератором Uт напряжение пропорционально числу оборотов якоря двигателя М.

Задающим воздействием z(t) в рассматриваемой системе является напряжение Uу, снимаемое с потенциометра R. Скорость вращения двигателя, а следовательно, скорость сварки или скорость подачи электродной проволоки определяются величиной тока обмотки якоря iя двигателя М

iя=(Uх – Uт)/åRцд.

Ток якоря М прямо пропорционален величине разности напряжений Ux, задаваемой потенциометром R и вырабатываемой тахогенератором (Тг) Uт = f(n), и обратно пропорционален сумме сопротивлений цепи Rцд якоря двигателя М. Таким образом, каждому положению движка потенциометра R соответствует определенная скорость вращения якоря двигателя. Напряжение, снимаемое с Тг, вычитается из заданного Ux, и разность напряжений DU=(Ux-Uт) через усилитель подается на якорь двигателя М. Обмотка возбуждения (ОВ) двигателя подключена к независимому источнику питания. Изменение нагрузки на валу М приводит к изменению скорости вращения якоря и соответственно Uт. Это, в свою очередь, приводит к одновременному изменению напряжения на тахогенераторе, тока в цепи якоря двигателя М и восстановлению скорости его вращения.

Функциональная схема САУ скорости вращения якоря М, (рис.1.5), где 1 – задающее устройство (задатчик); 2 – суммирующее устройство; 3 – усилитель-преобразователь; 4 – исполнительный элемент – объект регулирования; 5 – измерительный элемент (преобразователь). Задатчик (потенциометр R) при работе системы регулирования в режиме стабилизации величину задающего сигнала поддерживает постоянной, т.е. движок потенциометра R занимает неизменное положение.

image005

Рис.1.5. Функциональная структурная схема системы управления скорости

вращения двигателя

Для сопоставления фактической скорости вращения якоря двигателя (определяемой напряжением тахогенератора) с её заданной скоростью (определяемой положением движка потенциометра) вход и выход системы связаны и образуют замкнутый контур управления. Такая связь входа и выхода называется обратной связью (ОС), благодаря которой осуществляется автоматическое поддержание заданного управляемого параметра.

Рассмотренная САУ скорости вращения двигателя (рис.1.5) характеризуется тем, что между входными и выходными величинами всех элементов системы существует непрерывная функциональная связь. Системы такого вида называются непрерывными системами автоматического регулирования.

Принцип обратной связи лежит в основе подавлявшего большинства процессов управления. ОС по регулируемой величине называется жесткой, а по ее производной – гибкой. В зависимости от знака ОС бывает отрицательной и положительной. В САУ с ОС в подавляющем большинстве случаев знак ОС — отрицательный. Рассмотренный пример показывает, что процесс регулирования в общем случае состоит из четырех элементов (рис.1.5): получение информации о задачах управления 1; получение информации о результатах управления 5; анализ полученной информации и выработка решения 2; исполнение решения, т.е. осуществление управляющих действий 3 на объект 4. На основании вышеизложенного можно дать следующее определение САУ с ОС:

САУ с обратной связью называется замкнутая система, в которой производится измерение разности между текущим значением регулируемой величины и ее заданным значением в данный момент, и в зависимости от величины и знака этой разности система оказывает автоматическое воздействие, в результате которого разность уменьшается до допустимо малой величины. В литературе такие системы сокращенно обозначались САР.

 

Источник:  Автоматизация сварочных процессов: учеб. пособие./ В.А. Ленивкин, А.И Никашин – Ростов-на-Дону: Издательский центр ДГТУ 2002.

Be the first to comment on "Системы автоматического управления"

Добавить комментарий

%d такие блоггеры, как: