§ 1.10. ОДНОКОНТУРНЫЕ И МНОГОКОНТУРНЫЕ СИСТЕМЫ

Любая замкнутая система регулирования (см. рис. 1.7) имеет хотя бы одну обратную связь, при помощи которой сигнал, характеризующий действительное значение регулируемой величины, подается на вход сравнивающего элемента. Эта обратная связь называется главной обратной связью.

САР, имеющие только одну (главную) обратную связь, называются одноконтурными. В таких системах воздействие, приложенное к какому-либо элементу, может обойти систему и вернуться в исходную точку по одному пути обхода. Примером одноконтурных систем являются САР, показанные на рис. 1.8, а; 1.9, а; 1.10, а и 1.12, а.

Современные системы регулирования, помимо главной обратной связи, мсгут иметь одну или несколько дополнительных, или местных, обратных связей. Обычно эти обратные связи используются в корректирующих, усилительных или исполнительных элементах САР для придания им требуемых свойств.

САР, содержащие одну или несколько местных обратных связей, называются многоконтурными. В этих системах воздействие, приложенное к тому или иному элементу, может обойти систему и вернуться в исходную точку по нескольким путям обхода.

Пример 1.14. Рассмотрим систему непрямого регулирования скорости вращения теплового двигателя ТД с местной обратной связью, охватывающей гидравлический двигатель (рис.

1.22). Принцип действия этой системы тот же, что и системы, показанной на рис. 1.12, а. Отличие состоит в том, что шарнир О, относительно которого поворачивается рычаг теперь закреплен не неподвижно, а связан со штоком силового гидроцилиндра. В результате в системе имеет место дополнительный замкнутый контур передачи воздействий «золотник-гидроцилиндр»: перемещение штока золотника приводит к перемещению штока гидроцилиндра, и наоборот.

Рис. 1.22. Система непрямого регулирования скорости вращения теплового двигателя с жесткой дополнительной обратной связью

Пусть, например, скорость вращения двигателя увеличилась Тогда выходной шток центробежного измерителя скорости опустится (относительно положения, изображенного на рис. 1.22), и рычаг повернется вокруг точки О против часовой стрелки (при неподвижном поршне гидроцилиндра шарнир О играет роль неподвижной опоры).

При этом поршни золотника поднимутся, а поршень гидроцилиндра опустится, увеличив перепуск топлива на слив.

В системе без обратной связи (см. рис. 1.12, а) поршень гидроцилиндра Двигался таким образом, что в установившемся режиме скорость его перемещения была пропорциональна величине смещения поршней золотника. Поэтому регулирующий орган системы перемещался до тех пор, пока регулируемая величина не возвращалась к требуемому значению.

В рассматриваемой системе поршень гидроцилиндра, опускаясь, поворачивает рычаг по часовой стрелке относительно точки А, что вызывает перемещение поршней золотника вниз, к своему исходному положению. Поэтому Движение поршня гидроцилиндра продолжается лишь до тех пор, пока поршни

золотника не перекроют каналы подвода рабочей жидкости в полость гидроцилиндра. В результате первоначальному смещению золотника будет пропорциональна не скорость, а перемещение регулирующей заслонки, причем коэффициент пропорциональности будет зависеть от соотношения плеч рычага АВ.

Из сказанного следует, что в системе непрямого регулирования с местной обратной связью реализуется пропорциональный закон регулирования (1.8) вместо интегрального закона (1.9). имевшего место в системе без обратной связи. Вследствие этого система из астатической превращается в статическую, что является недостатком местной обратной связи рассмотренного типа. Тем не менее, такие обратные связи применяются в практике регулирования, так как позволяют существенно улучшить поведение САР в неустановившихся, переходных режимах. Физически это можно пояснить следующим образом. В системе без обратной связи (см. рис. 1.12, а) поршень гидроцилиндра останавливается лишь тогда, когда поршни золотника возвращаются в исходное положение, перекрывая доступ рабочей жидкости в полость гидроцилиндра. Последнее (если пренебречь трением, люфтами и др.) имеет место при Следовательно, в системе без дополнительной обратной связи гидродвигатель останавливается только при достижении регулируемой величиной требуемого значения. Такое «выключение» гидродвигателя является запоздалым, так как из-за инерционности элементов системы регулируемая величина неизбежно «проскочит» требуемое значение в результате чего в системе могут возникнуть слабозатухающие или даже расходящиеся колебания скорости двигателя. Для ликвидации этих колебаний гидродвигатель, очевидно, следует останавливать несколько раньше момента достижения требуемой скорости вращения, что и осуществляется при помощи местной обратной связи.

Рис. 1.23 Гидравлический двигатель с гибкой обратной связью

Дополнительная обратная связь (см. рис. 1.22), работающая как в установившихся, так и в переходных режимах, называется жесткой.

Еще одна схема дополнительной обратной связи показана на рис. 1.23. Здесь точка О подвешена на пружине 1 и соединена со штоком гидроцилиндра при помощи заполненного маслом цилиндра 2, в котором находится поршень с калиброванными отверстиями 3, жестко связанный со штоком гидроцилиндра. Пружина и цилиндр 2 с поршнем 3 в совокупности образуют так называемое изодромное устройство.

При изменении скорости вращения теплового двигателя ТД рычаг поворачивается вокруг точки О, перемещая поршни золотника вверх или вниз. При перемещении поршня гидроцилиндра вначале цилиндр 2 и поршень 3 двигаются как одно целое, в результате чего рычаг А В поворачивается вокруг точки А, осуществляя обратную связь на поршни золотника и одновременно сжимая или растягивая пружину 1 В дальнейшем за счет перетекания жидкости в цилиндре 2 через отверстия в поршне 3 пружина возвращает рычаг в то положение, которое он занимал до начала движения поршня гидроцилиндра. Поэтому обратная связь, показанная на рис. 1.23, действует только в переходных, неустановившихся режимах работы САР и называется гибкой. Применение гибкой обратной связи в САР скорости вращения позволяет улучшить ее динамические свойства при одновременном сохранении астатизма системы.