Классификация САУ по свойствам в установившемся режиме

По свойствам в установившемся режиме САУ делятся на статические и астатические.

1. Статическая система — это система, в которой привозмущающем (задающем) воздействии, стремящемся к постоянной величине, отклонение управляемой величины также стремится к постоянной величине, зависящей от этого воздействия.

Примером статической системы является система стабилизации частоты вращения электродвигателя с принципом управления по отклонению (рис. 1.10, а), так как в ней при изменении момента нагрузки стремится к заданному значению, но не достигает его на величину статической ошибки, зависящей от . Действительно, в соответствии с формулой (1.6) отклонение Поскольку то отклонение частоты также не равно нулю и его значение зависит от

Показателем точности установившегося режима по отношению к возмущению является коэффициент статизма системы стабилизации, равный тангенсу угла наклона статической характеристики (рис. 1.15):

Рис. 1.15. Статическая характеристика статической системы.

Рис. 1.16. Принципиальная схема стабилизатора напряжения на транзисторах.

Из приведенной формулы видно, что коэффициент статизма, а следовательно, и ошибка системы уменьшается с увеличением коэффициента усиления системы в разомкнутом состоянии.

Из выражения (1.6) видно, что в режиме холостого хода управляемая величина пропорциональна значению задающего воздействия Наклон же статической характеристики не зависит от Поэтому, изменяя можно перемещать статическую характеристику параллельно себе в вертикальном направлении. Обычно выбирают таким образом, чтобы управляемая величина точно соответствовала требуемому (номинальному) значению не в режиме холостого хода, а при номинальной нагрузке как показано на рис. 1.15. При такой настройке отклонение управляемой величины от требуемого значения будет меньше, чем при другой (например, при настройке

Примером статической системы автоматического управления может служить также электронный стабилизатор напряжения источника питания, принципиальная схема которого приведена на рнс. 1.16. Электронный стабилизатор предназначен для поддержания с определенной точностью постоянства напряжения на нагрузке К (в качестве которой могут быть различные электронные схемы) при изменениях входного напряжения подводимого от выпрямителя, и нагрузки Управляемой величиной в схеме является выходное напряжение Задающее напряжение снимается со стабилитрона и сравнивается с напряжением обратной связи снимаемого с резистора делителя напряжения, образованного резисторами Транзистор является усилителем разности напряжений , поступающей между его эмиттером и базой, а транзистор работающий в режиме эмиттерного повторителя, — регулирующим элементом.

При номинальном напряжении на нагрузке напряжение положительно. При увеличении по абсолютному значению напряжения напряжение увеличивается, что вызывает увеличение коллекторного тока и уменьшение напряжения между его коллектором и эмиттером. Напряжение через прикладывается между эмиттером и базой транзистора и поэтому его уменьшение вызывает уменьшение коллекторного тока увеличение сопротивления между его эмиттером и коллектором, повышение падения напряжения на а следовательно, соответствующее уменьшение напряжения

Рис. 1.17. Принципиальная схема астатической системы автоматического управления частотой вращения электродвигателя постоянного тока (а) и ее статическая характеристика (б).

Изменение падения напряжения на регулирующем транзисторе возможно лишь при [отклонении от заданного значения (т. е. при появлении ошибки), поэтому рассматриваемая система является статической.

Рассмотрены примеры статических систем по отношению к возмущающему воздействию. Различают также системы статические по отношению к задающему воздействию. В этих системах отклонение управляемой величины в установившемся режиме зависит от постоянного значения задающего воздействия.

2. Астатическая система — это система, в которой отклонение управляемой величины в установившемся режиме при любом постоянном значении возмущающего (задающего) воздействия равно нулю.

Если отклонение управляемой величины в установившемся режиме не зависит от возмущающего воздействия, то система является астатической по отношению к этому возмущающему воздействию, если же оно не зависит от задающего воздействия, то астатической по отношению к задающему воздействию.

Примером астатической системы по отношению к возмущающему воздействию является система стабилизации частоты вращения ротора двигателя (рис. 1.17, а). В отличие от статической системы (рис. 1.10, а) здесь введен вспомогательный двигатель При отклонении (уменьшении) частоты двигателя от заданной (например, за счет изменения момента нагрузки появляется напряжение ошибки Ли, которое поступает на усилитель У, усиливается и приводит во вращение вспомогательный двигатель Последний перемещает движок потенциометра таким образом (вверх), что напряжение тахогенератора по своему значению приближается к задающему напряжению Двигатель остановится только при , т. е. при достижении двигателем заданной частоты (после устранения ошибки). Статическая характеристика астатической системы изображена на рис.

Выходная величина вспомогательного двигателя — линейное перемещение движка потенциометра (а следовательно, и управляющее воздействие системы) является интегралом от входного напряжения двигателя, пропорционального отклонению (ошибке системы), поэтому двигатель в рассматриваемом случае является интегрирующим устройством. Отсюда можно сделать вывод, что астатическая система отличается от статической наличием интегрирующего устройства.

Примером астатической системы по отношению к задающему воздействию является следящая система (рис. 1.14, а). В этой системе ошибка в установившемся режиме при любом постоянном значении задающего воздействия (угле поворота а ведущего вала) равна нулю.

Астатические системы при использовании принципа управления по отклонению, как видно из приведенных примеров, получаются путем введения интеграла от отклонения управляемой величины в алгоритм управления. При использовании же принципа управления по возмущению (по задающему воздействию) или принципа комбинированного управления астатическая система может быть получена введением в алгоритм управления с помощью компенсационной связи соответствующей функции этого воздействия и параметров исходной системы. В простейшем случае для получения астатической системы достаточно ввести в алгоритм управления величину, пропорциональную возмущающему воздействию с коэффициентом пропорциональности, определяемым из условия компенсации (см., например, выражения (1.3), В комбинированных САУ астатические свойства могут быть получены либо введением в алгоритм управления интегралов от отклонения управляемой величины, либо соответствующей функции от возмущающего (задающего) воздействия, либо введением того и другого одновременно.