V. Статические и астатические системы

По точности поддержания управляемой величины системы автоматического управления разделяют на две группы: системы статические, работающие со статической ошибкой, и системы астатические, не имеющие статической ошибки.

На рисунке 3.4 показана статическая система регулирования уровня воды в баке. Перед системой стоит задача поддерживать уровень жидкости в баке 1 постоянным при любых возмущениях. К таким возмущениям чаще всего относятся изменения нагрузки, т.е. расхода воды на выходе бака. Измерение уровня жидкости осуществляется с помощью поплавка 2, который тягами 3 шарнирно сочленен с задвижкой 4, и изменяет подачу жидкости в бак так, чтобы регулируемый уровень соответствовал заданному значению. При увеличении расхода уровень воды в баке начинает понижаться, поплавок опускается и переставляет задвижку, увеличивая ее открытие. Количество воды, поступающей в бак в единицу времени, увеличивается, и уровень начинает повышаться. Равновесие наступит тогда, когда приход воды будет равен ее расходу. Чем больше нагрузка, т.е. расход, тем больше будет открыта задвижка и, следовательно, тем ниже будет находиться поплавок в состоянии равновесия. А это значит, что с возрастанием нагрузки в данной системе уровень воды, т.е. регулируемой величины, будет уменьшаться.

Рис. 3.4. Статическая система регулирования

 

Система называется статической, если установившееся по окончании переходного процесса значение регулируемой величины при различных постоянных значениях нагрузки будет принимать также различные постоянные значения, зависящие от нагрузки. Таким образом, статическая система поддерживает не строго постоянное значение регулируемой величины, а с ошибкой, которая называется статической ошибкой системы.

В некоторых системах статическая ошибка недопустима. Тогда применяют астатические системы, в которых она равна нулю. Для получения такой системы необходимо устранить жесткую зависимость между положением регулирующего органа (в нашем примере – задвижки) и значением регулируемой величины с тем, чтобы заданное значение регулируемой величины можно было поддерживать при любой нагрузке, т.е. при любом положении регулирующего органа.

На рисунке 3.5 показана астатическая система регулирования уровня жидкости в баке. В этой системе, регулятор настраивается на требуемый режим путем соответствующего согласования положения поплавка 2 и ползунка потенциометра 3. При изменении уровня жидкости изменится положение поплавка, что вызовет перемещение ползунка 3 на потенциометре и приведет к вращению двигателя 4. Последний в соответствии со знаком изменения уровня откроет или закроет задвижку 5. При этом вращение двигателя будет продолжаться, пока ползунок вновь не займет положение точно напротив средней точки потенциометра, т.е. пока уровень жидкости не будет восстановлен.

 

Рис. 3.5. Астатическая система регулирования