Обратные связи в АСУ.

Автоматические системы управления в основном состоят из эле­ментов направленного действия, значение выходной величины кото­рых зависит только от значений входной. Так, элементами напра­вленного действия являются датчики. Например, положение поплавка (датчика уровня жидкости) определяется только уровнем жидкости, но сам уровень не зависит от положения поплавка, если последний не введен в замкнутую систему управления.

Процесс передачи воздействия от одного из последующих элемен­тов АСУ на какой-либо предыдущий элемент направленного действия, называют обратной связью. В АСУ с обратной связью изменение одной величины вызывает изменение и всех других, в том числе и той самой величины, которая вызвала первоначальные изменения.

По тому, как сказывается действие обратной связи на АСУ, различают отрицательную и положительную об­ратные связи. Отрицательная обратная связь уменьшает, а положи­тельная увеличивает суммарное воздействие звеньев АСУ, охвачен­ных обратной связью.

Для стабилизации систем или для создания в них более легких режимов переходных процессов в корректирующих устройствах используются обратные связи, которые в этом случае разделяют на жесткие и гибкие. Поясним эти понятия на примере упра­вления температурой теплоносителя шахтной зерносушилки (рис. 5, а). Требуемая температура теплоносителя поддерживается здесь при помощи заслонки 2, которая, поворачиваясь, изменяет соотношение притоков горячего воздуха Q_t, поступающего из топки, и холодного Q±, забираемого из атмосферы. Температуру теплоноси­теля измеряет термодатчик 1, включенный в одно из плеч измери­тельного моста. Заданное значение управляемой температуры 6_Э устанавливают, перемещая ползунок резистора-задатчика R_B. По­скольку сигнал выхода с измерительного моста маломощен, для управления реверсивным электродвигателем 3 используется уси­литель 4.

Когда температура теплоносителя в некоторый момент времени отклоняется от заданной, на выходе моста появляется сигнал раз­баланса, который, пройдя через усилитель 4, включает двигатель 3, перемещающий заслонку 2 в ту или иную сторону в зависимости от знака отклонения.

Вследствие инерционности термодатчика 1 и его удаленности от заслонки 2 процесс управления может продолжаться бесконечно, то есть новый равновесный режим в системе не установится (кривая 1 на рис. 6). Действительно, когда заслонка придет в новое рав­новесное положение, температура термодатчика еще отличается от заданной и регулятор будет продолжать дальше передвигать за­слонку. Следовательно, через некоторое время температура тепло­носителя в месте установки термодатчика сравняется с заданной, а затем получит отклонение обратного знака. Иными сло­вами, в системе возникают периодические колебания, называемые автоколебаниями. Автоколебания управляемой величины (температуры) в данной системе возни­кают вследствие того, что остановка дви­гателя происходит не в момент достиже­ния заслонкой требуемого положения, а с определенным запаздыванием.

Для устранения автоколебаний или уменьшения их амплитуды применяется жесткая обратная связь, которая позво­ляет остановить двигатель до того, как температура достигнет заданного значения, поскольку после пре­кращения перемещения заслонки температура объекта и термодат­чика приближается к заданному значению.

 

Рис. 5. Схемы регулирования температуры теплоносителя шахтной зерносушилки:

а — статическим регулятором с жесткой обратной связью; б — астатическим регулятором гибкой обратной связью.

Рис. 6. Графики переход­ных процессов для регуля­торов без обратной связи (1), с жесткой обратной связью (2), с гибкой обрат­ной связью (3).

Жесткая обратная связь осуществляется при помощи резистора R_o переменного сопротивления, ползунок которого имеет жесткую ме­ханическую связь с ротором электродвигателя. 3 и перемещается одновременно с ним. Очевидно, что равновесие в системе наступит в тот момент, когда приращение сопротивления R_c, возникающее вследствие передвижения ползунка, и приращение сопротивления R_t, вызванное изменением температуры теплоносителя, станут равны друг другу (ΔR_с =ΔR_t). Таким образом, электродвигатель 3 в дан­ной системе останавливается несколько раньше, чем в системе без обратной связи. Благодаря этому отклонения в системе будут умень­шаться и переходный процесс полностью прекратится в тот момент, когда отклонение температуры станет меньше зоны нечувствитель­ности регулятора. Следовательно, новый равновесный режим устанав­ливается при наличии отклонения регулируемой величины θ от задан­ной θ_з, то есть жесткая обратная связь позволяет получить статическую характеристику управления, аналогичную изображенной на ри­сунке 2, а.

Для получения изодромной характеристики управления следует использовать гибкую обратную связь, выполненную при помощи специального изодромного устройства (рис. 5, б), в состав которого в данном случае входят масляный катаракт 6 с вентилем 7, поршень 8 и пружина 5.

Сущность гибкой обратной связи заключается в том, что она действует только во время переходного процесса и полностью устра­няется в установившемся режиме. Например, при понижении тем­пературы теплоносителя сопротивление терморезистора R_t возра­стает, вследствие этого мост разбалансируется и происходит переме­щение заслонки 2 по часовой стрелке, а ползунка резистора R_c — вверх. Таким образом, на начальном этапе управления изодромное устройство, как и жесткая обратная связь, способствует затуханию колебаний. В конце процесса управления пружина 5 передвигает ползунок в первоначальное положение, измерительный мост возвра­щается в состояние равновесия, что будет соответствовать достиже­нию заданного значения температуры. Время переходного процесса управления определяется параметрами системы и временем движения масла изодромного устройства из одной полости катаракта 6 в дру­гую через вентиль 7.

Следовательно, гибкая обратная связь в АСУ обеспечивает аста­тическую характеристику управления, аналогичную изображенной на рисунке 2, б.