Графическое изображение САУ
Для графического изображения САУ пользуются функциональными и структурными схемами.
Функциональной называется схема, отражающая взаимодействие устройств, блоков, узлов и элементов САУ в процессе управления. Основными признаками, по которым составляется функциональная схема, являются функции, выполняемые элементами САУ.
Функциональная схема предназначена для пояснения идеи устройства и принципа действия автоматических систем.
Функциональная схема содержит только сигнальные связи между функциональными звеньями. Вспомогательные коммуникации, например цепи питания, опускаются.
Функциональная схема рассматривается обычно совместно с временными диаграммами работы САУ, иллюстрирующими временную взаимосвязь управляющих и информационных сигналов.
В зависимости от степени детализации различают несколько уровней функциональных схем: схема на уровне устройств, в которой эти устройства представлены в виде автономных схемных звеньев; на уровне блоков; на уровне узлов и на уровне элементов. Внутренняя структура каждого схемного звена не конкретизируется. Отражение структуры каждого элемента входит в понятие структурной схемы.
Структурной называется схема, показывающая взаимосвязь составляющих частей САУ и характеризующая ее динамические свойства. При изучении динамики процессов, происходящих в САУ, в теории управления отвлекаются от конкретной физической природы управляемой величины и аппаратуры, а интересуются лишь математической моделью процессов управления. Поэтому, в отличие от функциональной схемы, структурная схема состоит из звеньев, которые характеризуются уравнениями, описывающими динамику и статику САУ. Причем, существует определенная форма записи этих уравнений в виде передаточных функций. Очевидно, что понятие о структурной схеме тесно связано с моделированием динамических процессов, происходящих в системе и, поэтому, к нему мы вернемся при изложении методов математического описания САУ.
Графическое построение структурной и функциональной схем должно давать наиболее наглядное представление о последовательности взаимодействия функциональных элементов САУ. Все составные и функциональные части САУ на схемах изображают в виде прямоугольников или условных графических обозначений и связей между ними. На линиях взаимосвязи стрелками обозначают направление хода процессов в системе.
На схемах должно быть показано наименование каждой функциональной части системы, если для ее обозначения применен прямоугольник. Если функциональная часть изображена в виде условного графического изображения, то ее наименование не указывают.
Одной из важнейших функций является сравнение заданного и полученного значений выходной переменной. Эта функция выполняется «элементом сравнения». Однако элемент сравнения заданного и действительного значений выходной переменной иногда не имеет собственного конструктивного исполнения. Примером может служить операционный усилитель, на входе которого можно осуществить суммирование многих выходных величин.
В технической литературе встречается несколько вариантов условного изображения элемента сравнения на схемах (рисунок 1.2). На рисунке 1.2 а и рисунке 1.2 б знак «+» соответствует суммированию входных величин, знак «-» - вычитанию входных величин. Суммированию входных величин соответствует также схема, представленная на рисунке 1.2 г, вычитанию - схема на рисунке 1.2 в. В дальнейшем будем использовать изображение суммирующего узла так, как это показано на рисунке 1.2 в, г.
На рисунке 1.3 представлена схема САУ, составленная в соответствии с рисунком 1.1. Элементы системы изображены в виде прямоугольников, в которые вписаны первые буквы названия элемента (О - объект управления, ЧЭ - чувствительный элемент, УЭ - усилительный элемент, ПЭ - преобразовательный элемент, ЗЭ - задающий элемент). Обычно функциональное назначение элементов отображают в виде графиков статических или динамических характеристик, а сверху обозначают названия элементов.
Итак, основными понятиями теории автоматического управления являются: управляемый объект, алгоритм функционирования, автоматическое управляющее устройство, закон управления, управляющее и возмущающее воздействия, система автоматического управления. Эти понятия применимы к автоматическим системам любой физической природы.
Для графического изображения САУ используется в основном два вида схем - функциональные и структурные. Структурная схема наиболее полно отображает динамику процессов в системе и является основной при исследовании систем автоматического управления.
Рисунок 1.2 Варианты условного изображения элемента сравнения на схемах
Рисунок 1.3 Функциональная схема САУ.