Назад: 4.1 Статическое регулирование

4.2 Астатическое регулирование

Задача системы астатического регулирования – поддерживать, выходной параметр системы неизменным (например, напряжение на нагрузке сварочного генератора постоянного тока) при изменении нагрузки (рис.4.2). В данной системе необходимое регулирующее воздействие – напряжение возбуждения U_в – создается от отдельного независимого источника питания через регулирующий потенциометр R_р.

Рис.4.2. Схема астатического регулирования напряжения генератора (а)

и характеристика системы астатического регулирования (б)

Система будет находиться в равновесии до тех пор, пока DU = U_у – U_н. = 0. При увеличении нагрузки на генератор (тока в R_н) напряжение на нем U_н уменьшится, и в измерительной цепи появится положительное DU. Эта разность напряжений через усилитель-преобразователь подается на якорь приводного двигателя М, который начинает вращаться и перемещает ползунок потенциометра R_р так, чтобы снимаемое напряжение с потенциометра R_р возрастало. Это приводит к росту потока возбуждения генератора Г и напряжения U_н и уменьшению DU. Однако двигатель будет вращаться, перемещать ползунок потенциометра R_р в ту же сторону до тех пор, пока DU станет равным нулю, т.е. пока текущее значение напряжения на генераторе не достигнет заданного. При снятии нагрузки DU поменяет знак, произойдет реверс двигателя, а система будет работать аналогично.

Таким образом, пока не будет достигнуто равенство U_у = U_н, система будет находиться в движении, после чего ползун потенциометра устанавливается в положение, зависящее от нагрузки. В астатической системе регулирования одной и той же регулируемой величине могут соответствовать различные состояния (положения) регулирующего органа и регулирующего воздействия. В таких системах регулируемая величина не зависит от внешнего воздействия. По окончании переходного процесса, т.е. в установившемся режиме, в астатической САУ ошибка по отклонению регулируемого параметра от заданного теоретически равна нулю.

Астатическим регуляторам присуща зона нечувствительности, которая определяется напряжением трогания двигателя, наличием трения и люфтов, т.е. инерционностью.

Рассмотрим связь выходной величины регулятора с входной. Пусть входная величина (рис. 4.2,а) – напряжение рассогласования DU - появляется при изменении нагрузки на генераторе. Тогда появляется выходная величина - угол поворота вала a двигателя М,- изменяющий положение движка потенциометра R_р. В этом случае:

w = da/dt;

da = wdt = pn/30dt;

n = (U - I_я R_я )/(C_я Ф_я) = kU;

da = p kU dt/30;

^,

где w – угловая скорость; n – число оборотов якоря двигателя;

I_я R_я ток и сопротивление якоря двигателя соответственно;

С_я – постоянная двигателя;

Ф_я – магнитный поток якоря двигателя.

Таким образом, в астатических САУ всегда присутствует интегрирующее звено, которое вносит инерционность (запаздывание).

В отличие от статической САУ, где регулирующее воздействие создается скачком, в астатической системе оно накапливается во времени постепенно (интегрируется). Поэтому астатическому регулятору при изменении нагрузки необходимо время для перехода из одного состояния в другое. В связи с этим астатическую систему называют также И-регулятором (интегрирующим регулятором).

Признаки астатических систем:

а) различным величинам положения регулирующего органа регулятора соответствует неизменноe значение регулируемой величины;

б) выходная величина исполнительного элемента связана интегрально с входной величиной в отличие от жесткой связи в статических системах;

в) точность регулирования определяется напряжением трогания двигателя, наличием трения, люфтов и т.д.

Несмотря на то, что у статических регуляторов наблюдается неравномерность регулирования, статическое регулирование нашло широкое применение. Это объясняется простотой конструкции регуляторов, их быстродействием. Астатическим регуляторам присуща низкая устойчивость, наличие автоколебаний, инерционность. Вопрос о целесообразности применения того или иного типа регулятора должен решаться конкретно в каждом случае. Так как оба регулятора имеют указанные недостатки, то для повышения точности и быстродействия регулирования рационально использовать комбинированные системы регулирования, содержащие пропорциональные - интегрирующие регуляторы (ПИ-регуляторы).

Далее: 4.3 Статические характеристики регуляторов дуговой сварки