Составление функциональной схемы САУ, проведение функционального анализа и классификации САУ

БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ, ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ

 ФАКУЛЬТЕТ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2.2

по дисциплине:

ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Выполнил: ст. гр. УИТ-31

Гродсков С.В.

Принял:

Скоробогатова Т.Н._________

«___»________________2004 г.

2004

Цель работы: получение навыков по составлению функциональной схемы САУ, проведению функционального анализа и классификации САУ. 

Дана принципиальная схема акустического выключателя:

Рисунок 1 – Принципиальная схема акустического выключателя.

Требуется:

1.  Определить функциональные элементы САУ и составить функциональную схему;

2.  Провести функциональный анализ работы САУ;

3.  Провести анализ САУ по классификационным признакам.

Решение:

1) Определим функциональные элементы САУ и составим функциональную схему.

Принцип работы. При подаче на микрофон акустического воздействия, загорается лампа. После окончания акустического воздействия, лампа гаснет. Поступая на микрофон МКЭ-3, сигнал сравнивается с задающим напряжением, которое определяется конденсатором С₃. Если значение сигнала соответствует задающему, то сигнал поступает на усилители (операционный усилитель и трехкаскадный усилитель) и далее на тринистор VS1, зажигающий лампу EL1. Коэффициент усиления входного сигнала определяется подстроечным резистором R₂ и конденсатором C₄, которые соединены с инвертирующим входом операционного усилителя. В случае несоответствия входного сигнала задающему (например, в случае ложных акустических воздействий), он подавляется, и лампа не загорается.

Определим объект регулирования и действующие на него воздействия:

Объект регулирования (ОР) – лампа EL1;

Регулируемая величина x(t) – напряжение включения лампы;

Возмущающее воздействие f(t) - ложные акустические воздействия;

Управляющее воздействие Q(t) – акустическое воздействие.

Функциональная схема ОР и сигналы, воздействующие на него, показаны на рисунке 2.

Рисунок 2 - Функциональная схема ОР и сигналы, воздействующие на него.

Определим элементы функциональной схемы:

Исполнительное устройство (ИУ) – тринистор VS1. Чем меньше будет время переключения тринистора, тем быстрее будет загораться лампа при подаче на микрофон акустического воздействия.

Датчик (Д) – микрофон МКЭ-3, который преобразует акустическое воздействие в напряжение звуковой частоты.

Задающее устройство (ЗУ) – конденсатор С₃, который определяет предписанное значение напряжения входного сигнала, при котором лампа будет загораться.

Усилитель (У) – операционный усилитель и трехкаскадный усилитель для усиления сигнала управления.

Выходной сигнал от задающего устройства – предписанное значение напряжения входного сигнала, при котором лампа будет загораться.

Выходной сигнал от датчика – действительное значение напряжения входного сигнала.

Работа сравнивающего устройства (в данном случае это подстроечный резистор R₂ и конденсатор C₄, включенные в обратную связь операционного усилителя) заключается в сравнении этих двух сигналов. В результате, если выходной сигнал от датчика отличается в ту или иную сторону от выходного сигнала от ЗУ на допустимую величину, то он пропускается на усилитель. А если входной сигнал от датчика значительно меньше предписанного значения, то он не усиливается, и лампа  не загорается.

Функциональная схема акустического выключателя показана на рисунке 3.

Рисунок 3 - Функциональная схема акустического выключателя.

2) Проведем функциональный анализ работы САУ.

1.  Быстродействие работы САУ зависит от исполнительного устройства. В данной САУ это тринистор. Для более быстрого включения лампы после подачи акустического воздействия на микрофон необходимо заменить данный тринистор на другой, с меньшим временем переключения. 

2.  Точность регулирования зависит от датчика. Это микрофон. Для повышения точности регулирования необходимо заменить данный микрофон на другой, более чувствительный.

3.  Увеличить значение регулируемой величины можно с помощью задающего устройства. Это конденсатор С₃. В зависимости от области применения акустического выключателя, при замене С₃ на конденсатор меньшей емкости, можно добиться реагирования акустического выключателя на звук ВЧ, при замене С₃ на конденсатор большей емкости, можно добиться реагирования акустического выключателя на звук НЧ.

3) Проведем анализ САУ по классификационным признакам.

1.  Цель управления в данной системе – включать лампу в зависимости от величины акустического воздействия. Это САУ – система автоматического управления.

2.  В данной САУ алгоритм управления вырабатывается с помощью датчика возмущающего воздействия – при поступлении  акустического сигнала на микрофон загорается лампа. Алгоритм регулирования соответствует регулированию по возмущению.

3.  Акустический сигнал, действующий на лампу пропорционален сигналу управления – акустическому сигналу, поступившему на микрофон. Алгоритм работы этой системы соответствует П-закону регулирования.

4.  Система не имеет обратной связи.

5.  Данная САУ одномерная, так как регулируется только один параметр – включение лампы.

6.  Система астатическая, так как в установившемся режиме не имеет отклонения регулируемой величины (включение лампы) от заданной по отношению к заданному воздействию.

7.  Это электронная система непрямого регулирования, поскольку для ее работы необходимо обеспечить питание от промышленной электросети.

8.  В данной системе все элементы имеют постоянные параметры. Это стационарная система.

9.  Сигналы управления от датчика поступают в определенные моменты времени, чередуясь по величине. Это система с вибрационным прерывистым сигналом управления.

10.  Система содержит нелинейный элемент – тринистор. Это нелинейная система.

Таким образом, это система автоматического управления, принцип регулирования по возмущению, без обратной связи, одномерная, астатическая, система непрямого электронного регулирования, с П-законом регулирования, с прерывистым вибрационным сигналом управления, стационарная, нелинейная.