Структурные схемы системы автоматического управления

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: приобрести навыки в преобразовании структурных схем САУ.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Структурная схема системы автоматического управления отражает прохождение и преобразование сигналов в звеньях системы управления. Она составляется на основе функциональной схемы, причем отдельные звенья структурной схемы могут не соответствовать конструктивным элементам функциональной схемы. Цель преобразования при составлении структурной схемы- получить зависимость выходного сигнала от входного для всей системы через передаточные функции отдельных звеньев системы.

Правила структурных преобразований. При последовательном соединении звеньев САУ, общая передаточная функция равна произведению передаточных функций последовательно соединенных звеньев (рис.1).

 

Рис.1. Структурная схема последовательно соединенных звеньев

При параллельном соединении звеньев САУ общая передаточная функция равна алгебраической сумме передаточных функций параллельно соединенных звеньев (рис. 2).

 

Рис. 2. Структурная схема параллельно соединенных звеньев

Необходимо учитывать, что при получении общей передаточной функции каждая составляющая входит с тем же знаком, с каким в сумматор входит ее выходная величина. Так X₂(p) входит в сумматор со знаком (-), поэтому W₁ имеет знак (-).

Если какой-то сигнал показан без вида передаточной функции, то он алгебраически суммируется в виде единицы. Так W₃= +1

Если звено включено в обратную связь, т.е. сигнал этого звена имеет противоположное направление относительно звена главной цепи, то общая передаточная функция имеет вид дроби (рис.3).

 

Рис.3. Структурная схема звена, охваченного обратной связью

.

Если сигнал обратной связи (X₂(p)) суммируется со знаком (-), то в знаменателе формулы общей передаточной функции ставится знак(+).

Если сигнал обратной связи единичный (т.е. W₂=1), то общая передаточная функция имеет вид:

.

Правило перераспределения сумматоров и узлов. Если между двумя звеньями САУ расположено несколько сумматоров или расположено несколько узлов разветвления сигналов, то их можно распределять в любой последовательности (рис. 4).

		б)

 

а) исходная схема;

Рис. 4. Структурная схема перераспределения сумматоров и узлов:

	б) преобразованная схема.

 

Следует иметь в виду, что перенос сумматора через узел разветвления производить нельзя. Для этого есть специальные правила, которые здесь не рассматриваются (рис.5).

	а)
			б)

 

а) исходная схема;

Рис. 5. Неправильное преобразование сумматора и узла:

	б) преобразованная схема.

Правила переноса сумматора или узла разветвления в другую точку схемы. При переносе сумматора по направлению основного сигнала перене­сенный сигнал умножается на передаточные функции звеньев, через которые перенесен сигнал (рис.6).

 

                          а)                                               б)

а) исходная схема;

Рис. 6. Перенос сумматора по направлению движения сигнала:

	б) преобразованная схема.

 

При переносе сумматора обратно движению основного сигнала, пере­несенный сигнал умножается на обратные величины передаточных функций звеньев, через которые перенесен сигнал (рис.7).

 

а) исходная схема;

Рис.7. Перенос сумматора обратно направлению движения сигнала:

	б) преобразованная схема.

 

При переносе узлов разветвления по движению основного сигнала, перенесенный сигнал умножается на обратные величины передаточных функций, через которые перенесен сигнал (рис.8).

 

а) исходная схема;

X1

X1

X1

Рис.8. Перенос узлов разветвления по направлению сигнала:

	б) преобразованная схема.

 

При переносе узлов разветвления против движения основного сигнала, перенесенный сигнал умножается на передаточные функции, через которые перенесен сигнал (рис. 9).

 

а) исходная схема;

Рис. 9. Перенос узлов разветвления против направления сигнала:

	б) преобразованная схема.

Последовательность проведения преобразований