Директно и индиректно управление, едноконтурни и многоконтурни, свързани и несвързани системи
В момента има редица системи за автоматично управление (ACS) или, както се наричат още, системи за автоматично управление (ACS). В тази статия ще разгледаме някои методи за регулиране и видове ACS.
Пряко и косвено регулиране
Както знаете, всяка система за автоматично управление се състои от регулатор и обект на регулиране. Регулаторът има чувствителен елемент, който следи промените в контролираната стойност от стойността на зададения управляващ сигнал. На свой ред чувствителният елемент оказва въздействие върху регулатора, който от своя страна променя параметрите на системата по такъв начин, че стойността на зададената и контролираната стойност стават еднакви. В най-простите регулатори действието на чувствителния елемент върху регулатора става директно, тоест те са директно свързани. Съответно, такива ACS се наричат системи за директно управление, а регулаторите се наричат директно действащи регулатори, както е показано по-долу:
В такава система енергията, необходима за движение на вентила, който регулира подаването на вода към басейна, идва директно от поплавъка, който тук ще бъде чувствителният елемент.
При индиректно регулиране ACS, спомагателните устройства се използват за организиране на движението на регулаторния орган, като се използват допълнителни източници на енергия за тяхната работа. В такава система чувствителният елемент ще действа върху управлението на спомагателното устройство, което от своя страна ще премести управлението в желаната позиция, както е показано по-долу:
Тук поплавъкът (чувствителен орган) действа върху контактавъзбуждащи намотки на електродвигателя, който върти вентила в желаната посока. Такива системи се използват, когато мощността на чувствителния елемент не е достатъчна за управление на работния механизъм или е необходимо да има много висока чувствителност на измервателния елемент.
Едноконтурни и многоконтурни ACS
Съвременните ACS много често, почти винаги, имат паралелни коригиращи устройства или локални обратни връзки, както е показано по-долу:
ACS, в които само една стойност подлежи на регулиране и имат само една главна обратна връзка (един контролен контур), се наричат едноконтурни. В такива системи за автоматично управление, въздействието, приложено към някаква точка на системата, може да заобиколи цялата система и да се върне към първоначалната точка след преминаване само по един байпасен път:
А ACS, в които освен главната верига има и локални или главни обратни връзки, се наричат многоверижни. Обратно, при едноверижни, в многоконтурни системи действието, приложено към някаква точка на системата, може да заобиколи системата и да се върне към точката на прилагане на действието по няколко вериги на системата.
Системи за свързано и несвързано автоматично управление
Системите, в които няколко величини са обект на регулиране (многомерни ACS), могат да бъдат разделени на свързани и несвързани.
Отделени системи за управление
Системи, в които регулатори, предназначени да регулират различни величини, несвързани помежду си и могат да взаимодействат чрез общ обект на регулиране, се наричат системи за несвързано регулиране. Системите за несвързано регулиране се разделят на независими и зависими.
В зависимост, промяна в едно от количествата, които трябва да се контролират, води до промяна в останалитеколичества, които трябва да бъдат контролирани. Следователно, в такива устройства е невъзможно да се разглеждат различни контролни параметри отделно един от друг.
Пример за такава система е самолет с автопилот, който има отделен канал за управление на кормилата. Ако самолетът се отклони от курса, автопилотът ще причини отклонение на руля. Автопилотът ще отклони елероните, докато отклоняването на елерона и руля ще увеличи съпротивлението на самолета, което ще доведе до отклонение на елеватора. По този начин е невъзможно да се разглеждат отделно процесите на управление на посоката, наклона и накланянето, въпреки че всеки от тях има свой собствен контролен канал.
При независимите системи на несвързано регулиране е точно обратното, всяко от количествата, подлежащи на регулиране, няма да зависи от промените във всички останали. Такива процеси на управление могат да се разглеждат отделно един от друг.
Пример е ACS на ъгловата скорост на хидротурбина, където напрежението на намотката на генератора и скоростта на турбината се регулират независимо.
Свързани системи за управление
В такива системи регулаторите с различни стойности имат връзки помежду си, които взаимодействат извън обекта на регулиране.
Например, разгледайте електрическия автопилот EAP, чиято опростена диаграма е показана по-долу:
Неговата цел е да поддържа тангажа, посоката и крена на самолета на дадено ниво. В този пример ще разгледаме функциите на автопилота, свързани само с поддържането на даден курс, тангаж, крен.
Хидравличният полукомпас 12 играе ролята на чувствителен елемент, който следи отклонението на самолета от курса. Основната му част е жироскоп, чиято ос е насочена по даден курс. Когато самолетът започне да се отклонява от курса, остажироскопът започва да действа върху плъзгачите на сензорите на реостатната позиция 7 и завъртане 10, свързани с помощта на лоста 11, като същевременно запазва позицията си в пространството. Тялото на самолета, заедно със сензори 7 и 10, от своя страна се изместват спрямо оста на хороскопа, съответно има разлика между позицията на жироскопа и тялото на самолета, която се улавя от сензори 7 и 10.
Елементът, който ще възприема отклонението на самолета от курса, зададен в пространството (хоризонтална или вертикална равнина), ще бъде вертикалният жироскоп 14. Основната му част е същата като в предишния случай - жироскоп, чиято ос е перпендикулярна на хоризонталната равнина. Ако самолетът започне да се отклонява от хоризонта, плъзгачът на сензора за наклон 13 ще започне да се измества по надлъжната ос, а ако се отклони в хоризонталната равнина, сензорите за ролка 15-17 ще се изместят.
Органите, които управляват самолета, са управляващите кормила 1, височина 18 и елерони 19, а изпълнителните елементи, които контролират положението на кормилата, са кормилните машини на курса, тангажа и ролката. Принципът на работа и на трите канала на автопилота е напълно сходен. Сервото на всяко от кормилата е свързано към потенциометричния сензор. Основен потенциометричен сензор (вижте диаграмата по-долу):
Свързва се към съответния сензор за обратна връзка в мостова верига. Към усилвател 6 е свързан мостов диагонал. Когато самолетът се отклони от траекторията на полета, плъзгачът на главния сензор ще се измести и в диагонала на моста ще се появи сигнал. В резултат на появата на сигнала на изхода на усилвателя 6 ще се задейства електромагнитно реле, което ще доведе до веригата на електромагнитния съединител 4. Барабанът 3 на машината, в чиято верига е работило релето, ще се зацепи с вала на непрекъснато въртящ сеелектрически мотор 5. Барабанът ще започне да се върти и по този начин ще навие или развие (в зависимост от посоката на въртене) кабелите, които въртят съответния рул на самолета, и в същото време ще премести четката на потенциометъра за обратна връзка (FB) 2. Когато изместването на FB 2 стане равно на изместването на четката на потенциометричния сензор, сигналът в диагонала на този мост ще стане равен на нула и движението на руля ще спре. В този случай воланът на самолета ще се завърти до позицията, необходима за изместване на самолета към даден курс. Когато несъответствието бъде елиминирано, четката на главния сензор ще се върне обратно в средно положение.
Изходните стъпала на автопилота са идентични от 6-те усилвателя до кормилните механизми. Но входовете са малко по-различни. Плъзгачът на сензора за посока не е свързан твърдо с жиро-полукомпаса, а с помощта на амортисьор 9 и пружина 8. Поради това получаваме не само изместване, пропорционално на изместването от курса, но и допълнително, пропорционално на първата производна на отклонението по отношение на времето. Освен това във всички канали, в допълнение към основните сензори, са предвидени и допълнителни, които осъществяват свързано управление по трите оси, тоест координират действията на трите кормила. Тази връзка осигурява алгебрично сумиране на сигналите на главния и допълнителните сензори на входа на усилвателя 6.
Ако вземем предвид канала за контрол на курса, тогава сензорите за накланяне и завой, които се управляват ръчно от пилота, ще служат като спомагателни сензори. В канала за ролка има допълнителни сензори за завой и завой.
Влиянието на каналите за управление един върху друг води до факта, че когато самолетът се движи, промяната в неговия крен ще доведе до промяна в тангажа и обратно.
Трябва да се помни, че SAR се нарича автономен, ако има такива връзки между своитерегулатори, че когато една от стойностите се промени, останалите ще останат непроменени, тоест промяната в една стойност не променя автоматично останалите.