Дипломная работа: Разработка автоматизированной системы для исследования устойчивости и автоколебаний в электромеханической следящей системе

Существует чрезвычайно большое разнообразие автоматических систем, выполняющих те или иные функции по управлению самыми различными физическими процессами во всех областях техники. В этих системах сочетаются весьма разнообразные по конструкции механические, электрические и другие устройства, составляя, в общем, сложный комплекс взаимодействующих друг с другом звеньев.

Примерами автоматических систем могут служить:

а) автомат включения освещения, в котором имеется фотоэлемент, реагирующий на силу дневного света, и специальное устройство для включения освещения, срабатывающее от определенного сигнала фотоэлемента;

б) автомат, выбрасывающий какие-либо определенные предметы (билеты, шоколад) при опускании в него определенной комбинации монет;

в) станок-автомат, автоматические линии станков и автоматические цехи на заводах;

г) системы телеуправления, в которых от нажатия кнопки или от легкого поворота ручки на пульте управления совершается определенная комбинация мощных и сложных операций в управляемом объекте;

д) автоматический регулятор скорости вращения двигателя,

поддерживающий постоянную угловую скорость двигателя независимо от внешней нагрузки (аналогично регуляторы температуры, давления, напряжения, частоты и пр.);

е) автопилот, поддерживающий определенный курс и высоту полета самолета без помощи летчика;

ж) следящая система, на выходе которой с определенной точностью копируется произвольное во времени изменение какой-нибудь величины, поданной на вход;

з) система сопровождения, в которой ствол наземного орудия автоматически поворачивается за летящим самолетом;

и) вычислительное устройство, выполняющее определенную математическую операцию (дифференцирование, интегрирование, решение уравнений и т. п.);

к) измерительные приборы, работающие по так называемому компенсационному принципу;

л) система самонаведения снаряда на цель и пр.

Все эти и им подобные автоматические системы можно разделить на два больших класса:

1) автоматы, выполняющие определенного рода одноразовые или многоразовые операции; сюда относятся, например, автомат включения освещения, билетный автомат, станок-автомат, ружье-автомат, автомат переключения скоростей и т.п.

2) автоматические системы, которые в течение достаточно длительного времени нужным образом изменяют (или поддерживают неизменными) какие-либо физические величины (координаты движущегося объекта, скорость движения, электрическое напряжение, частоту, температуру, давление, громкость звука и пр.) в том или ином управляемом процессе. Сюда относятся автоматические регуляторы, следящие системы, автопилоты, некоторые вычислительные устройства, некоторые измерительные приборы, системы дистанционного управления, телеуправления, самонаведения и т. п.

Естественным дальнейшим усовершенствованием автоматической системы является замыкание ее выхода (контрольные приборы) со входом (источник воздействия) таким образом, чтобы контрольные приборы, измерив некоторые величины, характеризующие определенный процесс в управляемом объекте, сами служили бы одновременно и источником воздействия на систему, причем величина этого воздействия зависела бы от того, насколько отличаются измеренные величины на управляемом объекте от требуемых значений.

Таким образом, возникает замкнутая автоматическая система. Очевидно, что в замкнутой автоматической системе имеется полная взаимозависимость работы всех звеньев друг от друга. Протекание всех процессов в замкнутой системе коренным образом отличается от процессов в незамкнутой системе. Замкнутая система совершенно по-другому реагирует на внешние возмущающие воздействия.

Различные ценные свойства замкнутых автоматических систем, делают их незаменимыми во многих случаях, когда требуется точность и быстродействие для управления, измерения или для производства математических вычислений. Поэтому при создании всяких замкнутых автоматических систем особое значение приобретают динамические расчеты.

Замкнутые автоматические системы существуют в технике в виде различных автоматических систем управления, систем автоматического регулирования, следящих систем, вычислительных систем, компенсационных систем измерения, систем автоматического пилотирования, систем стабилизации, систем самонаведения, телеуправления, автономного управления и т. п.

В следящей системе выходная величина у ( t ) воспроизводит изменение входной величины g ( t ), причем, автоматическое устройство реагирует на рассогласование ( t ) между выходной и входной величинами. Условимся величины у и g называть соответственно регулируемой величиной и задающим воздействием.

Следящая система имеет обратную связь выхода со входом, которая, по сути дела, служит для измерения результата действия системы. На входе системы производится вычитание х – h - z . Устройство, производящее это вычитание, будем называть датчиком рассогласования.

Величина рассогласования х и воздействует на промежуточные устройства, а через них – на управляемый объект. Система работает так, чтобы все время сводить к нулю рассогласование х. Источником воздействия на задающее устройство может быть либо человек, либо специальное устройство, либо изменение внешних условий, в которых работает система.

Для систем автоматического регулирования введем следующую терминологию.

Агрегат, в котором происходит процесс, подлежащий регулированию, называется регулируемым объектом. Величина у, которую необходимо в этом агрегате регулировать, т. е. поддерживать постоянной или изменять по заданной программе, называется регулируемой величиной.

Автоматически действующее устройство, предназначенное для выполнения задачи регулирования, называется автоматическим регулятором. Автоматический регулятор включает в себя измерительное устройство, т. е. чувствительный элемент, реагирующий на отклонение регулируемой величины у.

Далее ставится усилительно-преобразовательное и исполнительное устройства. Они служат для формирования регулирующего воздействия u ( t ) на объект, для возможно более точного выполнения задачи регулирования при реально имеющемся возмущающем воздействии f(t).

Автоматический регулятор вместе с регулируемым объектом называется системой автоматического регулирования.