Структурные схемы отражают взаимосвязь звеньев САУ во времени и характеризуют их статические и динамические свойства. Эти схемы предназначены для анализа работы САУ как в установившихся, так и в переходных режимах. Структурные схемы САР являются графическим условным изображением их дифференциальных уравнений, записанных в операторной форме. Структурные схемы широко используют при исследовании и проектировании САУ, поскольку они дают наглядное представление о связях между звеньями, а также о прохождении и преобразовании сигналов в системе. Ранее было указано, что передаточная функция каждого звена однонаправленного действия представляет собой записанное в операторной форме отношение изображений выходной и входной величин:
Входная и выходная величина
Отсюда следует основное свойство направленного звена
которое формулируется следующим образом: операторное изображение выходной величины звена равняется передаточной функции этого звена, умноженной на изображение входной величины.
СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ
Таким образом, задача сводится к составлению уравнений отдельных звеньев в виде передаточных функций. Важным преимуществом структурных схем является их физическая наглядность по сравнению с общей формой записи дифференциальных уравнений. В свете сказанного становится понятна необходимость в умении разделять систему автоматического управления на отдельные звенья направленного действия и составлять из них структурные схемы, основываясь на принципиальных и функциональных схемах САУ. После того как структурная схема составлена и получены передаточные функции входящих в нее звеньев, необходимо определить передаточную функцию всей системы.
ПЕРЕДАТОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Чтобы получить передаточную характеристику всей системы, структурную схему преобразовывают. Преобразование схемы начинают, выделяя фрагменты с определенным типом соединения звеньев. Рассмотрим основные случаи включения звеньев направленного действия: последовательное, параллельное
ПРАВИЛА ПРЕОБРАЗОВАНИЙ
Каждую структурную схему, состоящую из нескольких звеньев, можно заменить одним эквивалентным звеном, которое по своим динамическим свойствам соответствует данной схеме. Рассмотрим основные правила таких преобразований.
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Обратная связь делает систему управления замкнутой и широко используется в САУ для улучшения качества ее работы
Обратная связь — это передача выходного сигнала системы на ее вход.
Существует несколько видов обратной связи. Когда сигнал с выхода системы передается непосредственно или с помощью датчика Д/у на ее вход, такая связь называется главной обратной связью. Если же выходной сигнал одного из элементов системы через элемент обратной связи (ОС) передается на вход этого же элемента или на вход любого из предыдущих элементов, то такая связь называется местной, или подчиненной, обратной связью
Отрицательная обратная связь
Отрицательная обратная связь — это связь, при которой сигнал обратной связи вычитается из задающего сигнала. Отрицательная обратная связь используется для стабилизации контролируемых параметров работы системы. Главная обратная связь системы всегда отрицательна.
Положительная обратная связь
Положительная обратная связь характеризуется суммированием сигналов обратной связи и канала прямой связи. положительная обратная связь используется для усиления контролируемых параметров работы системы
Жёсткая и гибкая обратная связь
Если сигнал обратной связи действует в установившихся и переходных режимах, то такую обратную связь называют жесткой. Если же сигнал обратной связи возникает только в переходном режиме, то такую обратную связь называют гибкой
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ТИПОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЗВЕНЬЕВ
При преобразовании структурных схем цепочку из последовательно соединенных звеньев можно заменить одним эквивалентным звеном с передаточной функцией W(j))y равной произведению передаточных функций отдельных звеньев независимо от порядка их соединения
ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ
При последовательном соединении выходная величина каждого предшествующего звена является входным воздействием для последующего звена
Уравнения для звеньев записываются так:
Здесь Wn — передаточная функция п-то звена.
Исключив из этой системы промежуточные переменные Y{(p)y У2(р)>..., Yn-(p), т.е. подставляя предыдущие величины переменных в последующие, получим выражение для последнего члена
ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ
При параллельном соединении на вход всех звеньев подается один и тот же сигнал, а выходные величины складываются. В соответствии со схемой на рисунке составим уравнения для каждого звена
и для выходного сигнала
ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ
Цепь из параллельно соединенных однонаправленных звеньев можно заменить одним эквивалентным звеном с передаточной функцией W(p), равной сумме передаточных функций входящих в нее звеньев
Самостоятельная работа
Преобразование звеньев при параллельном соединении.
Преобразование звеньев при послеовательном соединении.
