ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ

Глава первая

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО АВТОМАТИКЕ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ

Устройства автоматического управления

Под автоматическим управлением пони­мается выполнение устройством автоматики действий по заданной программе при возникновении внешних возму­щающих воздействий. Внешними возмущающими воз­действиями являются изменение схемы или параметров режима объекта управления, а также команды персона­ла на пуск устройства автоматики и др. Устройства ав­томатического управления перестают действовать после выполнения программы или после исчезновения возму­щающего воздействия.

Устройства автоматического управления независимо от назначения характеризуются одинаковым принципом построения [6]. Структурная схема устройства управле­ния показана на рис. 1.1. Основными элементами уст­ройства управления являются измерительный (пусковой)' орган, программное устройство, усилитель-преобразова-тсл1., исполнительный орган.

При возникновении возмущающего воздействия изме­рительный (пусковой) орган определяет значение этого воздействия и при достижении возмущающим воздейст­вием значения, равного уставке измерительного (пуско­вого) органа, осуществляет пуск устройства. При этом устройство начинает действовать по заданной программе, которая характеризуется назначением устройства, видом возмущающего и управляющего воздействий. Програм­мное устройство вырабатывает сигнал управляющего воз­действия, при этом уровень сигнала зависит от интен­сивности возмущающего воздействия. Однако в ряде случаев мощность этого сигнала недостаточна для изме­нения режима работы объекта управления. Поэтому уст­ройство управления содержит усилитель сигнала про­граммного устройства. Одновременно усилитель преоб­разует сигнал таким образом, чтобы он был удобен для воздействия на объект. Исполнительный орган осущест­вляет воздействие на объект управления.

 

Примером устройства автоматического управления, действующего по факту возмущения, является устройст­во автоматической частотной разгрузки (АЧР) (см. гл. 8). Измерительным (пусковым) органом этого устрой­ства, фиксирующим глубокое снижение частоты в энер­госистеме, являются реле частоты. В качестве усилитель­ного и исполнительного органа используются промежу­точные реле, действующие на отключение линейных, трансформаторных, секционных и других выключателей, через которые осуществляется питание нагрузки.

Устройство управления, действующее по факту изме­нения положения внешнего устройства или по команде персонала, имеет аналогичную структуру. Примером та­кого устройства управления может служить устройство автоматического включения синхронных генераторов (см. гл.4).

Системы автоматического управления в большинстве случаев являются системами разомкнутого типа: все элементы системы действуют в одном направ­лении, обратное воздействие элементов друг на друга от­сутствует.

Устройство автоматического регулирования

Под автоматическим регулированием понимается непрерывный процесс поддержания какой-либо регулируемой величины на неизменном уровне или процесс изменения этой величины по заранее заданному закону при любых возмущающих воздействиях. Устрой­ства, выполняющие указанную функцию, называются ав­томатическими регуляторами.

Регулируемой величиной называется физический па­раметр, который следует поддерживать неизменным или менять по определенному закону. Такими параметрами в энергосистемах являются напряжение, частота, активная и реактивная мощности.

Системы автоматического регулирования содержат те же элементы, что и системы автоматического управ­ления.

В зависимости от принципа регулирования все регу­ляторы можно разделить на два класса: регуляторы, ис­пользующие принцип регулирования по возму­щению, и регуляторы, использующие принцип регу­лирования по отклонению регулируемой вели­чины от заданного значения. Имеются комбинированные системы регулирования, использующие оба принципа.

Структурная схема системы регулирования по воз­мущению повторяет схему системы автоматического уп­равления на рис. 1.1. Принцип регулирования по возму­щению состоит в том, что измерительный орган регуля­тора реагирует на изменение одного или нескольких возмущающих воздействий, оказывающих наиболее суще­ственное влияние на регулируемую величину. При возник­новении такого возмущения измерительный орган через остальные элементы регулятора оказывает воздействие на объект регулирования таким образом, чтобы регулируемая величина имела заданное значение. Причем регу­лирующее воздействие тем больше, чем больше возму­щающее воздействие.

Примером регулятора по возмущению является уст­ройство компаундирования синхронных генераторов, ко­торое осуществляет регулирование возбуждения генера­тора в зависимости от тока статора генератора (см. § 5.4).

Принцип регулирования по отклонению регулируемой величины от заданного значения состоит в том, что из­мерительный орган регулятора сравнивает действитель­ное значение регулируемой величины у с заданным зна­чением г/о (рис. 1.2). При наличии рассогласования измерительный орган вырабатывает сигнал регулирующе­го воздействия г, который стремится восстановить ре­гулируемую величину. При этом знак регулирующего воздействия должен быть противоположен знаку откло­нения регулируемой величины Ау. Величина и знак от­клонения определяют интенсивность и направление про­цесса регулирования.

Для обеспечения непрерывности регулирования необходимо, чтобы на вход измерительного органа непрерыв­но подавался сигнал, пропорциональный регулируемой Величине, т. е. должна существовать связь выхода систе­мы регулирования с ее входом. Эта связь получила на­звание главной (или основной) обратной связи.

Наличие главной обратной связи является характерной особенностью регуляторов, работающих на принципе выявления отклонения регулируемой величины. Таким образом, по своей структуре системы регулирования по отклонению являются автоматическими системами замкнутого типа.

Кроме главной обратной связи регуляторы содержат дополнительные (внутренние) обратные связи. Дополни­тельные обратные связи связывают выход какого-ли­бо звена регулятора с его входом или входом любого предыдущего звена. Эти связи корректируют значение регулирующего воздействия и тем самым изменяют ха­рактер регулирования. Существуют положительные (ПОС) и отрицательные (ООС) обратные связи.

Положительная обратная связь характеризуется тем, что сигнал этой связи совпадает по знаку с основным си­гналом, поступающим на вход звена, охваченного этой связью. Действие положительной обратной связи приво­дит к увеличению коэффициента усиления основного зве­на. Это свойство ПОС используется в усилителях для по­лучения больших значений коэффициентов усиления. Кроме того, ПОС используется для придания процессу регулирования требуемого характера. Отрицательная обратная связь создает дополнитель­ное регулирующее воздействие г_о,с, противоположное по знаку основному регулирующему воздействию г. Отрицательная обратная связь способствует стабилиза­ции процесса регулирования, уменьшает величину пере­регулирования (см. рис. 1.4, а), при необходимости мо­жет полностью исключить перерегулирование (см. рис. 1.4,6). Орган ООС также позволяет придавать процес­су регулирования требуемый характер.