VII. Статические и астатические системы управления

Система называется статической, если установившееся по окончании переходного процесса значение регулируемой величины зависит от нагрузки. При этом возникает статическая ошибка системы.

На рисунке 2.6 показана статическая система регулирования уровня воды в баке. Перед системой стоит задача поддерживать уровень жидкости в баке 1 постоянным при любых возмущениях. К таким возмущениям чаще всего относятся изменения нагрузки, т.е. расхода воды на выходе бака. Измерение уровня жидкости осуществляется с помощью поплавка 2, который тягами 3 шарнирно сочленен с задвижкой 4, и изменяет подачу жидкости в бак так, чтобы регулируемый уровень соответствовал заданному значению.

Р

3

При увеличении расхода уровень воды в баке начинает понижаться, поплавок опускается и переставляет задвижку, увеличивая ее проходное сечение. Количество поступающей в бак воды увеличивается, и уровень ее начинает повышаться. Равновесие наступит тогда, когда приход воды будет равен ее расходу. Чем больше нагрузка, т.е. расход, тем больше будет открыта задвижка и, следовательно, тем ниже будет находиться поплавок в состоянии равновесия. А это значит, что с возрастанием нагрузки в данной системе уровень воды, т.е. регулируемой величины, будет уменьшаться.

Системы регулирования, в которых для перемещения регулирующего органа используется внутренняя энергия системы (например, чувствительного элемента – поплавка на рис. 2.6) называются системами прямого действия.

В некоторых системах статическая ошибка недопустима. Тогда применяют астатические системы, в которых она равна нулю. Для получения такой системы необходимо устранить жесткую зависимость между положением регулирующего органа (в нашем примере – задвижки) и значением регулируемой величины с тем, чтобы заданное значение регулируемой величины можно было поддерживать при любой нагрузке, т.е. при любом положении регулирующего органа.

На рисунке 2.7 показана астатическая система регулирования уровня жидкости в баке. В этой системе, регулятор настраивается на требуемый режим путем соответствующего согласования положения поплавка 2 и ползунка потенциометра 3. При изменении уровня жидкости изменится положение поплавка, что вызовет перемещение ползунка 3 на потенциометре и приведет к вращению двигателя 4. Последний в соответствии со знаком изменения уровня откроет или закроет задвижку 5. При этом вращение двигателя будет продолжаться, пока ползунок вновь не займет положение точно напротив средней точки потенциометра, т.е. пока уровень жидкости не будет восстановлен.

При таком непрямом регулировании используется посторонний источник энергии. В зависимости от вида этой энергии различают электрические, пневматические, гидравлические и разнообразные комбинированные системы.

Рис. 2.7. Астатическая система регулирования