Рис. 1.4. Система управления генератора с компаундированием

ве вырабатывается управляющее воздействие, которое полностью или частично компенсирует влияние возмущений на процесс управления.

Способ управления, при котором управляющее воздействие вырабатывается на основе действующих возмущений, называется способом управления по возмущению или принципом компенсации.

Принцип компенсации иногда также называют принципом Понселе (по имени французского инженера Ж. Понселе (Ponselet), предложившего принцип регулирования паровой машины по моменту сопротивления на ее валу, т.е. по возмущению).

Достоинством способа управления по возмущению является принципиальная возможность полной компенсации возмущающего воздействия.

На рис. 1.4 представлена система автоматического регулирования (САР) генератора с компаундированием. Здесь управление производится не со стороны обмотки возбуждения, а с помощью компаундной обмотки КО, включенной в цепь якоря. Выходное напряжение

uh = er-ihh, (1.1)

где бг - ЭДС генератора, - активное сопротивление якорной цепи (без учета сопротивления нагрузки). При некоторых допущениях ЭДС генератора пропорциональна потоку возбуждения (р: j

Поток возбуждения (f складывается из постоянного потока возбуждения (/?в обмотки возбуждения и магнитного потока (/?ко компаундной обмотки:

Поток (/?ко пропорционален току нагрузки: (/?ко = он, где коэффициент ко зависит от шунтирующего сопротивления Rjjj и числа обмотки КО. Поэтому

Подставив это выражение в (1.1), получим

= кв{(рв + koiu) - Яян- (1.2)

При номинальной нагрузке Zh =

ul = kB{B + koil)-RJl

При изменении нагрузки [i = Ai ) уравнение (1.2) принимает вид

= кв{(рв + koil) + квкоАъ - Rl - RAi.

Из двух последних уравнений следует, что выходное напряжение не изменится (uh = и) при изменении нагрузки, если ккАг - RAi = О или ко = Rsi/kB- Последнее равенство всегда можно обеспечить выбором сопротивления Rjjj и числа обмоток КО.

Таким образом, в САР генератора с компаундированием можно полностью компенсировать возмущение, представляющее собой изменение нагрузки. Данная система является системой управления по возмущению, так как управление, которым является изменение потока возбуждения, пропорционально возмущению Ан.

В САР генератора компаундная обмотка является чувствительным элементом, и она без промежуточных элементов (усилительно-преобразовательного и исполнительного устройств) непосредственно воздействует на объект регулирования. Такие системы регулирования называются системами прямого регулирования. Системы управления (регулирования), в которых между измерительным элементом и регулирующим органом имеются усилительно-преобразовательные и исполнительные устройства, называются системами непрямого управления {регулирования).

Недостатком метода компенсации является то, что он не всегда применим. Его нельзя применять, если возмущение нельзя измерить (из-за того, что его существование не известно или по другой причине). Его нецелесообразно использовать, когда на систему действует много различных возмущений, так как в этом случае У У получается сложным. Кроме того, принцип компенсации нельзя использовать, если объект управления является нейтральным или неустойчивым.

Действительно, рассмотрим в качестве примера резервуар с жидкостью (см. рис. 1.1,, который является нейтральным объектом управления. Пусть qA - приток жидкости (объем жидкости, поступающей в резервуар за единицу времени), - расход (объем жидкости, вытекающей из резервуара за единицу времени), и пусть в начальный момент времени уровень жидкости равен требуемому значению. Чтобы сохранить этот уровень, нужно обеспечить равенство qA = Чв- При управлении по возмущению измеряется расход жидкости и обеспечивается равенство qa = Qb где qb - измеряемое значение расхода. На практике измерение всегда производится с ошибкой /S.q = дв - Qb- Поэтому возникает разница между притоком и расходом qa - Qb = Qb - {qb + A) = -Ag. И если, например, ошибка измерения Aq = const, то в момент t количество жидкости увеличится (при Aq < 0) или уменьшится (при Aq > 0) на \Aq\ {t - to) и соответственно уровень жидкости поднимется или опустится до значения, пропорционального времени.

1.2.3. Принцип обратной связи. Управлением по отклонению называется такой способ управления, при котором определяется отклонение текущего значения выходной переменной от требуемого значения и на его основе формируется управляющее воздействие.

На рис. 1.5 представлен поплавковый регулятор уровня бензина, устанавливаемый в карбюраторе автомобильных двигателей. В нем реализован способ управления по отклонению. Поплавок, который является одновременно измерителем уровня и сравнивающим устройст-

Поплавок

К жиклерам

Рис. 1.5. Поплавковый регулятор карбюратора

вом, в зависимости от отклонения уровня бензина от требуемого значения с помощью иглы непосредственно регулирует приток бензина в камеру и поддерживает требуемый уровень. Таким образом, данная САР уровня бензина в камере является системой прямого регулирования.

Системы управления, основанные на способе управления по отклонению, непременно содержат обратную связь - канал связи, по которому информация об управляемой переменной поступает на управляющее устройство. Поэтому способ управления по отклонению называют также принципом обратной связи. Первыми промышленными регуляторами, построенными по принципу обратной связи, являются регулятор уровня котла паровой машины Ползунова (1765 г.) и регулятор угловой скорости паровой машины Уатта (1784г.). Поэтому принцип обратной связи иногда называют принципом Ползунова-Уатта.

На рис. 1.6 представлена система автоматического регулирования (САР) напряжения генератора, которая функционирует следую-

Рис. 1.6. САР генератора напряжения постоянного тока