Построим  схему, соответствующую принципу жесткого управления, изображенную на рисунке 5. 

      

Рис.5 Функциональная схема жесткого управления

Рассмотрим элементы схемы:

1. На датчик поступает сигнал
2. Роль СУ исполняет регулятор влажности типа СПР-3-04, который задает управляющее воздействие
3. Под воздействием возмущающих воздействий, которые суммируются с управляющим воздействием объект управления нужный уровень влажности, получаем выходной сигнал .

 

     Ответим на поставленные вопросы:

1. данной САУ решается задача регулирования влажности в теплице;
2. диапазон регулирования системы 0…100% RH;
3. в данной САУ использован принцип непрямого регулирования;
4. объектом регулирования является микроклимат в теплице;
5. измеряемой переменной является % RH;
6. во время процесса регулирования измеряется уровень влажности;
7. управляющим воздействием устройства управления на объект управления является сигнал с датчика, возмущающий сигнал обуславливается природными феноменами;
8. устройства сравнения в системе не имеется.

     1.2. Решение задачи по методу управления по отклонению

 

     Решая задачу с помощью принципа управления по отклонению, мы добьемся более точных результатов, это становится возможным благодаря обратной связи, которая выходной сигнал и в зависимости от ошибки происходит поправка.

     Построим  схему, соответствующую принципу управления по отклонению, изображенную на рисунке 6.

     

Рис.6 Функциональная схема управления по отклонению 
 

      Рассмотрим  элементы схемы:

1. На датчик поступает сигнал
2. На объект воздействуют управляющее воздействие, совместно с возмущающими воздействиями f , которые создают ошибку
3. Ошибка регистрируется датчика влажности, который преобразует ее в потенциал, пропорциональный величине ошибки.
4. Полученное значение передается по каналам связи на реле, которое анализирует и подает сигнал на на магнитный пускатель электродвигателя водонасосной станции и электромагнитный вентиль , открывающий доступ воды к распылителям в виде управляющего воздействия , путем использования обратной связи.
5. Уровень влажности восстанавливается.

     Данный  принцип управления более точный, по сравнению с жестким управлением, но полная компенсация влияния возмущающих воздействий невозможна. При этом он отличается простой реализацией на практике.

     Ответим на поставленные вопросы:

1. данной САУ решается задача регулирования влажности в теплице;
2. диапазон регулирования системы  0…100% RH;
3. в данной САУ использован принцип непрямого регулирования;
4. объектом регулирования является микроклимат в теплице;
5. измеряемой переменной является % RH;
6. во время процесса регулирования измеряется уровень влажности;
7. управляющим воздействием устройства управления на объект управления является сигнал с датчика, возмущающий сигнал обуславливается природными феноменами;
8. в системе в качестве устройства сравнения используются сравнивающие органы датчиков влажности

     1.3. Решение задачи по методу управления по возмущению

 

     Решая задачу с помощью принципа управления по возмущению, мы добьемся наиболее точных результатов, это становится возможным  благодаря учету возмущающих воздействий еще до того, как они окажут влияние на объект, компенсируя их управляющим воздействием. При такой схеме теоретически возможна полная компенсация влияния возмущений, но только по тем воздействиям, по которым ведется учет.

     Построим  схему, соответствующую принципу управления по возмущению, изображенную на рисунке 7.

     

Рис.7 Функциональная схема управления по возмущению

      Рассмотрим  элементы схемы:

1. Уровень влажности в теплице регистрируется датчиком, также регистрируются возмущающие воздействия, основным возмущающим факторами является температура кровли и  солнечная  радиация.  Ученые учитывают эти факторы применением специального «стеклянного датчика», который представляет собой резистор из тонкой медной проволоки, залитой жидким стеклом. Он прикреплен на остеклении кровли теплицы и включен последовательно с датчиком температуры воздуха в теплице. Таким образом, изменение внешней температуры сразу же изменяет выходную величину регулятора, к этому же приводят осадки и повышенная солнечная активность.  Такое решение улучшает характеристики САР
2. Информация поступает на исполнительный механизм. В качестве исполнительного механизма системы используется миниспринклер 4191 компании  JHi I.S., который исходя из возможной ошибки, задает управляющее воздействие .
3. На датчик влажности Honeywell поступает сигнал , совместно с ним поступают сведения об возмущающих воздействиях, которые действуют в данный момент .
4. После выхода их сумматора получаем сигнал управляющего воздействия n .

     Ответим на поставленные вопросы:

1. данной САУ решается задача регулирования влажности в теплице;
2. диапазон регулирования системы  0…100% RH
3. в данной САУ использован принцип непрямого регулирования;
4. объектом регулирования является микроклимат в теплице;
5. измеряемой переменной является % RH
6. во время процесса регулирования измеряется уровень влажности;
7. управляющим воздействием устройства управления на объект управления является сигнал с датчика, возмущающий сигнал обуславливается природными феноменами;
8. в системе в качестве устройства сравнения используется датчик влажности Honeywell — это интегрированный прибор. Помимо чувствительного элемента, на той же подложке расположена схема обработки сигнала, которая обеспечивает преобразование сигнала, его усиление и линеаризацию.

     1.4. Сравнительный анализ

 

      В данной работе рассмотрено три системы автоматического управления: жесткое, по отклонению и по возмущению. Проведем сравнительный анализ нескольких параметров этих систем.

По быстродействию реализованные системы имеют  практически равные показатели, но большее значение этого параметра имеет система управления по возмущению.

      По  точности данные системы имеют значительные отличия. Рассмотрим систему жесткого управления: любое неожиданное  воздействие (гроза, резкое понижение \повышение температуры) и она не сможет обеспечить нужный уровень влажности, что может привести к аварийной ситуации. Система управления по возмущению будет обладать наибольшей точностью, потому что она анализирует возможное отклонение еще до того, как оно оказало влияние. Система управления по отклонению использует данные, для восстановления необходимого уровня и при ее использовании не произойдет серьезных отклонений.

      По  реализации наиболее рациональным, с  точки зрения уже приведенных аргументов и сложности реализации систем, безусловно является система управления по отклонению, т.к. она не требует особой аппаратура, в сравнении с системой управления по возмущению, т.к. она следит только за фактическими изменениями уровня влажности.

      Рассмотрев  основные критерии данных систем автоматического  управления, можно сделать вывод, что лучшим вариантом реализации будет система управления по отклонению. При равных затратах (а возможно и меньших) мы получаем более точную систему. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Часть 2.

1. Описание устройства и действия элементов всей системы.

  

  Рис. 8. Система управления напряжением генератора постоянного тока с ЭМУ. 

   На  систему подается сигнал в виде напряжения U₁, которое накапливается на обмотке управления (ОУ). После чего напряжение подается на электромашинный усилитель (ЭМУ). Напряжение U_в накапливается на обмотке возбуждения (ОВ), после чего, достигнув определенного значения, динамические головки генератора (Г) начинают снимать электроэнергию с последней катушки. Затем полученное напряжение идет на обратную связь. Сигнал проходит через электронный усилитель (У) и корректирующее устройство (КУ). Пройдя обратную связь, сигнал попадает на потенциометр обратной связи (ОС) для того, чтобы сравнить напряжение с начальным при помощи устройства сравнения.

   Главным свойством данной системы является обратимость. То есть двигатель преобразует  и вырабатывает электроэнергию сам  для себя. Это служит для увеличения КПД, а также экономии электроэнергии внешних электродвигателей. Двигатель, будучи отключен от питающего его источника, вращаясь по инерции, сразу же переходит в генераторный режим из-за наличия в нём противоэлектродвижущей силы. Также появляется возможность резкого торможения двигателя (электродинамическое торможение), которое происходит в случае если одновременно с отключением от источника двигатель замкнуть на небольшое сопротивление, то под действием противоэлектродвижущей силы в замкнутой цепи якорной обмотки возникнет большой ток, который и создаст в двигателе тормозящий момент, направленный против его вращения, вследствие чего двигатель быстро остановится. Кроме того, генерируемый двигателем ток может подзаряжать аккумуляторы транспортного средства, на котором установлен, либо возвращаться в питающую электросеть, как происходит на электропоездах при торможении или движении под уклон. 
 

  2.2. Структурная схема системы и определение передаточных функции разомкнутой и замкнутой систем (относительно задающего, возмущающего воздействия и ошибки). Составить соответствующие дифференциальные уравнения и уравнения статики. 

    Структурная схема заданной системы представленная на рис. 9.

   

   Рис. 9. Структурная схема данной системы.

    Изобразим схему с передаточными  функциями: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Определим передаточные функции системы:

Рассчитаем передаточную функцию разомкнутой системы: 

                  (2.1)

   Подставим численные значения в формулу (2.1):

                      (2.2)

Дифференциальное  уравнение передаточной функции  относительно задающего воздействия, для разомкнутой системы:

                           (2.3)

                    (2.4)

Уравнение статики передаточной функции относительно задающего воздействия, для разомкнутой  системы:

    =>  система обладает интегрирующими  свойствами

                                                            (2.5)

Подставив формулу (2.5) в (2.4), получим: ,                       (2.6) 
 

Общая передаточная функция замкнутой  системы относительно задающего  воздействия:

   Подставим числовые значения из таблицы 1 в полученную формулу: 

     
 

Дифференциальное  уравнение передаточной функции  относительно задающего воздействия, для замкнутой системы: 

 
 

Уравнение статики передаточной функции относительно задающего воздействия, для замкнутой системы: Uг*3.34=36*U1, U1=Uг*0.09 

Общая передаточная функция замкнутой  системы относительно возмущающего воздействия:

Подставим в полученную формулу численные  значения:

Дифференциальное  уравнение передаточной функции относительно возмущающего воздействия:

Уравнение статики передаточной функции: 3.24*Uг = 6*Uя, Uг = 1.85*Uя. 

Передаточная  функция замкнутой системы относительно ошибки: