1. Объект регулирования (рис.3.2). Объектом регулирования является генератор постоянного тока, для которого справедливо уравнение
,
где – активное сопротивление цепи якоря. Зависимость называется внешней характеристикой генератора и является одной из его статических характеристик. Согласно (3.4) статизм этой характеристики больше нуля
. Рис.3.2
Это означает, что по внешней характеристике генератор относится к устройствам статического типа.
2. Система стабилизации напряжения «статическая» (рис.3.3).Система имеет управляющее устройство, состоящее из источника регулируемого эталонного напряжения , усилителя, измерительного устройства в виде потенциометра R и цепи обратной отрицательной связи.
Когда под действием какого либо фактора изменяется выходное напряжение U, изменяется и величина ошибки регулирования . Пусть, например, произошло уменьшение U, тогда при отрицательной ОС рассогласование (ошибка) увеличится, и в системе произойдут следующие изменения: увеличится ток возбуждения , следовательно, увеличится э.д.с. якоря, и увеличится напряжение на зажимах генератора.
Рис. 3.3
Количественную оценку процесса регулирования сделаем с помощью математической модели системы, которая представляется следующей группой уравнений:
уравнение замыкания системы
(3.5)
уравнение усилителя с коэффициентом усиления
(3.6)
уравнение цепи обмотки возбуждения с сопротивлением
(3.7)
уравнение э.д.с. генератора
(3.8)
уравнение цепи якоря генератора
(3.9)
Совместное решение уравнений (3.5 -3.9) дает все возможные статические характеристики автоматической системы, некоторые из которых рассмотрим ниже.
Статическая ошибка регулирования . Для получения этой характеристики за независимую переменную примем I, за зависимую переменную примем , после исключения остальных переменных получим
.
Ошибка регулирования в установившемся режиме системы определится уравнением
(3.10)
где – коэффициент усиления разомкнутой системы. Это уравнение показывает, что увеличением коэффициента усиления k ошибку регулирования можно сделать сколь угодно малой, но ее полное исчезновение принципиально невозможно. Этот вывод можно сделать и из принципа действия системы: действительно, напряжение на обмотке возбуждения генератора не может существовать без сигнала рассогласования на входе усилителя, то есть в этой системе ошибка регулирования является фактором, обеспечивающим ее работоспособность.
Статическая внешняя характеристика системы . Решение системы уравнений относительно переменных U и I дает уравнение
(3.11)
где – напряжение системы в режиме холостого хода,
, .
Статизм системы. Этот параметр системы определяется согласно (3.3) с использованием внешней характеристики (3.11)
(3.12)
Статизм внешней характеристики системы. Подставляя в (3.4) значения напряжения системы по (3.11) при холостом ходе и при номинальной нагрузке , получим
. (3.13)
3. Система стабилизации напряжения «астатическая» (рис.3.4).Принципиальным отличием данной системы от предыдущей является использование в цепи управления исполнительного двигателя ИД, который и создает астатизм. Когда в системе рассогласования нет и напряжение на исполнительном двигателе равно нулю, движок потенциометра П неподвижен. Но при любом изменении напряжения генератора появляется рассогласование , которое заставляет исполнительный двигатель ИД вращаться. При правильном включении цепи обратной связи (это должна быть отрицательная ОС) движок потенциометра будет перемещаться в сторону, уменьшающую рассогласование. Вращение двигателя прекратится при исчезновении напряжения на его якоре, то есть при
Рис.3.4