Сравнивающие устройства или элементы сравнения являются неотъемлемой частью любой системы автоматического управления. К одному из входов сравнивающего устройства, как правило, подключается датчик, к другому — задающее устройство (задатчик).
В качестве задающих устройств в электрических схемах сравнения обычно используют переменные резисторы, а в отдельных случаях — многоцепные переключатели с набором резисторов, потенциометры с профильными каркасами, кулачковые механизмы и другие устройства. С развитием вычислительной техники в качестве задающего устройства стали использоваться специальные программы.
В сравнивающих устройствах управляемая величина Y(t), контролируемая датчиком, сравнивается с сигналом задания Yз(t), формируемым задатчиком. На выходе сравнивающего устройства устанавливается исполнительный механизм (ИМ), который в зависимости от сигнала рассогласования е, определяемого выражением ε(t) = Yз(t) - Y(t) может находиться в состоянии равновесия (при е = 0) или рабочем состоянии (при е ≠ 0). Пусковое устройство включает ИМ в целях устранения рассогласования.
Сравнивающие устройства измеряют рассогласование ε(t) = Yз(t) - Y(t) – отклонение управляемой величины Y(t) от ее заданного значения Yз(t). Сравнивающие устройства в зависимости от вида обрабатываемого сигнала могут быть аналоговые и цифровые, а по результату сравнения – релейными (двух- и более позиционными) или иметь на выходе абсолютную разность рассогласования.
На рис.1а приведена схема сравнивающего устройства на операционном усилителе ОУ с отрицательной обратной связью через резистор R0. На оба входа ОУ подаются: на инвертирующий (-)- сигнал выходной управляемой величины САУ Y(t), а на неинвертирующий (+) - сигнал с задающего устройства Yз(t). Если принять в схеме
R2/R3=R1/R0,
то сигнал на выходе будет пропорционален разности
ε (t)= [Yз(t) - Y(t)] R0/R1.
Этот сигнал подается на другие элементы САР, в частности в регулирующее устройство для выработки соответствующего сигнала управления.
Для двухпозиционного регулирования используются компараторы (нуль-органы) (рис.1б), в котором в отличие от схемы (рис.1а) отрицательная обратная связь отсутствует, т.е. ОУ работает с коэффициентом усиления, стремящимся к бесконечности. В этом случае на выходе ОУ при ε (t)=<0 сигнал d(t) скачком изменяется с логической “1” на логический “0”. Аналоговые схемы сравнения сигналов просты, но не всегда имеют достаточную точность и стабильность работы.
Рисунок 1 – Аналоговые сравнивающие устройства.
Для сравнения цифровых величин применяются цифровые логические схемы. Сравнение производится поразрядно. На рис.2 приведена схема сравнения одноразрядных кодов двух сравниваемых величин Y(t) и Yз(t), собранная на логических элементах И.
Схему сравнения для двух и более разрядов составляют из одноразрядных схем. Цифровые схемы более громоздки в исполнении, но более надежны в работе в сравнении с аналоговыми.
Поэтому в отдельности они применяются достаточно редко. Все большее применение находят цифровые сравнивающие устройства, реализуемые рабочими программами микропроцессорных устройств.
Рисунок 2 – Схема сравнения одноразрядных кодов двух сравниваемых величин Y(t) и Yз(t).
Контрольные вопросы:
1. Каково назначение задающего устройства в САУ?
2. Как и в каком виде вводятся заданные величины в различных САУ?
3. Как работают и чем отличаются командоаппараты непрерывного и дискретного действия?
4. Приведите схемы кулачковых задающих устройств.
5. Поясните работу задающего устройства, выполненного по релейной схеме.
6. Какова функция устройств сравнения в составе САУ?
7. Поясните работу электрической мостовой схемы сравнения.
8. Как можно сравнивать механические величины?