1.2. Классификация систем управления.

Классификация САУ может быть осуществлена по различным принципам и признакам, характеризующим назначение и конструкцию систем, вид применяемой энергии, используемые алгоритмы управления и функционирования и т.д.

САУ

Рис. 1.2. Классификация систем автоматического управления

Классификация по характеру изменения величин:

1. Системы непрерывного действия

2. Системы импульсного действия (AM, ФМ, ЧМ, ШИМ, ЧИМ)

3. Системы дискретного действия (01001011110101100010101)

4. Системы релейного действия

Непрерывная САУ – САУ, в которой действуют непрерывные (аналоговые), определенные в каждый момент времени сигналы.

Дискретная САУ - САУ, в которой действует хотя бы один дискретный, определенный только в некоторые моменты времени сигнал.

К дискретным САУ относятся, например, САУ, имеющие в своем составе цифровые вычислительные устройства: микропроцессоры, контроллеры, электронные вычислительные машины.

Классификация по математическим признакам:

1. Линейные системы

2. Нелинейные системы

3. Существенно нелинейные

Линейные САУ – САУ, все элементы которых описываются линейными дифференциальными и/или алгебраическими уравнениями.

Нелинейные САУ – САУ, хотя бы один элемент которой описывается нелинейными дифференциальными и/или алгебраическими уравнениями.

Классификация по способу настройки:

1. Не адаптивные системы

2. Адаптивные системы:

   • Системы с переменной структурой

   • Системы с самонастройкой программы

   • Системы с самонастройкой параметров

   • Системы с самонастройкой структуры

Классификация по типу ошибки в статике:

1. Статические САУ

2. Астатические САУ

Статическая САУ – САУ, в которой имеется зависимость управляемой величины в установившемся режиме от величины возмущающего воздействия.

Астатическая САУ – САУ, в которой отсутствует зависимость управляемой величины в установившемся режиме от величины возмущающего воздействия.

Классификация по алгоритмам функционирования (по назначению):

1. Системы стабилизации

2. Системы слежения

3. Системы программного управления

4. Системы телеуправления

5. Системы самонаведения, сопровождения, автопилотирования

1.3. Принципы автоматического регулирования: по отклонению, по возмущению, комбинированный

Отклонения выходной величины от требуемого значения возникают из-за наличия возмущающих воздействий F(t), поступающих в систему в виде нагрузки на объект, изменений напряжения питающей сети и др.

Возмущающие воздействия F(t) могут быть различного характера:

- координатными F_к(t), которые изменяют непосредственно координату Y(t);

- параметрическими F_п(t), при действии которых изменяются параметры объекта и АУУ (температура окружающей среды, старение комплектующих элементов и др.).

На вход АУУ подается задающая величина X₃(t), закон которой определяется алгоритмом функционирования САУ, т.е.

Y(t) = f (X₃(t)) . (1.1)

Теперь можно сформулировать главную задачу управления: необходимо обеспечить минимальную величину отклонения ∆Y(t) выходного параметра объекта Y(t) от ее требуемого значения Y_тр(t) , т.е. в первом приближении (рис.1.1.2):

Y(t) - Y_тр(t) =  Y(t) min. (1.2)

Однако в теории принятия решений отклонение Y(t) не всегда дает объективную оценку достаточности управления или регулирования. Поэтому используется вероятностная величина отклонения от требуемого значения по минимуму суммы квадратов отклонений

. (1.3)

Для экономических условий возникает необходимость оценки достаточности управления, исходя из критериев экономического эффекта, времени выполнения операций и дополнительных условий, что отражается в следующем выражении:

, (1.4)

где C_1i, C_2i, C_3i - коэффициенты, учитывающие экономический эффект, затраты времени и дополнительные условия выполнения операций управления.

Отклонение Y(t) проявляется в системе в результате действий возмущений F(t), а также изменениях во времени величины X₃(t). При изменении X₃(t) выходная величина Y(t) не сразу примет нужное значение Y_тр(t), а спустя некоторое время после окончания переходного процесса. Переходный процесс может быть и колебательным, как показано на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Переходной процесс регулирования

Выходной параметр Y(t) достигнет требуемого Y_тр(t) за время переходного процесса t_пп.

Главный принцип управления состоит в том, чтобы уменьшить отклонение выходной величины Y(t) от требуемой Y_тр(t), т.е.

Y(t) - Y_тр(t) = ΔY(t) min.

Принцип управления по возмущению

При возмущении F(t) возникает отклонение ΔY_F(t). Если компенсирующее воздействие ΔY_u(t) будет равным по величине и обратным по знаку ΔY_F(t), то отклонения выходной величины не будет:

ΔY_F(t) = - ΔY_u(t), ΔY(t) = 0. (1.5)

Схема САУ с управлением по возмущению приведена на рис.1.4.

Рис.1.4. Функциональные схемы САУ по возмущению: ИЭ_F - измерительный элемент возмущения

Для уменьшения отклонения ΔY_F(t), вызванного возмущением F(t), возмущение измеряется и преобразуется АУУ в управляющее воздействие U(t), которое вызывает компенсирующее отклонение ΔY_u(t), равное по величине и противоположное по знаку отклонению ΔY_F(t).

Такие системы полностью компенсируют возмущение, они разомкнутые, в них нет проблем устойчивости, очень быстродействующие.

Принцип управления по отклонению

Для уменьшения отклонения ΔY(t) производится измерение разности между заданным и текущим значениями выходной величины и в зависимости от величины и знака этого отклонения осуществляется автоматическое воздействие на ее уменьшение. Если отклонение ΔY(t) возникает при изменении X₃(t) или по изменению выходной величины Y(t), то вырабатывается сигнал рассогласования (рис.1.5).

ε(t) = X₃(t) - X_oc(t). (1.6)

Рис.1.5. Функциональная схема САУ по отклонению: ε(t) - сигнал рассогласования; ИЭ_о - измерительный элемент обратной связи

Такие системы управляют выходной величиной независимо от причин отклонения ΔY(t) (нагрузка, температура, изменение параметров звеньев и элементов). Однако присутствует обратная связь, эти системы замкнутые и возникает проблема устойчивости.

Современные САУ высокой точности строятся на основе сочетания управлений по возмущению, т.е. комбинированное управление (рис.1.6).

Рис.1.6. Функциональная схема комбинированной САУ

Комбинированная САУ – система, в которой входными воздействиями ее управляющего устройства являются как внешние (задающее и возмущающее), так и внутреннее (контрольное) воздействия.

Эффективность работы комбинированной САУ всегда больше, чем у порознь функционирующих замкнутой или разомкнутой систем.