1. Основные понятия теория автоматического управления.

1948 г. – Кибернетика – наука об управлении в живой и неживой природе – Норберт Винер.

Впервые «кибернетика» как понятие появилось у Платона – наука об управлении в обществе(430г. до н. э.)

Первые автоматы – I век н. э.(описал Александрийский)

1775 г. – Ползунов – придумал приспособление для поддержание уровня жидкости в котле.

1782 г. – регулятор Уатта – приспособление для паровой машины – вне зависимости от нагрузки угловая скорость вращения вала должна оставаться постоянной.

Регулятор Ползунова (поддерживать Н₀)

Константинов - регулятор для электричества.

Вышнеградский, Лепунов, Чебышев.

Автоматика – научная дисциплина – раздел кибернетики, изучающий методы анализа и синтеза САУ(САР) вне зависимости от их физической природы.

Одно из основных положений в кибернетике(автоматике) :

Управление – процесс переработки информации.

Понятие об управлении. Роль информации в управлении.

Управление – создание условий, обеспечивающих требуемое протекание процесса.

Управление направлено на достижение определенной цели.

Объект управления(ОУ) – агрегат, машина, аппарат, комплекс машин и т. д., в которых протекает процесс, подлежащий управлению.

Процесс управления:

1. Получение информации о цели управления.

2. Получение информации о результатах управления.

3. Получение анализа полученной информации и выработка соответствующих управляющих решений.

4. Выполнение принятого решения.

Для этого необходимо иметь:

1. Источники информации о цели управления.

2. Источники информации о результатах управления.

3. Устройства для анализирования полученной информации и выработки управляющих решений.

4. Устройство, которое реализует принятое решение.

Управление бывает:

1. Автоматическое управление – если реализация всех элементов процесса управления (регулирования) осуществляется специально созданным техническим устройством без непосредственного участия человека.

Автоматические управляющие устройства - автоматически действующие устройства, предназначенные для реализации процесса управления(регулирования) – УУ(УР).

2. Ручное управление - если реализация всех элементов процесса управления(регулирования) осуществляется человеком.

3. Автоматизированное управление – управление осуществляется совместными действиями технических устройств и человека.

Автоматическое регулирование– поддержание постоянной или изменение по заданному закону некоторой величины, характеризующей этот процесс.

Автоматическое управление – автоматическое осуществление совокупности воздействий, выбранных из множества возможных на основании определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с целью управления.

ОУ + УУ = САУ ОУ + УР = САР

Объект автоматического управления (регулирования)

z - вектор параметров, характеризующий состояние изделия, будем считать, что зависит только от времени и не зависит от пространства.

где n₁≤n

y - вектор параметров состояния ОУ, по которым ведётся управление – это вектор управляемых параметров, а сами параметры – называются управляющими параметрами.

x(t) – совокупность всех внешних воздействий, которые могут повлиять на y(t).

u(t) - вектор управляющих воздействий (вырабатывает устройство управления/регулирования).

g - вектор задающих воздействий; определяет требуемый закон изменения вектора y - это цель управления.

g_i описывает закон изменения y_i.

f - вектор возмущающих воздействий.

f_Н(t) –(нагрузка) внешнее воздействие, приложенное к ОУ, независящее от устройства управления/регулирования и являющееся причиной изменения работы ОУ.

f_П(t) - (помехи) внешнее воздействие, приложенное на отдельные части как ОУ, так и УУ, не содержащее информации необходимой для управления.

Выделим 2 вектора: y(t) и u(t).

Если вектор y(t) и вектор u(t) зависят от одного параметра(кроме времени), то этот ОУ называется одномерным.

Если вектор y(t) и вектор u(t) зависят от двух и более параметров, то этот ОУ называется многомерным.

Если между параметрами вектора y(t) и вектора u(t) нет функциональной связи, то этот ОУ является односвязным.

Если между параметрами вектора y(t) и вектора u(t) есть одна или более функциональная связь, то ОУ является многосвязным.

Правило или функциональная зависимость, в соответствии с которой УУ или УР формирует вектор управляющих воздействий, называется законом или алгоритмом управления.

Здесь параметры либо линейные, либо интегральные, либо описываются системой дифференциальных уравнений в полных дифференциалах.

Если параметры ОУ и всех векторов не зависят от пространственных координат, а зависят только от времени, то такой ОУ называется ОУ с сосредоточенными параметрами.

Если хотя бы один параметр зависит хотя бы от одной пространственной координаты, то такой ОУ называется ОУ с рассредоточенными параметрами.

Для статических условий y=F₁(t) называется статической характеристикой объекта.

ОУ может быть:

1. Устойчивым «в малом»/«в большом»

2. Неустойчивым

3. Нейтральным

ОУ устойчив, если после кратковременного внешнего воздействия он с течением времени возвращается в исходное (близкое к нему) состояние.

Если ОУ не возвращается (а даже отдаляется) от исходного положения, то ОУ неустойчив.

Если ОУ переходит в другое состояние равновесия, то ОУ нейтрален.

Если кратковременное внешнее воздействие без ограничений, то устойчивость «в большом».

Если кратковременное внешнее воздействие ∆x с ограничением (∆x≤A), то устойчивость «в малом».

Задачи теории САУ(САР):

1. Анализ уже существующих систем

2. Синтез новых систем