!!!16 Вопрос отсутствует в билетах!!!

17. Принципы автоматического регулирования (принцип отрицательной обратной связи; основные свойства линейных систем, дифференциальные и разностные уравнения линейных физических систем; преобразования Лапласа и Фурье для непрерывных систем; z- преобразование для дискретных систем; непрерывные и дискретные передаточные функции; устойчивость непрерывных и дискретных систем; основные законы регулирования; понятие робастных систем управления; уравнения динамики систем управления в пространстве состояний, рекурсивно-итерационные методы решения уравнений).

Любая система автоматического управления (регулирования) состоит из двух основных частей: объекта управления и управляющего устройства. Объект управления (регулирования) – это устройство, требуемый режим которого обеспечивается специально организованным управлением (аппарат, оборудование или технологический процесс и т.п.).

Управление объектом в автоматических системах осуществляется с помощью управляющего устройства (автоматического регулятора). Управляющее устройство – это устройство, осуществляющее воздействие на объект управления с целью обеспечения требуемого режима работы.

Состояние объекта определяется рядом величин. Те из них, по которым ведется управление, называются управляемыми (регулируемыми, выходными). Требуемое значение управляемой величины определяется задающим (командным, входным) воздействием, приложенным к входу управляющего устройства. Управляемые (выходные) величины изменяются под влиянием приложенных к объекту воздействий: управляющих (регулирующих) и возмущающих.

Управляющее (регулирующее) воздействие – это воздействие управляющего устройства (автоматического регулятора) на объект.

Возмущающее воздействие (помеха) – это все воздействия, вызывающие непланируемые изменения выходной величины (например, изменение нагрузки объекта). Возмущающие воздействия могут возникнуть и внутри самой автоматической системы в результате нарушения нормального функционирования ее отдельных элементов.

Совокупность взаимодействующих между собой объекта управления и управляющего устройства с целью управления объектом называется системой автоматического управления (регулирования) – САУ (САР). Задачи системы автоматического управления: компенсация влияния всех возмущающих воздействий и поддержание требуемого значения управляемой величины.

Закон изменения требуемого значения управляемой величины либо задается заранее, либо формируется в процессе работы системы.

Системы автоматического управления могут быть построены с использованием следующих принципов:

1) управление по разомкнутому циклу (по возмущению);

2) управление по замкнутому циклу (по отклонению, с обратной связью);

3) комбинированное управление.

В разомкнутых системах управления (рис. 2.1) действительное значение управляемой величины Х_вых(t) не контролируется.

Рис. 2.1. Разомкнутая система управления управления

Управляющее воздействие Х_р(t) формируется на основе информации о некоторых основных контролируемых возмущающих воздействиях f_i(t). Поэтому такие системы часто называются системами управления по возмущению. Требуемый закон изменения управляемой величины определяется задающим воздействием Х_вх(t).

Поскольку в таких системах компенсируется влияние не всех возмущающих воздействий, а только одного или нескольких основных, то точность их работы может оказаться не всегда удовлетворительной.

В замкнутых системах управления (рис. 2.2) контролируется действительное значение управляемой величины Х_вых(t). Информация о ней используется для формирования управляющего воздействия Х_р(t). Цепь, по которой информация об управляемой величине передается на управляющее устройство, называется главной обратной связью.

Рис. 2.2. Замкнутая система управления управления

Отличительной особенностью замкнутых систем является их универсальность. Любое отклонение управляемой величины Х_вых(t) от ее заданного значения Х_вх(t) вызывает появление управляющего воздействия Х_р(t), направленного на ликвидацию этого отклонения. Благодаря универсальности замкнутые системы получили преимущественное применение в технике.

В системах, работающих по принципу комбинированного управления, для формирования управляющего воздействия используется как информация о действительном значении управляемой величины, так информация об основных возмущающих воздействиях (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Комбинированная система управления управления

В дальнейшем будут рассмотрены вопросы теории автоматического управления применительно в основном к замкнутым системам автоматического управления (регулирования).

Функциональная схема типовой замкнутой системы автоматического управления, отражающая назначение входящих в состав управляющего устройства элементов, представлена на рис. 2.4.

Рис. 2.4.Функциональная схема замкнутой системы управления

Функционально необходимыми элементами любой САУ в общем случае являются:

1) объект управления;

2) исполнительный элемент, который вырабатывает управляющее воздействие, прикладываемое к объекту управления;

3) усилительный элемент, осуществляющий необходимое преобразование сигнала ошибки и, в частности, его усиление по мощности;

4) измерительный элемент, служащий для измерения отклонения управляемой величины от заданного значения.

Кроме перечисленных элементов, в состав управляющего устройства могут входить последовательные корректирующие устройства, параллельные корректирующие устройства (местные обратные связи), предназначенные для придания системе требуемых динамических свойств.

Основными признаками деления автоматических систем на большие классы по характеру внутренних динамических процессов являются следующие.

1. По принципу управления САУ:

– обыкновенные (разомкнутые, замкнутые, комбинированные);

– самонастраивающиеся;

– игровые.

2. По назначению (характеру задающего воздействия) САУ:

– системы стабилизации (задающее воздействие Х_вх(t)=const);

– системы программного управления (задающее воздействие Х_вх(t) – известная, заранее заданная функция времени);

– следящие системы (задающее воздействие Х_вх(t) является случайной функцией времени).

Системы стабилизации применяются для поддержания постоянства управляемых величин различных объектов, например, напряжения генератора, угловой скорости вращения вала электродвигателя, температуры, давления в гермокамере и т. д.

Системы программного регулирования применяются для программного управления технологическими процессами, программного регулирования температуры, программного управления станками и т. п.

Следящие системы находят применение для управления, например, человеком - оператором, по приборам, положением вентиля крана, для управления положением РЛС ПУ.

3. В зависимости от ошибки в установившемся режиме при постоянном внешнем воздействии (управляющем или возмущающем) системы автоматического управления принято подразделять на статические и астатические.

Система автоматического управления именуется астатической по отношению к управляющему воздействию, если при воздействии, стремящемся к установившемуся значению, ошибка стремится к нулю независимо от величины воздействия.

На основании этого можно сделать заключение о том, что по точности астатические системы лучше статических и поэтому последние годы находят более широкое применение.

4. В зависимости от характера сигналов на входе и выходе элементов автоматического устройства:

– САУ непрерывного управления (сигналы на входе и выходе всех элементов представляют собой непрерывные функции времени);

– САУ дискретного управления (импульсные, релейные);

5. По виду дифференциальных уравнений, описывающих процессы управления:

– линейные САУ (процессы описываются линейными уравнениями);

– нелинейные САУ (процессы описываются нелинейными уравнениями).

6. По числу управляемых величин:

– САУ одноканальные (с одной управляемой величиной);

– САУ многоканальные (с несколькими управляемыми величинами).

7. По виду используемой энергии:

– электрические;

– гидравлические;

– пневматические;

– электрогидравлические;

– электропневматические.

САУ можно классифицировать и по другим признакам.

Замкнутые и разомкнутые системы управления

В разомкнутых системах управления (рис. 2.1) действительное значение управляемой величины Х_вых(t) не контролируется.

Рис. 2.1. Разомкнутая система управления управления

Управляющее воздействие Х_р(t) формируется на основе информации о некоторых основных контролируемых возмущающих воздействиях f_i(t). Поэтому такие системы часто называются системами управления по возмущению. Требуемый закон изменения управляемой величины определяется задающим воздействием Х_вх(t).

Поскольку в таких системах компенсируется влияние не всех возмущающих воздействий, а только одного или нескольких основных, то точность их работы может оказаться не всегда удовлетворительной.

В замкнутых системах управления (рис. 2.2) контролируется действительное значение управляемой величины Х_вых(t). Информация о ней используется для формирования управляющего воздействия Х_р(t). Цепь, по которой информация об управляемой величине передается на управляющее устройство, называется главной обратной связью.

Рис. 2.2. Замкнутая система управления управления

Отличительной особенностью замкнутых систем является их универсальность. Любое отклонение управляемой величины Х_вых(t) от ее заданного значения Х_вх(t) вызывает появление управляющего воздействия Х_р(t), направленного на ликвидацию этого отклонения. Благодаря универсальности замкнутые системы получили преимущественное применение в технике.

Принято различать три фундаментальных принципа управления: принцип разомкнутого управления, принцип компенсации, принцип обратной связи.