Введение Классификация сау. Принципы автоматического управления

Теория автоматического управления (ТАУ) - это наука о принципах построения и методах расчётов систем автоматического управления (САУ). САУ в самом общем виде имеют следующую обобщенную структурную схему:

Задатчиком (ЗД) задается желаемый закон изменения сигнала x_ж . Все остальные элементы САУ должны работать так, что бы фактический сигнал х_ф, который пропорционален выходному сигналу y объекта управления (ОУ) повторял закон изменения входного сигнала x_ж с заданными показателями качества, такими как ошибка, время регулирования и т.д.

Чувствительный элемент (ЧЭ) преобразует выходной сигнал y объекта управления к виду х_ф, в котором представлен сигнал x_ж, например, при электрическом сигнале х_ж сигнал х_ф также электрический.

Элемент сравнения (ЭС) служит для формирования сигнала ошибки регулирования ε, равного разности желаемого х_ж и фактического х_ф значений сигналов САУ.

Регулятор (Рег) - ключевой элемент САУ, который выполняет такие преобразования сигнала, при которых обеспечиваются требуемые показатели качества регулирования.

В САУ также обычно используются: усилитель мощности (УМ), исполнительный механизм (ИМ), и регулирующий орган (РО), предназначенные для того, чтобы преобразовывать маломощный сигнал регулятора в мощный сигнал, действующий на ОУ.

Классификация сау

Системы автоматического управления (САУ) достаточно разнообразны, однако они поддаются четкой классификации по следующим признакам:

1. По виду уравнений статики и динамики, описывающих процессы управления: линейные и нелинейные.

2. По закону изменения входного сигнала x:

- системы автоматической стабилизации (x=const); примеры: САР частоты вращения дизеля; система автоматической стабилизации напряжения судовой сети САУ курсом судна в режиме "Автомат";

- системы программного управления (закон изменения x заранее известен); пример: САР стерилизации консервов в автоклаве;

- следящие системы (x изменяется по произвольному закону); пример: САУ курсом судна в режиме "Следящий".

3. По виду используемого регулятора:

- линейные, нелинейные, импульсные и цифровые САУ.

4. По общему алгоритму функционирования:

- обычные САУ; оптимальные и адаптивные САУ.

Принципы автоматического управления

Основополагающими понятиями САУ являются:

- структурная схема САУ и динамические характеристики звеньев САУ;

- состав и характеристики входных сигналов, которые подразделяются на сигналы управления и сигналы возмущения;

- совокупность показателей качества регулирования выходного сигнала.

Все многообразие САУ может быть сведено к 3-м элементарным схемам управления, называемыми также принципами управления: прямое управление, управление по возмущению, управление по отклонению.

1.2.1. Принцип прямого управления (рис.В.2)

С АУ с прямым управлением содержит ОУ (на рис.В.2 под объектом управления понимается совокупность УМ+ИМ+РО+ОУ+ЧЭ из элементов рис.В.1) и регулятор. На ОУ и Рег действуют возмущающие сигналы g₁,…,g₆, изменяющие произвольным образом и которые ведут к непредсказуемым изменениям их выходных сигналов и и у. За выходным сигналом y следит человек-оператор, который вручную изменяет сигнал x так, чтобы достичь заданных значений сигнала y. Сигналы возмущения g₁..g₆ человеком не контролируются.

Данная САУ называется также САУ разомкнутого типа, чем подчеркивается то обстоятельство, что выходной сигнал у не используется техническими средствами автоматизации УМ, ИМ, РО, ОУ, ЧЭ и Рег в формировании сигнала задания х и управления объектом.

Достоинства: Предельная простота регулятора.

Недостатки: 1. Обязательное присутствие человека- оператора, который является наиболее ненадежным звеном САУ.

2. Малая точность регулирования, особенно в динамике, когда сигналы х, g₁, ..., g₆ быстро изменяются.

3. Невысокое быстродействие, обусловленное медленной реакцией человека на изменения сигнала у.

Пример: Электропривод якорно-швартового устройства. Оператор с помощью соответствующих органов управления задаёт одну из фиксированных скоростей вращения двигателя. Сигналами возмущения g₁..g₆ являются: натяжение якорной цепи, напряжение питания электродвигателя, температура обмоток двигателя и др.