3 Порядок линейной системы
Сложность линейной системы передачи определяется ее порядком (то есть числом включенных в систему элементов, аккумулирующих энергию). Емкостно-резистивный элемент, изображенный на рисунке 2, имеет один элемент аккумулирования энергии (а именно, конденсатор) и, таким образом, составляет систему 1-ого порядка. Если постоянное входное напряжение uin приложено к цепи во время t = 0, то результатом для выходного напряжения uout будет кривая зарядки, известная для конденсатора и имеющая экспоненциальную форму.
Рис. 2 Управляемая система 1-ого порядка
На Рис. 3 показан электрический резонансный контур, состоящий из сопротивления R, катушки индуктивности L и конденсатора C.
Рис. 3 Управляемая система 2-ого порядка
В технологии автоматического управления передающие элементы обычно представляются в виде блочной структуры независимо от их фактической физической структуры (электрической, механической ...) (Рис. 4). Такая система имеет обычно одну или более входную переменную (y) и одну или более выходную переменную выхода (x). Комбинируя индивидуальные блоки системы (последовательные или параллельные соединения), можно изобразить в ясной и прямой форме любое число сложных структур системы.
Рис. 4 Блочная структура передающего элемента
4 Управляемая система (controlled system) Что такое управляемая система?
Управляемая система имеет входную переменную и выходную переменную. Зависимость между одной или многими входными и выходными переменными могут быть записаны в виде математических уравнений, основанных на физических законах.
Физические законы могут быть определены экспериментально.
Пример.
Рис. 5 Управляемая система «водяная баня»
Резервуар с водой должен быть установлен при постоянной температуре. Вода нагревается паром, протекающем по трубе. Скорость потока пара может устанавливаться вентилем.
Задача реализуется в управляемой системе с входным параметром «температура в резервуаре» и выходным параметром «позиция управляемого вентиля».
Последовательность в этой системе управления:
Позиция вентиля влияет на скорость потока (расход) внутри трубы.
Количество пара определяет количество теплоты, проходящее через ванну.
Температура в ванне растёт, если поступление теплоты больше, чем потери теплоты.
Температура в ванне убывает, если поступление теплоты меньше, чем потери теплоты.
Эта последовательность даёт отношение между входными и выходными параметрами.
Достоинство создания систем с определением входных и выходных параметров и представление этих систем как блока – это то, что такое представление отделяет проблему управления от специфики оборудования и позволяет видеть проблему создания управляемой системы. Все разновидности управляемых систем демонстрируют такие свойства и могут быть рассмотрены таким же образом.
Рис. 6 Общий вид системы управления процесса или технического объекта
Управляемая система – часть управляемого процесса или машины, в которой переменная процесса (PV) должна поддерживаться на значении предустановденной величины (SP) и в которой выходное управляющее воздействие компенсирует все возмущения. Входные переменные системы управления включают не только выходное управляющее воздействие, но и возмущающие воздействия. Динамический ответ системы (time response) - это временная характеристика выходной переменной (управляемая величина Х) при изменении входной переменной У. Особенно важно поведение, когда воздействующая величина меняется.