Трусов – теория автоматического управления
Теория автоматического управления
Вопрос1. Основные понятия и определения.
Коряжкин Андрей Александрович доцент кафедры «Станки и инструменты»
Автоматика – наука, изучающая общие принципы построения и функционирования систем.
Автоматизация – это процесс перехода устройств систем комплексов в автоматические (дверной замок – уходя провернуть ключ, автоматизация когда замок захлопывается сам). Автоматизация может быть полной или частичной, а также может быть дискретной или непрерывной.
При дискретной автоматизации все элементы имеют 2(3) состояния: вкл-выкл вперед-стоп-назад. При непрерывной автоматизации устройства имеют множество значений.
Теория автоматического управления изучает непрерывные процессы.
Управление – это совокупность действий выбранных на основе определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования объекта, в соответствии с имеющейся целью или в соответствии с целью функционирования.
В автоматике различают два вида алгоритмов: управления и функционирования.
Алгоритм функционирования – это совокупность правил, предписаний, математических зависимостей, ведущих к правильному протеканию рабочего процесса в объекте управления.
Алгоритм управления – это совокупность правил, предписаний, математических зависимостей, определяющих воздействие на управляющий объект с целью осуществления им заданного алгоритма функционирования.
Объект – это устройство или процесс.
В управлении неразделимо решаются две задачи:
Анализа – определения характера движения при известной (существующей) системе управления и разных условиях (возмущениях);
Синтеза – создания системы управления, обеспечивающей при разных условиях заданное движение объекта.
Вопрос 2. Общая структура систем автоматического управления
В общем случае на управляемый объект действуют
Управляющие воздействия U
Возмущающее воздействие F
X – выходные (управляемые) параметры
Всех этих параметров может быть много тогда общая структура САУ может быть изображена в виде
Пример 1 Станок с ЧПУ
Управляемыми координатами, параметрами являются: частота вращения шпинделя, перемещение рабочего органа станка вдоль координат (их величина, скорость)
Управляющие воздействия по назначению совпадают с управляемыми координатами но заданы в числовой форме.
Возмущающимися воздействиями являются: изменения действующих сил, температур, напряжения питающей сети и т.д.
Пример 2. Процесс резания
Выходными параметрами являются: силы резания, температуры в зоне резания, вибрации, деформации упругой системы, износ инструмента и т.д.
Управляющие воздействия: скорость вращения шпинделя, подача, глубина резания, геометрия инструмента.
Возмущающимися воздействиями являются: изменения припуска, твердости заготовки, износ инструмента.
Если в объекте управления нет связи между выходными параметрами т.е. они друг на друга не влияют, и каждому управляемому параметру соответствует одно управляющее воздействие, то такую систему можно разделить на совокупность одномерных систем. Анализ и проектирование таких систем значительно упрощается.
Система примера 1 – одномерная, система примера 2 – многомерная.
В зависимости от физической природы математические зависимости связывающие U,F,x могут быть различными. Если рассматривается установившийся процесс, то иннерционность элементов системы уже не влияет, говорят о поведении системы в статике. Такая система описывается линейными и не линейными алгебраическими уравнениями.
Если рассматриваем переходный процесс системы из одного состояния в другое, то необходимо учитывать инерционность элементов системы. Такая система описывается дифференциальными уравнениями.