20. Понятие и назначение структурных схем сау.

При исследовании и расчете систем автоматического управ­ления исходят из математического описания происходящих в них физических процессов. Обычно это описание бывает пред­ставлено в виде системы дифференциальных уравнений, выра­жающих связи между переменными величинами и их производ­ными. Такой подход, когда уравнения описывают поведение исследуемой системы в целом, является наиболее общим в мате­матическом плане и применимым во всех случаях.

Вместе с тем для большого класса САУ (линейных систем) широко применяется и другой способ, связанный с использованием операторного метода. При этом способе исследуемая система разделяется на части - звенья направленного действия, обладающие свойством передачи сиг­нала только в одном направлении: от входа к выходу. Совокуп­ность этих звеньев совместно с линиями связи между ними, ха­рактеризующими их взаимодействие, образует структурную схему системы управления.

Между функциональными и структурными схемами есть оп­ределенная общность - те и другие отражают процесс передачи и переработки информации в замкнутом контуре системы управ­ления. Однако между ними существует и четкое различие: функ­циональные схемы характеризуют систему по составу входящих в нее элементов, рассматриваемых с точки зрения их назначе­ния, т. е. выполняемых ими функций; структурные схемы, состоящие из звеньев направленного действия, описыва­ют математически динамические свойства системы.

21. Основные правила составления структурных схем сау

Между функциональными и структурными схемами есть оп­ределенная общность - те и другие отражают процесс передачи и переработки информации в замкнутом контуре системы управ­ления. Однако между ними существует и четкое различие: функ­циональные схемы характеризуют систему по составу входящих в нее элементов, рассматриваемых с точки зрения их назначе­ния, т. е. выполняемых ими функций; структурные схемы, состоящие из звеньев направленного действия, описыва­ют математически динамические свойства системы. Исходя из структуры системы и вида входящих в нее функциональных эле­ментов, можно произвести разделение систем на звенья направ­ленного действия в общем виде так, чтобы для каждого из них можно было наиболее просто определить передаточную функ­цию звена как отношение операторных изображений выходной величины звена к входной и соединить отдельные звенья между собой линиями связи.

22. Системы направлен­ного действия

Рисунок 1 - Система направлен­ного действия

Передаточная функция каждого звена направленного дейст­вия представляет собой записанное в операторной форме и раз­решенное относительно изображения выходной величины диффе­ренциальное уравнение данного звена. Таким образом, задача составления дифференциальных уравнений САУ в целом сводится к составлению уравнений отдельных звеньев. Получаемый при этом выигрыш в части тру­доемкости становится более очевидным, так как на практике в подавляющем большинстве случаев структурные схемы САУ пред­ставляют собой различные комбина­ции небольшого числа так называе­мых типовых звеньев направленно­го действия, передаточные функции и динамические свойства которых могут быть определены раз и на­всегда.

Рассмотрим разомкнутую систему, обладающую свойством направленного действия (рисунок 3.1). Это может быть как одно звено, так и любая их комбинация.

По определению передаточной функции

(3.1)

откуда следует основное свойство направленной системы

(3.2)

т. е. операторное изображение выходной величины равняется пе­редаточной функции системы, умноженной на изображение входной величины.

В действительности, кроме управляющего входного воздей­ствия, всякая реальная система подвержена различным возму­щающим воздействиям (колебания нагрузки, нестабильность характеристик элемен­тов, помехи и т. д.), которые могут посту­пать в систему в лю­бом месте. Для учета их влияния нужно уметь при помощи структурной схемы ус­танавливать зависимости между этими возмущениями и изменениями управляе­мой (выходной) величины системы.