66

Потапенко Е.М.

ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Конспект лекций

Запорожье

ЗНТУ

2006

ВВЕДЕНИЕ

Несмотря на то, что системы управления давно внедряются в производство и быт, многие процессы остаются нерегулируемыми или регулируются неоптимальным образом. В частности, до недавнего времени процессы водоснабжения, канализации, вентиляции регулировались вручную путем открытия и закрытия заслонок. Внедрение автоматического регулирования перечисленных процессов за счет изменения скорости вращения насосов, вентиляторов приводит к уменьшению электропотребления на 50…60 %.

В настоящее время возможности повышения точности технологических процессов за счет усовершенствования самих технологических процессов во многих случаях исчерпаны. Повышения точности можно добиться за счет совершенствования систем автоматического управления (САУ).

К настоящему времени разработано большое количество различных принципов управления, улучшающие те или иные показатели технологических процессов. Данный курс лекций состоит из четырех разделов:

1. Линейные непрерывные САУ.

2. Линейные дискретные САУ.

3. Нелинейные САУ.

4. Элементы современной теории управления.

0. Общие сведения о системах управления.

Курс теории автоматического управления (ТАУ) изучает общие принципы построения систем автоматического управления (САУ) процессы, протекающие в этих системах, а также методы исследования этих процессов.

Принцип действия и функциональная схема САУ.

Р

Рисунок 0.1.Функциональная схема системы управления скоростью вращения ротора электродвигателя.

На рис. 1

ПУ — программное устройство, вырабатывающее сигнал u_п (программное), соответствующий желаемому значению скорости вращения электродвигателя ,

СУ — сравнивающее устройство, осуществляющее математическую операцию x^’=u_п-u_дс,

ДС — датчик скорости электродвигателя ЭД,

u_дс — сигнал, пропорциональный скорости ,

х^’` — сигнал, связанный с ошибкой системы,

СРП — счетно-решающий прибор, который может быть выполнен в виде аналоговой или цифровой вычислительной машины, вырабатывает управляющие напряжения u, в который заложен алгоритм (закон управления),

У — усилитель мощности,

U — усиленный управляющий сигнал,

ЭД — электродвигатель,

Р — редуктор,

И — инструмент.

ДН — датчик нагрузки F_н,

u_н — сигнал, пропорциональный нагрузке F_н.

Цепь, содержащая ДС, является обратной связью (ОС).

Обратной связью называется цепь, соединяющая выход какого-либо звена с его входом или непосредственно или посредством других звеньев.

Пунктирная цепь не является обратной связью, т.к. ОС обеспечивает циркуляцию сигнала по замкнутому контуру.

На рис. 2 представлены переходные процессы при разгоне и торможении двигателя.

Рисунок 0.2. Переходные процессы при разгоне и торможении.

Переходные процессы стремятся к постоянным значениям за счет действия отрицательной обратной связи.

Автоматическим управлением называется поддержание постоянной или изменение по заданному закону регулируемой переменной () при помощи измерения состояния объекта регулирования и (или) действующих на него возмущений и воздействия на регулирующий орган объекта (ЭД).

На рис. 1 изображена функциональная схема САУ, она состоит из двух частей: объекта регулирования и регулятора.

Объектом управления называется объект, в котором происходит процесс, подлежащий управлению (ЭД+Р+И), всё остальное называется регулятором.

Как объект регулирования, так и вся САУ подвержены внешним воздействиям.

Величины, выражающие внешние влияния на объект, называются воздействиями на объект (U, f_н, f_тр). Воздействие, вырабатываемое управляющим устройством (регулятором), называется управляющим воздействием (U). Воздействие на объект, не зависящее от регулятора, называется возмущением (f_н, f_тр).

Возмущения подразделяются на нагрузку (f_н) и помехи (f_тр).

Переменные, подлежащие управлению (регулированию), называются управляемыми (регулируемыми) переменными.

Функциональной схемой называется такое графическое изображение САУ, в котором каждому звену соответствует вполне определённый функциональный блок.

Помимо функциональной схемы, САУ графически представляют в виде структурных схем.

Структурной схемой называется такое графическое изображение САУ, в котором каждому звену соответствует вполне определённая совокупность математических операций.