Тема 1.2. Система автоматического регулирования

Вопросы:

1. Классификация систем автоматического регулирования.

2. Состав САР - устройство обратной связи, устройство сравнения, исполнительный меха­низм, управления.

3. Управляющее и возмущающее воздействия на объект управления.

4. Основные показатели качества работы систем автоматического регулирования.

5. Типовые законы автоматического регулирования.

6. Устойчи­вость систем автоматического регулирования.

Вопрос 1. Классификация систем автоматического регулирования

Классификация по характеру изменения величин:

1. Системы непрерывного действия

2. Системы импульсного действия (AM, ФМ, ЧМ, ШИМ, ЧИМ, ...)

3. Системы дискретного действия (01001011110101100010101)

4. Системы релейного действия

Классификация по математическим признакам:

1. Линейные системы

2. Нелинейные системы

3. Существенно нелинейные

Классификация по способу настройки:

1. Не адаптивные системы

2. Адаптивные системы

o Системы с самонастройкой программы

o Системы с самонастройкой параметров

o Системы с переменной структурой

o Системы с самонастройкой структуры

Классификация по типу ошибки в статике:

1. Статические САУ

2. Астатические САУ

Классификация по алгоритмам функционирования (по назначению):

1. Системы стабилизации

2. Системы слежения

3. Системы программного управления

4. Системы телеуправления

5. Системы самонаведения (снаряда), сопровождения (орудия), автопилотирования

6. Системы компенсационных измерений

1.6. Классификация систем автоматического управления

1.6.1. Классификация систем автоматического регулирования по характеру изменения задающего воздействия 

По данному признаку САУ делятся на: 

- системы автоматической стабилизации;

- системы программного управления;

- следящие системы.

Система автоматической стабилизации – это система, алгоритм функционирования которой содержит предписание поддерживать значение управляемой величины постоянной:

означает, что управляемая переменная поддерживается на заданном уровне с некоторой ошибкойгде знак 

Системы автоматической стабилизации имеют наибольшее распространение в промышленной автоматике.

Система программного управления – это система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять управляемую переменную в соответствии с заранее заданной функцией времени fn(t), т.е.

Следящая система – это система, предназначенная для изменения управляемой переменной в соответствии с изменением другой переменной, которая действует на входе системы и закон изменения которой заранее не известен, т.е.  где fc(t) – произвольная функция времени. 

Следящие системы обычно используются для дистанционного управления перемещением объектов в пространстве, а также для дистанционной передачи показаний.

1.6.2. Классификация систем автоматического управления в зависимости от числа управляе-мых переменных

По этому признаку САУ делятся на одномерные и многомерные.

К одномерным САУ (САР) относятся системы с одним входом и одним выходом.

К многомерным САУ относятся системы с несколькими выходами и (или) несколькими входами. 

Многомерные системы, в свою очередь, делятся на системы связанного и несвязанного управления. Системы несвязанного управления (регулирования) – это системы, в которых устройства управления, предназначенные для управления различными переменными, не связаны друг с другом и могут взаимодействовать только через общий объект управления.

Системы связанного управления – это системы, в которых устройства управления связаны между собой и для нормальной работы системы требуется их вполне определенное взаимодействие. 

1.6.3. Классификация систем автоматического управления по остальным признакам. 

По виду сигналов, циркулирующих в системе, САУ делятся на непрерывные (аналоговые) и дискретные системы управления. Дискретные системы, в свою очередь делятся на импульсные, релейные и цифровые.

В зависимости от наличия ошибки в установившемся режиме САР делятся на:

  - статические системы, в которых управляемая переменная в установившемся режиме зависит от величины возмущающих воздействий (управляющего воздействия или входных переменных);

  - астатические системы, в которых управляемая переменная не зависит в установившемся режиме от величины возмущающего воздействия.

По виду дифференциальных уравнений, описывающих элементы САУ, последние делятся на линейные и нелинейные системы. Линейные САУ – это системы, все элементы которых описываются линейными алгебраическими и дифференциальными уравнениями. Если хотя бы один элемент системы имеет нелинейную зависимость выходной переменной от входной, то такая система является нелинейной.

    Вследствие большого разнообразия используемых в технике систем автоматического регулирования, различающихся функциональными возможностями, принципами построения и формой конструктивной реализации, невозможно дать единую классификацию систем автоматического регулирования. Поэтому рассмотрим наиболее характерные классификационные признаки.

    Первый признак - наличие в системе явно выраженной обратной связи. По этому признаку  системы разделяют на разомкнутые и замкнутые. В разомкнутых системах ОСГ отсутствует. Системы, работающие по разомкнутому циклу, используют только в качестве составной части более сложных систем автоматического регулирования. 

    Описание функциональной схемы разомкнутой САР: Задающее устройство вырабатывает задающее воздействие g, в соответствии, с которым устанавливается управляющее воздействие U. Управляющим называется воздействие, которое вырабатывает исполнительное устройство (исполнительный элемент). Это воздействие поступает на объект управления и определяет значение выходной величины. На объект управления кроме управляющего всегда действует другое воздействие, называемое возмущающим. Возмущающих воздействий может быть несколько. Возмущающее воздействие нарушает связь между управляющим воздействием и выходной величиной объекта. При постоянном задающем воздействии g изменение возмущающего воздействия F вызывает изменение выходной величины Y. 

Достоинства системы:

1) Простота

2) Малая   инерционность

3) Быстродействие системы

Недостатки:

1) Управление осуществляется без контроля результата.

     Замкнутые системы содержат цепь обратной связи ОСГ. Под главной обратной связью понимают подачу части энергии с выхода системы на её вход. Главная обратная связь (ОСГ) служит для сравнения действительного закона изменения регулируемого параметра с  требуемым. Помимо главной обратной связи в системе предусмотрены местные обратные связи для улучшения динамических свойств системы. Местная обратная связь охватывает один или несколько элементов основной цепи. сигнал вычитается из основного сигнала.

Замкнутая система регулирования

У - усилитель; ИУ - исполнительное устройство; g - задающее воздействие; U - управляющее воздействие; Д – датчик; Y - выходная величина; F - возмущающее воздействие; Хос - сигнал обратной связи;ε – отклонение.

Достоинства:

1) Выработка регулирующего воздействия  в независимости  от возмущающего фактора

2) Учёт действительного параметра и оценка ошибки

Недостатки:

1) Наличие ошибки регулирования

2) Малое быстродействие

3) Склонность системы к перерегулированию

    Второй признак - закон изменения регулируемой величины в системах автоматического регулирования. По этому признаку системы принято делить на системы стабилизации, программного регулирования и следящие. Стабилизирующей - называют систему, алгоритм управления которой содержит предписание поддерживать регулируемую величину на постоянном значении. Программной - называют систему, алгоритм управления которой содержит предписание изменять регулируемую величину в соответствии с заранее заданной функцией. Изменение регулируемой величины обеспечивается изменением задающего воздействия по строго определенной программе. Следящей - называют систему, алгоритм управления которой содержит предписание изменять регулируемую величину в зависимости от неизвестной заранее переменной величины на входе автоматической системы. В следящих системах регулируемое воздействие повторяет в определенном масштабе все изменения управляющей величины, т.е. следит за ней.

стабилизирующие системы

    Третий признак - способность системы автоматического регулирования поддерживать с определённой степенью точности значение регулируемой величины. По этому признаку системы разделяют на статические и астатические. Статической системой автоматического регулирования называют такую систему, в которой принципиально не возможно поддерживать одно и то же значение регулируемого параметра при условии, что задающее воздействие системы остаётся неизменным. Остаточную ошибку в такой системе называется статизмом. Астатической системой автоматического регулирования называют такую систему, в которой в установившемся режиме регулируемый параметр принимает всегда одно и то же значение и не зависит от значения возмущающего воздействия на объект регулирования. В астатической системе статизм всегда равен нулю. 

    

    Четвёртый признак - функциональная связь между входным и выходным величинами элементов, входящих в состав системы автоматического регулирования. По этому признаку системы подразделяют на непрерывные и дискретные. Непрерывной системой автоматического регулирования называют систему, в которой непрерывному изменению входных величин элементов соответствует непрерывное изменение выходных величин этих элементов. Дискретной системой автоматического регулирования называют систему, в которой непрерывному изменению входной величины хотя бы одного элемента, входящего в состав системы, соответствует дискретное изменение выходной величины этого элемента.