16. Классификация систем автоматического управления по алгоритму функционирования.

Совокупность правил, предписаний или математических зависимостей, определяющих последовательность изменения управляемой величины, соответствующее нормальному функционированию объекта управления, называется алгоритмом функционирования. В зависимости от характера задающего воздействия y₀(t) системы автоматического управления классифицируются по алгоритму функционирования на системы стабилизации, программные системы, следящие системы, оптимальные и самоприспосабливающиеся системы. Система стабилизации – автоматическая система, предназначенная для поддержания с заданной точностью постоянного значения управляемой величины: y₀(t) = const. В этом случае решается задача регулирования. Большинство используемых в сельскохозяйственном производстве автоматических систем является системами автоматического регулирования. Программная система – автоматическая система, задача которой заключается в изменении управляемой величины по заранее составленной программе, определяемой задающим воздействием (y₀(t) = F(t)). Основное отличие систем программного управления от систем стабилизации состоит в том, что в системах программного управления главной задачей является воспроизведение программы управления с заданной точностью. Следящая система – автоматическая система, алгоритм функционирования которой заключается в изменении управляемой величины в соответствии с заранее неизвестной функцией времени. В этом случае вместо задатчика используется датчик, измеряющий какую либо физическую величину, а назначение системы – отслеживать закон ее изменения. Примером следящей системы является система автоматического вождения свеклоуборочной техники. Система оптимального управления обеспечивает достижение наилучших, в определенном смысле, параметров работы автоматического управляющего устройства. Это может быть, например, обеспечение максимального быстродействия, минимальных затрат энергии и т.д. Самоприспосабливающиеся (адаптивные) системы называются системы управления технологическими процессами, которые обеспечивают заданные технологические показатели при различных изменениях условий работы. При этом система управления может изменять свои параметры и структуру. Примером таких систем могут служить системы управления газовыми котлами, которые обеспечивают минимум потребления газа во всех режимах работы.

16. Основные законы автоматического регулирования: п-закон, и-закон, пи-закон и пид-закон.

Самым простым непрерывным законом регулирования является пропорциональный закон или П- закон. На рис. 1а схематично показана поплавковая камера карбюратора двигателя внутреннего сгорания, где используется П- закон регулирования уровня топлива. На рис. 1б представлена функциональная схема данной системы автоматического регулирования. Управляемой величиной y здесь является уровень топлива в камере, а управляющим воздействием U -–площадь открытия игольчатого клапана. Задающее воздействие (уставка) y₀ определяется высотой закрепления поплавка. При уменьшении уровня топлива в камере поплавок опускается и перемещает иглу клапана. Чем больше опускается поплавок, тем больше площадь открытия клапана и тем больше поступает топлива в камеру. Таким образом, управляющее воздействие U и разность между заданным значением управляемой величины y₀ и ее реальным значением y связаны жестким образом: U прямо пропорциональна , то есть U=k, где k- коэффициент пропорциональности. На рис. 2 показана кривая регулирования при пропорциональном законе. При внезапном уменьшении уровня (начале расхода) топлива клапан открывается и в камеру начинает поступать топливо. Уровень его начинает монотонно увеличиваться. Однако, если расход топлива продолжается, то через некоторый промежуток времени наступает равновесное состояние: сколько топлива вливается, столько и выливается. Уровень его остается постоянным, но не равным заданному y₀. Между ними существует разница, которая называется статической ошибкой . Чем больше расход топлива, тем больше статическая ошибка. Поэтому системы автоматического регулирования, использующие пропорциональный закон регулирования называют еще статическими системами. Статическая ошибка обусловлена жесткой связью между управляющим воздействием и отклонением управляемой величины от заданного значения. Чтобы избавиться от нее применяются законы регулирования с гибкой связью.

Интегральный закон регулирования (И- закон) математически формулируется следующим образом: , то есть управляющее воздействие является интегральной величиной от отклонения управляемой величины. На рис. 1.10 показана кривая процесса регулирования при использовании интегрального закона регулирования. В этом случае статическая ошибка отсутствует, но наблюдаются значительные колебания управляемой величины относительно заданного значения, которые обусловлены инерционностью объекта управления. Первый выброс в противоположную сторону от установившегося значения принято называть перерегулированием . Системы автоматического регулирования без статической ошибки принято называть астатическими системами.

Для уменьшения перерегулирования и колебаний управляемой величины используется пропорционально- интегральный закон (ПИ-закон) регулирования, который представляет собой комбинацию пропорционального и интегрального законов: . На рис. 1.10 показана кривая регулирования для этого закона.