Вопросы на зачет по теории управления: 1. Вводная часть

Определения

Объект управления — устройство, физический процесс либо совокупность процессов, которыми необходимо управлять для получения требуемого результата. Взаимодействие с ОУ происходит путём подачи на его условный вход управляющего воздействия (которое корректирует процессы протекающие в ОУ), при этом на выходе получается изменённый параметр (который является процессом-следствием).

Управление — процесс подаваемый на вход объекта управления, обеспечивающий такое протекание процессов в объекте управления, которое обеспечит достижение заданной цели управления на его выходе.

Цель — желаемое протекание процессов в объекте управления и получение нужного изменения параметра на его выходе.

Объекты:

• управляемые

• неуправляемые

Система автоматического управления (САУ) включает в себя объект управления и устройство управления.

Устройство управления — совокупность устройств, с помощью которых осуществляется управление входами объекта управления.

Регулирование — частный случай управления, цель которого заключается в поддержании на заданном уровне одного или нескольких выходов объекта управления.

Регулятор — преобразует ошибку регулирования ε(t) в управляющее воздействие, поступающее на объект управления.

Задающее воздействие g(t) — определяет требуемый закон регулирования выходной величины.

Ошибка регулирования ε(t) = g(t) — y(t), разность между требуемым значением регулируемой величины и текущим её значением. Если ε(t) отлична от нуля, то этот сигнал поступает на вход регулятора, который формирует такое регулирующее воздействие, чтобы в итоге с течением времени ε(t) = 0.

Возмущающее воздействие f(t) — процесс на входе объекта управления, являющийся помехой управлению.

Системы автоматического управления:

• Разомкнутые:

• система программного управления. УУ выдает управляющее воздействие, не получая информации о состоянии системы на основании каких-либо признаков, временной программы (простота и повышенная надежность, невысокое качество управления);

• СУ по возмущению. УУ вырабатывает управляющее воздействие на основе информации по величине возмущающего воздействию на систему.

• Замкнутые: УУ вырабатывает управляющее воздействие на основе измеренной информации по состоянию объекта по выбранному параметру.

• Комбинированная система: УУ вырабатывает управляющее воздействие на основе информации о параметрах объекта и на основе информации возмущающего воздействия.

Управление - целенаправленное воздействие на объект с целью изменения (поддержания) его состояния.

Объект управления - тот объект, предмет, процесс, состояние которого необходимо изменить (поддержать )

Управляющее устройство - устройство, которое реализует заданный закон управления.

Задание - заданный закон изменения состояния объекта управления.

Возмущающее воздействие - воздействие внешней среды на объект управления

Возмущающее воздействие положительным быть не может

Основная задача теории управления - изменения состояния, в соответствии с заданием, не смотря на возмущение

Функциональная схема элемента — схема системы автоматического регулирования и управления, составленная по функции, которую выполняет данный элемент.

Выходные сигналы — параметры, характеризующие состояние объекта управления и существенные для процесса управления.

Выходы системы — точки системы, в которых выходные сигналы могут наблюдаться в виде определенных физических величин.

Входы системы — точки системы, в которых приложены внешние воздействия.

Входные сигналы:

• помехи — сигналы, не связанные с источниками информации о задачах и результатах управления.

• полезные — сигналы, связанные с источниками информации о задачах и результатах управления.

Системы:

• одномерные — системы с одним входом и одним выходом.

• многомерные — системы с несколькими входами и выходами.

основная схема управления

Если не та, значит эта

принцип управления

Управление по принципу отклонения управляемой переменной — обратная связь образует замкнутый контур. На управляемый объект подаётся воздействие, пропорциональное сумме (разности) между выходной переменной и заданным значением, так, чтобы эта сумма (разность) уменьшалась.

Принцип отклонения управляемой переменной в ТАУ

Управление по принципу компенсации возмущений — на вход регулятора попадает сигнал, пропорциональный возмущающему воздействию. Отсутствует зависимость между управляющим воздействием и результатом этого действия на объект.

Управление по принципу комбинированного регулирования — используется одновременно регулирование по возмущению и по отклонению, что обеспечивает наиболее высокую точность управления.

Классификация САУ

По характеру управления:

• системы управления

• системы регулирования

По характеру действия:

• системы непрерывного действия

• системы дискретного действия

По степени использования информации о состоянии объекта управления:

• управление с ОС

• управление без ОС

По степени использования информации о параметрах и структуре объекта управления:

• адаптивный

• неадаптивный

• поисковый

• беспоисковый

• с идентификацией

• с переменной структурой

По степени преобразования координат в САУ:

• детерминированный

• стохастический (со случайными воздействиями)

По виду математической модели преобразования координат:

• линейные

• нелинейные (релейные, логические и др.)

По виду управляющих воздействий:

• аналоговые

• дискретные (прерывные, импульсные, цифровые)

По степени участия человека:

• ручные

• автоматические

• автоматизированные (человек в управлении)

По закону изменения выходной переменной:

• стабилизирующая: предписанное значение выходной переменной является неизменным.

• программная: выходная переменная изменяется по определённой, заранее заданной программе.

• следящая: предписанное значение выходной переменной зависит от значения неизвестной заранее переменной на входе автоматической системы.

По количеству управляемых и регулируемых переменных:

• одномерные

• многомерные

По степени самонастройки, адаптации, оптимизации и интеллектуальности:

• экстремальные

• самонастраивающиеся

• интеллектуальные

По воздействию чувствительного (измерительного) элемента на регулирующий орган:

• системы прямого управления

• системы косвенного управления

Основными признаками деления автоматических систем на большие классы по характеру

внутренних динамических процессов являются следующие:

1) непрерывность или дискретность (прерывистость) динамических процессов во

времени,

2) линейность или нелинейность уравнений, описывающих динамику процессов

регулирования.

По первому признаку автоматические системы делятся на системы непрерывного действия, системы дискретного действия (импульсные и цифровые) и системы релейного действия.

По второму признаку каждый из указанных классов (кроме релейного делится на

системы линейные и нелинейные. Системы же релейного действия относятся целиком к

категории нелинейных систем.

Системой непрерывного действия называется такая система, в каждом из звеньев

которой непрерывному изменению входной величины во времени соответствует

непрерывное изменение выходной величины. При этом закон изменения выходной

величины во времени может быть произвольным, в зависимости от формы изменения

входной величины и от вида уравнения динамики (или характеристики) звена.

Чтобы автоматическая система в целом была непрерывной, необходимо прежде всего,

чтобы статические характеристики всех звеньев системы были непрерывными. Примеры

непрерывных статических характеристик показаны на рис. 1.10.

Системой дискретного действия называется такая система, в которой хотя бы в одном

звене при непрерывном изменении входной величины выходная величина изменяется не

непрерывно, а имеет вид отдельных импульсов, появляющихся через некоторые

промежутки времени (рис. 1.11). Звено, преобразующее непрерывный входной сигнал в

последовательность импуль сов, называется импульсным. Если последующее звено системы тоже дискретное, то для него не только выходная, но и входная величина будет дискретной (импульсной). К дискретным автоматическим системам относятся системы

Рис. 1.10.

импульсного регулирования (т. е системы с импульсным звеном), а также «системы с

цифровыми вычислительными устройствами. Эти последние дают результат вычисления на выходе дискретно, через определенные промежутки времени, в виде чисел для отдельных дискретных числовых значений входной величины.

Рис. 1.11.

Системой релейного действия, называется такая система, в которой хотя бы в одном звене при непрерывном изменении входной величины выходная величина в некоторых точках процесса, зависящих от значения входной величины, изменяется скачком. Такое звено называется релейным звеном. Статическая характеристика релейного звена имеет точки разрыва, как показано в разных вариантах на рис. 1.12.

Обратимся теперь ко второму признаку классификации автоматических систем.

Линейной системой называется такая система, динамика всех звеньев которой вполне

описывается линейными уравнениями (алгебраическими и дифференциальными или

разностными). Для этого необходимо прежде всего, чтобы статические характеристики всех звеньев системы были линейными, т. е. имели вид прямой линии (рис. 1.10, а и б).

Если динамика всех звеньев системы описывается обыкновенными линейными

дифференциальными (и линейными алгебраическими) уравнениями с постоянными

коэффициентами, то систему называют обыкновенной линейной системой.

Если в уравнении динамики какого-либо звена линейной системы имеется хотя бы один или несколько переменных во времени коэффициентов, то получается линейная система с

переменными параметрами. Если какое-либо звено описывается линейным уравнением в

частных производных (например, имеют место волновые процессы в трубопроводе или в

Рис. 1.12.

электрической линии), то система будет линейной системой с распределенными параметрами. В отличие от этого обыкновенная линейная система является системой с сосредоточенными

параметрами. Если динамика какого-либо звена системы описывается линейным уравнением с запаздывающим аргументом (т. е. звено обладает чисто временным запаздыванием или временной задержкой т передачи сигнала (рис. 1.13)), то система называется линейной системой с запаздыванием. Динамика линейных импульсных систем описывается линейными разностными уравнениями.

Все эти системы объединяются общим названием особые линейные системы, в отличие от обыкновенной линейной системы, указанной выше.__

Рис. 1.13.

Нелинейной системой называется такая система, в которой хотя бы в одном звене нарушается линейность статической характеристики или же имеет место любое другое нарушение линейности уравнений динамики звена