Перечень тем лекций
по дисциплине «Теория автоматического управления»
специальности 5В071600 - «Приборостроение»
1. Основные понятия и принципы управления
2. Структурные схемы САУ
3. Типовые динамические звенья
4. АФЧХ и ФЧХ
5. Алгебраические критерии устойчиивости
6. Частотные критерии устойчивости
7. Устойчивость различных линейных систем
8. Цифровые САУ
9. Импульсная передаточная функция ЦС
10. Анализ ЦС во временной и частотной области
11. Цифровые регуляторы и АЦП
Тема 1. Основные понятия и принципы управления
1.1 Основные термины и определения
В теории автоматического управления рассматриваются вопросы анализа и синтеза систем автоматического управления с заданными требованиями по качеству на основе методов и специального математического аппарата. Поэтому необходимо ознакомиться с основными терминами и определениями.
Система автоматического управления (САУ) – это совокупность технических средств для управления регулируемым параметром, в которой вычисление сигналов управления осуществляется регулятором или программируемым контроллером.
Объект управления (ОУ) – это установка, в которой протекающие физические процессы, управляются (регулируются) с помощью специальных технических средств.
Регулируемый параметр – это технологический параметр, значением которого управляют с помощью специальных технических средств.
Воздействия – внешние факторы, изменяющие течение технологического процесса в объекте управления. Различают возмущающие и управляющие воздействия.
Возмущающие воздействия носят случайный характер. Например, изменение температуры окружающей среды, давления, скорости воздуха, колебания напряжения в электросети.
Управляющие воздействия на объект управления организуются техническим устройством в САУ для компенсации возмущающих воздействий.
Под сигналами понимают совокупность энергии или вещества, поступающего в объект управления, возмущающие и управляющие воздействия, а также регулируемые параметры. По направлению различают входные х и выходные у сигналы объекта управления (рисунок 1.1).
Так, возмущающие и управляющие воздействия будут входными сигналами для объекта управления; регулируемый же параметр всегда принимают за выходной сигнал, даже если он физически за пределы объекта не выходит (например, уровень жидкости в емкости, напряжение на обмотках электродвигателя).
На схемах (рисунок 1.1) функциональные элементы САУ обозначают прямоугольником, а сигналы – стрелками.
Рисунок 1.1 - Функциональный элемент САУ
Параметры физических процессов, определяющие сигналы, содержат информацию. Например, с помощью электрических сигналов в связи передаются звуки, а в телевидении изображения. Параметры, содержащие информацию, называются информационными. Так, сигналом является электрическое напряжение, информационным параметром – амплитуда этого сигнала.
Для примера рассмотрим технологический процесс регулирования температуры в электропечи для закаливания металла (рисунок 1.2).
Функциональной схемой называется символическое изображение элементов технологического процесса и связей между ними, отражающее последовательность процессов в системе.
Данная система предназначена для поддержания необходимого режима, т.е. изменения температуры х(t) в электропечи по заданному закону. Для обеспечения требуемого процесса электропечь снабжается: термопарой (датчик), с выхода которой получают электрическое напряжение у(t), пропорциональное температуре в электропечи, и реостатом, с помощью которого меняется сопротивление в цепи ее нагрева. Отклонение фактической температуры в электропечи от заданной не должно превышать допустимого значения ε(t). В системе имеет место так называемая обратная связь (ОС).
Сигнал х(t) заданной температуры в печи называют управляющим, сигнал у(t) фактической температуры – управляемой переменной, а систему, реализующую процесс закаливания, - системой автоматического управления (рисунок 1.3). САУ представляет собой совокупность объекта управления и управляющего устройства: регулятор, усилитель, электродвигатель, реостат, датчик и элемент сравнения. Объект управления - электропечь, а управляемая выходная переменная – температура. Управляющее устройство выполняет целенаправленно действия, приводящие к заданному изменению управляемой переменной - температуры закаливания. В зависимости от значения и знака сигнала рассогласования ε(t) регулятор посредством привода уменьшает или увеличивает сопротивление на реостате, тем самым поддерживая заданную температуру печи. Регулятор вырабатывает команды управления u(t).
Рисунок 1.2 - Функциональная схема системы процессом закаливания металла: 1- задающее устройство; 2 – сравнивающее устройство; 3 – регулятор; 4 – усилитель мощности; 5 – привод электродвигателя; 6 – реостат;
7 – электропечь; 8 – датчик
Данная САУ является замкнутой системой, в которой имеет место обратная связь (ОС), т.е. сравнение входного сигнала (эталона) с выходным (фактическим значением регулируемой величины).
Теория автоматического управления – это наука об анализе и синтезе автоматических систем с заданными требованиями по качеству на основе методов и специального математического аппарата.