Ответы для экзамена по тау

Основные задачи теории автоматического управления

Основными задачами ТАУ являются исследования статических и динамических свойств автоматических систем и разработка систем, удовлетворяющих заданным техническим требованиям.

В ТАУ исследуется две основные задачи:

• анализ систем автоматического управления;

• синтез систем автоматического управления.

Первая из них, задача анализа, состоит в исследовании процесса работы определенной системы автоматического управления с заданной структурой и элементами при различных параметрах элементов и различных видах воздействий на систему. В задачу анализа входит исследование устойчивости систем, исследование динамических и статических отклонений, происходящих при процессах управления.

Вторая задача, синтез, является более сложной и состоит в построении системы автоматического управления; в нее входит выбор схемы управляющего устройства, его элементов и их параметров.

Задача анализа: заданы Z,U и W и требуется найти X. Это обычно пассивная задача, здесь требуется осуществить лишь X без вмешательства в ход процесса.

Задача синтеза: Носит активный характер - заданы U,Z и желаемый вид X, требуется найти такой W, чтобы удовлетворить требование к X.

Синтез активного управления: заданы W и желаемый вид X. Требуется найти такое U, чтобы X удовлетворила поставленным требованиям.

1. Основные требования к системам автоматического управления

Системы автоматического управления являются достаточно сложными устройствами и, чтобы они хорошо и надежно выполняли свои функции, должны быть правильно рассчитаны.

В первую очередь, САУ должна обеспечить определенную точность (или определенную допускаемую погрешность) управления.

Величину ошибки управления удобно представлять в относительных единицах или процентах:

Данная ошибка регулирования определяется в установившемся режиме работы объекта управления и системы управления, поэтому называется статической ошибкой регулирования.

Качество работы САУ при переходе режима работы объекта управления из одного установившегося режима в другой оценивается более сложно, сразу несколькими показателями. Эти показатели зависят также от характера изменения заданного сигнала во времени g_з(t). Поэтому работу САУ в динамических или переходных режимах оценивают при стандартном скачкообразном изменении g_з (рис. 2.5, а). Изменение выходной величины У из-за инерционности объекта управления происходит не сразу (рис. 2.5, б). Поэтому одним из главных показателей качества работы САУ является длительность переходного процесса, т.е. время, за которое управляемый объект будет переведен из одного установившегося состояния в другое. Теоретически такой процесс будет длиться бесконечно долго, поэтому за окончание переходного процесса принимают момент, когда величина У будет отличаться от установившегося значения на 35 %.

Рис. 2.5. Типовые переходные процессы

Дополнительно переходный процесс оценивается показателями, характеризующими вид изменения У во времени. Процесс изменения У может протекать как колебательный (кривая 1 на рис. 2.5, б), либо как апериодический (кривая 2 на рис. 2.5, б). Качество колебательного переходного процесса оценивается величиной максимального перерегулирования :

(2.3)

и количеством колебаний , прошедших за время переходного процесса t_п. Например, на рис. 2.5 кривая 1 имеет показатель =2, а кривая 2 –  =1.

Таким образом, переходные процессы характеризуются тремя показателями: t_п, , . Поэтому для настройки работы САУ необходимо требования к технологическим процессам в переходных режимах сводить к этим трем показателям, что бывает сделать не всегда просто.

Третьим основным видом требований к САУ является ее устойчивая работа, или устойчивость. Ввиду того, что структура САУ имеет замкнутый вид, т.е. часть энергии подается с выхода САУ на ее вход, при неправильной настройке возможно самопроизвольное раскачивание системы (аналогично, как раскачиваются качели). Система будет не только неработоспособной, но и может произвести разрушительные воздействия.

Таким образом, САУ должна отвечать трем видам требований: по точности управления в установившихся режимах, по устойчивости, по качеству переходных процессов.