1.3. Классификация систем автоматического управления.

 

Существует большое разнообразие систем автоматического управления. Чтобы как-то разобраться в этом многообразие проводится классификация САУ. Существует несколько признаков, по которым проводится классификация систем автоматического управления. На рис. 6 приведена примерная классификация САУ

Рис. 6. Классификация САУ

 

Основные признаки классификации САУ:

По назначению, то есть характеру изменения задающего воздействия, различают:

1. системы автоматической стабилизации;

2. системы программного управления;

3. следящие системы.

По принципу управления различают:

1. Системы с управлением по разомкнутому циклу;

2. Системы с управлением по замкнутому циклу;

3. Системы комбинированного управления.

По характеру используемых для управления сигналов различают:

1. непрерывные или аналоговые системы автоматического управления;

2. дискретные системы автоматического управления, из которых выделяет:

   • импульсные системы автоматического управления;

   • релейные системы автоматического управления;

   • цифровые системы автоматического управления.

По характеру используемой информации об условиях работы различают:

1. системы автоматического управления с жестким законом управления и структурой;

2. системы автоматического управления с изменяемыми структурой и законом управления, к которым относятся:

   • системы автоматической настройки;

   • самообучающие системы;

   • самоорганизующие системы.

По характеру математических соотношений различают:

1. линейные системы автоматического управления, для которых справедлив принцип суперпозиции;

2. нелинейные системы автоматического управления, для которых принцип суперпозиции в общем случае не справедлив.

Как линейные, так и нелинейные САУ могут подразделяться на аналоговые, дискретные и дискретно-непрерывные, стационарные и нестационарные. При этом стационарной системой называется САУ, параметры элементов которой не зависят от времени работы системы. Для нестационарной САУ это условие не выполняется.

Стационарные и нестационарные САУ могут быть с сосредоточенными и распределенными параметрами.

По количеству выходных координат объекта управления различают:

1. одномерные системы автоматического управления;

2. многомерные системы автоматического управления.

Последние делятся на системы связанного и несвязанного управления. В системах связанного управления отдельные управляющие устройства соединены между собой внешними связями. Входящая в состав многомерной системы отдельная САУ называется автономной, если управляемая ею выходная переменная не зависит от значения остальных управляемых величин.

 

1.4. Структурная схемы сау

 

Для любых систем, в которых протекают процессы управления, имеется общая черта а именно, передача сообщений о происходящих в отдельных частях системы процессов посредством сигналов. В технических системах материальные носители информации называют носителями сигналов, которые можно изменять в соответствии с передаваемой информацией. К носителям сигналов можно отнести электрическое напряжение и ток, давление, механическое перемещение и т.д. Конструктивные элементы системы должны преобразовывать одни физические величины и соответствующие им сигналы в другие. Этот процесс отображается в кибернетическом понятии звена системы.

Звено – это элемент, входящий в САУ, в котором определенным образом преобразуется входной параметр в выходной. Схематическое изображение звена в виде блока не отображает особенностей его конструкции. Существенным является только связь между воздействием на вход звена и его реакция на выходе. Такой подход позволяет создавать модели элементов различных технических систем независимо от их конкретной технической реализации.

Схема, изображающая последовательность процессов внутри устройства или системы называется структурной схемой.

При изображении САУ в виде структурной схемы используется небольшой набор типов элементов. Отметим наиболее часто используемые.:

Блоки связи двух переменных . В простейшем случае такие блоки характеризуются линейной зависимостью выходного сигнала от входного, то есть . Обозначаются такие элементы как показано на рис. 7. Выполняемая функция представляется математическим выражением или в форме графика зависимости выходной величины от входной. Такое представление характерно для элементов САУ, имеющих существенно нелинейные характеристики.

Рис. 7. Графическое представление блока связи двух переменных.

 

Устройства суммирования входных сигналов предназначены для вычисления суммы или разности входных сигналов. То есть они выполняют следующую операцию:

.

Сумматоры на структурных схемах сумматоры представляются следующим образом:

Рис. 8. Графическое представление сумматора.

 

Более сложные объекты представляются в виде функциональных блоков, имеющих несколько входных и один выходной сигнал. При этом выходной сигнал представляется функцией нескольких входных переменных. То есть математически функциональный блок представляется графической интерпретацией выражения вида:

На рисунке 9 показана графическое представление функционального блока с двумя входными сигнала, то есть выполняющего функцию

.

Рис. 9. Графическое представление функционального блока с двумя входными сигналами.

 

Структурная схема является графическим изображением потоков информации и способов ее обработки в системе автоматического управления. Следовательно структурная схема составляется на базе математического описания САУ.

Так любой объект управления можно представить в виде следующей структурной схемы.

Рис.10. Структурная схема объекта управления

 

Структурная схема объекта является графической интерпретацией следующего выражения:

.

Как видно из представленной схемы объект управления является совокупностью двух линейных блоков и сумматора результатов действия управляющего и возмущающего воздействий. Конечно, в данном случае учитывается влияние только одного возмущающего фактора, воздействующего на объект управления. Подобным образом можно представить большинство объектов управления, используемых в технических устройствах. К ним можно отнести:

• электродвигатели постоянного и переменного тока,

• гидравлические двигатели,

• пневмоаппараты,

• нагревательные элементы.