Лекция 1. Определение основных понятий

План:

1. Принципы управления

2. Статические характеристики

3. Свойства линейных систем

4. Линеаризация уравнений

1.1. Принципы управления

Всякий процесс управления, в том числе и автоматического управления, подразумевает наличие объекта управления параметрами которого нужно управлять (рис.1.1).

Рис.1.1. Объект управления

Объект управления имеет выходной параметр, которым нужно управлять, т.е. обеспечить изменение значения выходного параметра y(t) во времени в соответствии с каким то заданным законом управления. Выходной сигнал объекта управления называется регулируемым параметром.

Регулируемым параметром может быть электрическое напряжение или ток источника питания, температура печи, угол поворота или скорость вращения вала двигателя и т.п.

Для управления объектом на него подаётся управляющее воздействие u(t), вырабатываемое управляющим устройством (УУ) (рис.1.2).

Рис.1.2. Разомкнутая система с управлением по задающему воздействию

На вход устройства управления подаётся задающее воздействие, определяющее закон управления регулируемым параметром. Устройство управления преобразует задающее воздействие в сигнал управления, соответствующий физической природе объекта управления.

Такая система, содержащая УУ и ОУ, и не учитывающая возможные изменения свойств ОУ со временем или под действием вредных факторов окружающей среды, называется разомкнутой системой управления.

Простейшим примером разомкнутой системы управления является система с усилителем, на вход которого подаётся задающее воздействие (рис.1.3), автогенератор с набором кварцевых резонаторов (рис.1.4) или частотный преобразователь для питания электродвигателя (рис.1.5).

Рис.1.3. Усилитель с коэффициентом усиления K

Рис.1.4. Автогенератор с набором кварцевых резонаторов

Рис.1.5. Частотный преобразователь для питания электродвигателя

В разомкнутых системах управления точность управления определяется стабильностью параметров ОУ и точностью задающего воздействия. Получить высокую точность управления в разомкнутой системе трудно.

В реальных условиях всегда есть внешние факторы, влияющие на свойства ОУ и вызывающие изменения регулируемого параметра. Эти внешние факторы называются возмущающими воздействиями f(t) (рис.1.6).

Рис.1.6. Разомкнутая система с управлением по возмущению

Если измерить возмущающее воздействие и внести соответствующую коррекцию в сигнал управления, то можно повысить точность разомкнутой системы.

Но для реализации управления по возмущению надо знать зависимость свойств объекта управления от возмущающего воздействия и уметь измерять это возмущающее воздействие, что не всегда удаётся.

Чтобы не выяснять причины отклонения регулируемого параметра от заданного значения нужно измерить фактическое значение регулируемого параметра и внести нужные изменения. Для этого в систему управления вводят датчик, измеряющий значение выходного сигнала (рис.1.7), и устройство, сравнивающее фактическое значение регулируемого параметра с заданным значением.

Рис.1.7. Замкнутая система управления

Результаты измерения регулируемого параметра подаются обратно на вход, сравниваются с задающим воздействием и их разница подаётся на УУ. Системы, в которых информация о регулируемом параметре подаётся обратно на вход, называются системами с обратной связью. В структурной схеме системы с обратной связью получается цепь ОС образующая кольцо, поэтому системы с обратной связью называют замкнутыми системами.

В системе с обратной связью управляющее воздействие зависит от двух сигналов:

u(t) = (g, y_ос)

Зависимость, определяющую значение управляющего воздействия, называют законом управления автоматической системы.

Сигнал y_ос(t), несущий информацию о фактическом значении регулируемого параметра называют сигналом обратной связи (ОС). Обратная связь позволяет повысить качество автоматической системы управления.

Разность задающего воздействия и сигнала обратной связи называется сигналом рассогласования или сигналом ошибки.

е(t) = х(t) – y_ос(t);

Сигнал ошибки показывает отклонение регулируемого параметра от заданного значения, по этой причине системы с ОС называют системами управления по отклонению.

Замкнутые системы позволяют обеспечить любую заданную точность управления, ограничиваемую только погрешностью датчика, поэтому замкнутые системы управления являются основными, и мы будем рассматривать теорию автоматического управления на примере замкнутых систем.

Для того, чтобы рассчитать параметры системы управления нужно уметь моделировать характеристики элементов системы управления, т.е. описывать характеристики элементов и системы математическими формулами.