Вопрос 1
.docxСистемы автоматического управления. Основные понятия.
Система автоматического управления (САУ) — это совокупность управляющего устройства и объекта управления, которые взаимодействуют между собой для достижения поставленной цели. Ее главное предназначение — изменение технологических параметров по заданному закону с определенной точностью без вмешательства человека. Объект управления — это любой
производственный, технологический процесс или технический объект, например, станок или агрегат, который нуждается в специально организованном управляющем воздействии. Управляющее устройство является источником целей, реализуемых управлением, и состоит из вычислительного устройства для обработки сигналов и исполнительного устройства для непосредственного изменения состояния объекта. Управляемая величина — это параметр объекта, который необходимо поддерживать постоянным или изменять по определенному закону. Также учитывается внешняя среда — множество элементов, оказывающих влияние на систему.
Структурная схема системы автоматического управления.
Структурная схема — это графическое представление САУ в виде соединения звеньев(прямоугольников) с указанием их передаточных функций и связей между ними. Она наглядно показывает преобразование сигналов в системе. В обобщенном виде она включает: задающее устройство, вырабатывающее сигнал желаемого
значения; измерительное устройство, измеряющее фактическое значение; сравнивающее устройство, формирующее сигнал ошибки; усилитель, увеличивающий мощность сигнала ошибки; исполнительный механизм, воздействующий на объект; и сам объект управления. Все элементы связаны линиями, по которым передаются сигналы различной физической природы.
Принципы управления. Управление по заданному воздействию.
Управление по заданному воздействию — это принцип разомкнутого управления, называемый "жестким" управлением. Управляющее воздействие
формируется только на основе задающего сигнала и не зависит от реального состояния объекта. Возмущения не учитываются. Такой подход дает удовлетворительное качество только при высокой стабильности параметров системы и внешней среды, а также при невысоких требованиях к точности. Поскольку обратная связь по управляемой величине отсутствует, такие системы называются разомкнутыми.
Принципы управления. Управление по возмущению.
Это принцип компенсации, также реализуемый в разомкнутых системах. Суть заключается в том, что система отслеживает основное возмущение и заранее изменяет управляющее воздействие, чтобы скомпенсировать его влияние. Достоинство — возможность практически полной компенсации известного возмущения. Недостаток — низкая точность при наличии неконтролируемых возмущений, так как они остаются без внимания системы.
Принципы управления. Управление по отклонению.
Это принцип обратной связи, или компенсационный принцип Ползунова-Уатта, лежащий в основе большинства САУ. Это "гибкое" управление в замкнутых системах. Система измеряет фактическую управляемую величину, сравнивает ее с заданной и при отклонении вырабатывает воздействие на его устранение. Это позволяет компенсировать возмущения независимо от их причины. Недостаток — сложность управления быстродействующими объектами, так как повышение точности может привести к потере устойчивости.
Принципы управления. Принцип комбинированного управления.
Комбинированное управление объединяет принципы управления по отклонению и по возмущению. Система одновременно использует информацию о задающем воздействии, об отклонении и об основном возмущении.
Это позволяет начинать компенсацию возмущения с опережением, еще до появления значительной ошибки, а обратная связь корректирует неточности. В результате достигается более высокое качество, точность и быстродействие по сравнению с системами, использующими только один принцип.
Классификация систем автоматического управления.
САУ классифицируют по нескольким основным признакам. По виду задающего воздействияразличают: системы стабилизации (поддержание постоянного значения, y₀ = const), системы программного управления (изменение по заранее известному закону, например, станки с ЧПУ) и следящие системы (воспроизведение неизвестного заранее закона). По характеру математического описания системы делятся на стационарные (параметры не меняются со временем) и нестационарные (параметры меняются). По виду сигналов различают непрерывные системы, где все сигналы — непрерывные функции времени, и дискретные(импульсные или цифровые), где сигналы представлены в виде импульсов или кодов. По характеру возмущений выделяют детерминированные системы (возмущения изменяются по известному закону) и стохастические (возмущения носят случайный характер).
Исследование систем автоматического управления.
Исследование САУ включает два основных направления: анализ и синтез. Анализ — это изучение свойств уже заданной системы с целью оценки её устойчивости, точности и качества переходных процессов. Он отвечает на вопрос «как работает система?». Синтез — это построение новой системы или корректирующего устройства для обеспечения заданных технических требований. Он отвечает на вопрос «как построить систему, чтобы она работала правильно?» и является более сложной и неоднозначной
задачей. Коррекция системы выполняется, когда изменение параметров не даёт нужного результата. Для этого в систему вводят дополнительные корректирующие элементы. Существует три основных вида
коррекции: последовательная (включение в основную цепь), с помощью обратных связей (включение в цепь обратной связи) и смешанная. Последовательная коррекция увеличивает быстродействие, но усиливает влияние помех, а коррекция обратной связью делает систему менее чувствительной к внешним воздействиям и изменениям параметров.
Статические и астатические системы автоматического управления.
Эта классификация основана на величине установившейся ошибки при изменении нагрузки. В статических системах при изменении нагрузки управляемая величина меняется, и установившаяся ошибка конечна и пропорциональна нагрузке. Такие системы проще конструктивно, но имеют принципиальную статическую ошибку.
В астатических системах при изменении нагрузки управляемая величина остаётся неизменной, а установившаяся ошибка равна нулю. Астатические системы значительно точнее, но конструктивно сложнее, так как для их реализации необходимо вводить в систему интегрирующее звено. Выбор между статической и астатической системой определяется требуемой точностью поддержания управляемого параметра. Если допустима постоянная ошибка, применяют более простые статические системы, если требуется высокая точность — астатические.