Вопрос 1

Вопрос 1 1. Системы автоматического управления. Основные понятия.

Система автоматического управления, или САУ, представляет собой совокупность объекта управления и управляющего устройства, взаимодействие которых обеспечивает выполнение поставленной цели, при этом объект управления — это производственный, технологический процесс или технический объект, который нуждается в специальном управляющем воздействии, а управляющее устройство вырабатывает это воздействие, ориентируясь на входные сигналы, к которым относятся задающее воздействие, определяющее цель работы системы, и возмущающее воздействие, представляющее собой помеху, нарушающую нормальное функционирование, а выходная, или управляемая, величина — это параметр объекта, который необходимо поддерживать постоянным или изменять по заданному закону, и в целом управление понимается как процесс организации целенаправленного воздействия на объект для перевода его в требуемое состояние.

2. Структурная схема системы автоматического управления.

Структурная схема представляет собой графическое изображение САУ в виде соединения звеньев, которое дает наглядное представление о связях между элементами и о прохождении сигналов, и в обобщенной структурной схеме присутствуют следующие элементы: задающее устройство, задающее закон изменения управляемой величины; измерительное устройство, измеряющее действительное значение управляемой величины; сравнивающее устройство, которое сравнивает заданное и действительное значения и вырабатывает сигнал ошибки; усилитель, повышающий мощность сигнала ошибки; корректирующее устройство, изменяющее свойства системы для улучшения динамических характеристик; исполнительный механизм, воздействующий на управляемый орган объекта; и сам объект управления, при этом на схеме также показывается возмущающее воздействие, а все элементы соединяются стрелками, обозначающими направление сигналов.

3. Принципы управления в технических системах. Управление по заданному воздействию.

Управление по заданному воздействию, которое также называют жестким управлением, представляет собой принцип, при котором управляющее воздействие формируется исключительно на основе задающего сигнала, а фактические значения управляемой величины и действующие возмущения при этом не учитываются, поэтому структура такой системы является разомкнутой, так как в ней отсутствует обратная связь по управляемому параметру, и этот принцип дает удовлетворительное качество управления только при выполнении трех условий: высокой стабильности параметров

самой САУ, стабильности внешней среды, то есть при отсутствии или постоянстве возмущений, и невысоких требованиях к точности управления.

4. Принципы управления в технических системах. Управление по возмущению.

Управление по возмущению, или принцип компенсации, основан на том, что управляющее воздействие формируется в зависимости от значения основного внешнего возмущения, то есть сначала выясняют, какое возмущение является главным, а затем определяют, как нужно изменять управляющее воздействие, чтобы скомпенсировать его влияние, при этом структура такой системы также является разомкнутой, но использует информацию о возмущении, и достоинством этого способа является возможность полной теоретической компенсации возмущения, однако недостатком служит то, что он не дает требуемой точности, если на объект действует множество неконтролируемых возмущений, которые не учитываются.

5. Принципы управления в технических системах. Управление по отклонению.

Управление по отклонению, которое также называют принципом обратной связи, является основным принципом для большинства современных САУ и заключается в том, что управляющее воздействие формируется на основе сигнала рассогласования, то есть ошибки между заданным и действительным значениями управляемой величины, и система стремится свести эту разность к нулю, при этом структура такой системы является замкнутой, так как имеет главную обратную связь по управляемому параметру, и достоинством этого принципа является гибкость управления, поскольку учитывается текущее состояние объекта и компенсируются отклонения, ые любыми причинами, однако недостатком является то, что затруднено

управление быстродействующими и сложными инерционными объектами, а стремление повысить точность за счет увеличения коэффициента усиления может привести к потере устойчивости.

6. Принципы управления в технических системах. Принцип комбинированного управления.

Комбинированное управление представляет собой принцип, объединяющий достоинства управления по отклонению и по возмущению, и его суть заключается в том, что управляющее устройство использует информацию сразу о трех воздействиях: о задающем воздействии, о текущем отклонении, получаемом по сигналу обратной связи, и о главном возмущающем воздействии, при этом структура является замкнутой, но с дополнительным каналом связи по возмущению, и достоинством такого подхода является более высокое качество управления, поскольку информация о возмущении позволяет системе работать с предвидением, начиная компенсацию раньше,

чем возникнет значительное отклонение, что повышает точность и быстродействие.

7. Классификация систем автоматического управления.

САУ классифицируются по нескольким признакам, в частности по роду задающего воздействия различают системы стабилизации, которые поддерживают постоянное значение управляемой величины, системы программного управления, которые изменяют управляемую величину по известному заранее закону, и следящие системы, которые изменяют величину по заранее неизвестному закону, также по характеру математического описания и свойств системы делятся на стационарные и нестационарные, линейные и нелинейные, непрерывные и дискретные, детерминированные и стохастические, а по наличию адаптации выделяют адаптивные системы, которые изменяют свои параметры или структуру при непредвиденных изменениях внешних условий для сохранения заданного качества работы.

8. Исследование систем автоматического управления.

Исследование САУ включает две основные задачи: анализ и синтез, при этом анализ представляет собой исследование процесса работы уже заданной системы с известной структурой и элементами при различных параметрах и воздействиях с целью определения ее характеристик, таких как устойчивость, качество переходных процессов и точность, а синтез — это процесс построения новой системы или выбора управляющего устройства, обеспечивающего заданные требования к качеству работы, причем задача синтеза является более сложной и часто неоднозначной, так как одни требования можно выполнить разными способами.

9. Статические и астатические системы автоматического управления.

Эта классификация основана на зависимости ошибки системы от величины внешней нагрузки в установившемся режиме, при этом ошибка определяется как разность между задающим и выходным сигналом, и в установившемся режиме эта ошибка становится постоянной, так вот статическая система характеризуется тем, что ошибка в установившемся режиме зависит от величины управляющего или возмущающего воздействия, то есть чем больше нагрузка, тем больше ошибка, и такая система не может обеспечить абсолютно постоянное значение управляемого параметра при переменной нагрузке, тогда как астатическая система отличается тем, что в установившемся режиме ошибка стремится к нулю независимо от величины воздействия, что достигается за счет наличия в системе интегрирующего звена, которое запоминает и накапливает ошибку и тем самым устраняет ее, и в итоге статические системы проще конструктивно, но имеют погрешность, а

астатические системы точнее, но сложнее и для их стабилизации часто требуется введение корректирующих устройств.