шпоргалка / D1z_pr0

Автоматизация

А – комплекс технических мероприятий, обеспечивающих частичное или полное исключение участие человека.

Линейные системы

Л.с. – системы, которые работают непрерывно во времени и состоят из элементов, имеющих линейную статическую характеристику. (Водопровод)

Нелинейные системы

Н.л.с. – имеют элементы, имеющие характеристику нелинейной или релейной. (Световая система)

Дискретные системы

Д.с. имеют дискретную зависимость от времени (непрерывную) и в их составе присутствуют дискретные элементы. (Электронные часы)

Управление каким-либо объектом – это процесс воздействия на него с целью обеспечения требуемого течения процесса в объекте или требуемого изменения его состояния. Основой управления является получение и обработка информации о состоянии и внешних условиях работы ОУ и для определения воздействий, которые необходимо приложить к объекту, чтобы обеспечить достижение цели управления.

Взаимодействие УУ и ОУ осуществляется в соответствии с избранным алгоритмом управления.

Под алгоритмом управления понимают совокупность правил, в соответствии с которыми УУ вырабатывает сигналы управления для ОУ с целью достижения цели управления.

САУ делят на: Автоматические и Автоматизированные.

В автоматизированных САУ человек исключается из управления частично, в автоматических полностью.

Автоматическая – система управления ядерным реактором.

Автоматизированная – хлебозавод; станок.

В процессе управления состояние системы изменяется. Параметры системы, которые характеризуют состояние процессов в системе называют координатами процесса. СУ и их процессы являются многоплановыми и моногоаспектными. В процессе управления координаты системы должны находится в заданных границах. При выходе за границу процесс управления нарушается и результатом становится брак.

Задача удержания параметров системы в заданных границах является задачей ТАУ. Состояние ОУ характеризуется выходной величиной у. В общем случае выходных величин может быть несколько, тогда общая выходная величина определяется вектором, учитывающим все составные выходные величины. Входное (задающее) воздействие содержит информацию о требуемом значении выходной величины, т.е. о цели управления.

Система с компенсацией возмущений

При возрастании величины возмущения или кол-ва возмущений в разомкнутой системе выходная координата отклоняется до такой степени, когда работоспособность системы уменьшается. Для восстановления работоспособности системы в неё вводят устройства компенсации возмущения.

УКВ – устройство компенсации возмущений

Д – датчик, измеритель возмущений

ВУ – вычислительное устройство

На ОУ действует 2 сигнала, позволяя компенсировать возмущающее воздействие.

При построении схемы компенсации возмущающее воздействие из группы воздействий, действующих на систему, выбирается то, которое оказывает наиболее существенное влияние на работу системы.

При построении системы по принципу компенсации необходимо выявить законы зависимости управляемой величины от величины возмущения.

Частным случаем системы управления является система регулирования.

При управлении

При регулировании

В зависимости от характера задающего воздействия системы делят на системы стабилизации, системы программного регулирования, и следящие системы.

В системах стабилизации задается воздействие постоянно. В системе программного регулирования задающее воздействие изменяется по заранее заданному закону. В следящих системах задающее воздействие изменяется, но закон изменения заранее неизвестен, т.е. задачей системы является обеспечение слежения выходной величины объекта за изменяющейся входной величиной так, чтобы поддерживать равенство .

Стационарные системы.

Это системы, все параметры которых изменяются во времени, но постоянными остаются коэффициенты диф. уравнений.

Нестационарная система – система с переменными коэффициентами диф. уравнений.

Системы непрерывного действия состоят из звеньев непрерывного действия, т.е. выходная величина изменяется плавно при плавном изменении входной.

Система дискретного действия – система, содержащая хотя бы одно дискретное звено, т.е. выходная величина, изменяется скачком при плавном изменении входной величины.

Адаптивная система обладает свойством приспосабливаться к изменению внешних условий работы, а также улучшает свою работу по мере накопления опыта.

Неадаптивная система – система, которая имеет постоянную настройку.

Каждую систему характеризует 3 основных положения:

- устойчивость

- Качество

- Точность

Устойчивость систем – свойство систем возвращаться в установившееся состояние после того, как она была выведена из этого состояния каким-либо возмущением.

Качество работы управления характеризуется тем, на сколько процесс управления близок к желаемому и количественно качество управления определяется критерием качества, которое выбирается в соответствии с целью управления.

Точность управления характеризуется погрешностью сист. в установившихся режимах, т.е. величиной статических и динамических ошибок, величиной сист. и длительностью переходного режима.

2. Система программного управления

Они отличаются от систем стабилизации целью задатчика. Для систем стабилизации управляющий сигнал постоянен; для программного управления меняется по заранее заданной программе.

Возможно 2 способа задания управляющего сигнала.

1. Задающее воздействие является функцией времени

2. Задающее воздействие является функцией координат

Первый способ применяется для систем управления температурой, давлением, расходом.

Второй способ в электромеханических системах.

3. Следящие системы

В них закон изменения задающего воздействия заранее неизвестен, поэтому чаще всего следящие системы бывают многоуровневые, имеют в составе большое кол-во измерительных устройств и программы управления имеют много ветвлений.

4. Системы управления с поиском экстремума

Система управления, результатом действия которых является достижение экстремального значения управляемой координаты, называется система управления с поиском экстремума. (Телевизор с авто настройкой каналов)

5. Системы оптимального управления

Система, обеспечивающая наилучшие показатели в условиях воздействия многих факторов называется система оптимального управления, а само управление оптимальным.

УУ в таких системах выполняется только на ЭВМ. При решении задачи оптимизации ставится цель управления, выделяется оптимизирующий параметр и формируется показатель, который называется критерием оптимальности.

Закон регулирования

В составе устр. управления вычислительное устройство выполняет функцию вычисления управляющего воздействия по величине отклонения .

В разных системах одному и тому же отклонению соответствует разное управляющее воздействие. Правило, по которому отклонение ставится в соответствие управляющему воздействию называется законом регулирования.

Законы регулирования получили название по характеру математической зависимости:

1. Пропорциональный закон

2. Дифференциальный закон

3. Интегральный закон

4. Пропорционально-интегральный

5. Пропорционально-дифференциальный

6. Пропорционально-интегрально-дифференциальный

Линейные системы уравнений

В ТАУ при изучении систем занимаются математическим описанием с помощью формул и графиков. Для сложной системы составить уравнение бывает достаточно трудно, а иногда невозможно. Поэтому для упрощения системы делят на структурные единицы. Иногда каждая структурная единица является сложным узлом на уровне систем. В этом случае каждый узел системы дробится на более мелкие до такого предела, когда полученная часть описывается простейшей мат. зависимостью. Простейшую часть называют звеном системы. Звено системы должно обладать свойством направленности. При этом сигнал в звеньях может передаваться только в одном направлении со входа на выход.

При таком свойстве влияние последующего звена на предыдущее исключается. После таки упрощений составить уравнение всей системы незатруднительно. Уравнение звеньев вместе с функциональной структурной схемой называется математической моделью системы.

Статические характеристики звеньев САУ

Поведение сист. определяется поведением составляющих их звеньев. Звено – это условно выделенная часть, функционирующая по определенному алгоритму.

Связь – это условно выделенная часть системы, автоматически отражающая направления взаимодействия между звеньями. Точка приложения входной координаты – вход звена, точка приложения выходной координаты – выход. Функциональная зависимость установившихся значений входных и выходных координат называется статической характеристикой звена. По виду статические характеристики могут быть простые и сложные, линейные и нелинейные, релейные и дискретные.

Статические звенья – звенья у которых функциональная связь между входной и выходной координатами в рабочей области непрерывна и монотонна, т.е. каждому значению x соответствует значение y.

Если при этом статическая характеристика линейна или достаточно точно может быть аппроксимирована прямой, то такое звено линейно.

Астатические звенья – звенья у которых при отсутствии функциональной связи между входной и выходной координатами в статич. режиме имеется функциональная связь между входной координатой и изменениями выходной .

Порядок производной функциональной зависимости определяет порядок астатизма звена. Выходными координатами звена могут быть разные ф. вел., которые влияют на порядок астатизма звена.

Например:

Рассмотрим астатическое звено n-ого порядка в виде перемещения S.

Если выходную координату примем в виде скорости, то астатизм звена понизится до первой степени . Если выходную координату примем в виде ускорения, то астатическое звено станет статическим . Особое значение имеют звенья, у которых в статической характеристике присутствует вертикальный участок

, где - срабатывание при котором происходит скачкообразное изменение выходной величины.

Такие звенья называются релейными и относятся к нелинейным, т.к. параметру срабатывания соответствует бесконечно большое число выходных величин.

Виды автоматического управления

1. Задачи или системы стабилизации

В таких системах задатчик должен формировать только одно заданное значение, поэтому его конструкция упрощается. В некоторых случаях задатчик как отдельный элемент может отсутствовать, а заданное значение формироваться в самом устройстве управления (УУ).

Предположим, что возмущающее воздействие временно отсутствует, а управляемая величина зависит только от управл. воздействия и эта зависимость прямопропорциональна.

- управляемая величина

- управляющая величина

, при z=0 (1)

Коэффициент передачи управляющего воздействия в управляемую величину

Для определения будем считать, что вычислительное устройство является регулятором, т.е. формирует управление пропорционально отклонению

В свою очередь отклонение формируется элементом сравнения .

; , при z=0.

При , , где - коэффициент отклонения передачи регулятором отклонения в управляемую величину.

, где , , , - константы.

, т.е. управляемая координата зависит только от возмущения. Т.о. можно записать следующую зависимость и получить задачу стабилизации.

, если

, то , что нам и необходимо.

Выводы по системам стабилизации.

1. Стабилизация не может выполняться абсолютно точно, она выполняется с ошибкой .

2. Погрешность стабилизации зависит от возмущения и уменьшается при увеличении коэффициента передачи регулятора.

Классификация САУ

В зависимости от вида используемой информации системы бывают разомкнутые и замкнутые.

В разомкнутых системах выходная величина не изменяется, т.е. нет контроля за состоянием объекта. Возможно, разомкнутые системы, в которых УУ получает информацию только об одном задающем воздействии или одном возмущении или оба сигнала одновременно. В первом варианте разомкнутая система управления осуществляется по заданному воздействию, т.е. поступающие команды Х проводят путем изменения управл. воздействия Z последующее изменение выходной величины Y. Точность между X и Y целиком определяется постоянством параметров и возмущение никак не контролируется. Такие системы пригодны при достаточно высокой стабильности условий работы и невысоких требованиях точности. Вторым вариантом разомкнутых систем является системы с управлением по возмущению. Идеальной системой является система, когда управление – функция двух величин X и F. Возможность компенсации возмущающих воздействий позволяет повысить точность управления в системах. Разомкнутая система нашла применение только при невысоких требованиях точности.

З – задающее устройство

ВУ – вычислительное устройство

F – возмущающее воздействие

В замкнутых системах на вход УУ подаётся как входная, так и выходная величина.

В таких системах УУ стремиться ликвидировать все отклонения вых. величин от его значения, определяемого заданием входной, включая все изменения параметров системы и учитывая все возмущающие воздействия. Такие системы обеспечивают точность управления. Для точного управления необходимо скомпенсировать все возмущения, действующие на систему. Для этого в систему включают столько датчиков, сколько на неё действует возмущающих воздействий. В этом случае сист. получается сложной и массивной. Проще построить систему на основе принципа обратной связи. В этом случае выходная величина сравнивается с заданной и формируется отклонение

Дифференциальная чувствительность звеньев.

Производная выходной координаты по входной, характеризующая угол наклона касательной к статической характеристике называется дифференциальной чувствительностью звена: (1)

Формула (1) справедлива для линейных звеньев. При нелинейной статической характеристике дифференциальная чувствительность – величина переменная, поэтому используют понятие средней диф. чувствительности (2), где - угол наклона касательной к линиаризированной статической характеристике. У релейного звена на вертикальном участке диф. чувств. равна нулю, на горизонтальном участке равна . В этом случае используют понятие коэффициента управления (3).

Последовательное соединение звеньев

; (4)

Параллельное соединение звеньев

Встречно-параллельное соединение звеньев

(6)

+ - положит обр. св.

– - отр. обр. св.

Приведение уравнений к безразмерной форме

В статическом режиме поведения звена описывается статич. коэффициентом . Для сравнения характера преобразования в звеньях разной природы применяют относительный коэф. . В динамике поведение системы описывается выражением

(1)

В этом уравнении все переменные являются размерными величинами. У систем разной природы эти величины имеют разные параметры. Однако форма записи у разных систем может быть одинаковой. С этой целью уравнение (1) приводится к безразмерной форме, а все величины характеризуются относительными изменениями. Для точки с координатами относительное изменение запишется в виде:

(2)

(3)

Подставим выражение (2) и (3) в выражение (1)

(4)

Разделим выражение (4) на выражение , получим

(5)

Введём замену:

; ; ; ;