1.1.6. Непрерывное и дискретное управление

В зависимости от способа формирования управляющих воздействий САУ разделяются на системы непрерывного и дискретного управления.

В непрерывном управлении любая информация для управления в любой момент времени, а также управляющие воздействия непрерывны во времени и по величине. Связи между элементами сохраняются всегда (рис.1.1.9,б).

Дискретное управление характеризуется наличием хотя бы одного звена при прерывистом изменении управляющих воздействий (рис.1.1.9, в-е).

Рис.1.1.9. Способы управления в САУ: а и б - непрерывное; в - амплитудно-импульсное; г - широтно-импульсное; д - частотно-импульсное; е - релейное

Дискретное управление различается на импульсное и релейное. Импульсное управление классифицируется: амплитудно-импульсное; широтно-импульсное; частотно-импульсное и др.

В амплитудно-импульсном управлении алгоритм управления обеспечивается изменением амплитуды импульсов при неизменных остальных параметрах импульсной последовательности.

В широтно-импулльсном управлении алгоритм управления обеспечивается изменением длительности импульсов при неизменных остальных параметрах импульсной последовательности.

В частотно-импульсном управлении алгоритм управления обеспечивается изменением частоты (периода) следования импульсов при неизменных остальных параметрах импульсной последовательности.

В сложных системах управления используется помехозащищенный метод управления с помощью кодо-фазо-манипуляции.

Дискретное управление широко применяется в цифровых управляющих машинах.

1.1.7. Задачи теории автоматического управления

Ознакомившись с понятиями автоматики и автоматизации сварочных процессов, а также с классификацией САУ, можно сформулировать задачи теории автоматического управления (регулирования):

1. Изучение динамических свойств и характеристик типовых элементов (звеньев) автоматических систем.

2. Анализ и синтез функциональных и структурных схем.

3. Моделирование динамических характеристик этих систем.

4. Определение ошибок и показателей точности.

5. Исследование устойчивости замкнутых систем.

6. Оценка качества процессов управления.

7. Определение чувствительности систем к изменению параметров и других факторов.

8. Оптимизация САУ (САР).

9. Разработка САПР (систем автоматизированного проектирования) САУ (САР) и ее звеньев.

1.2. Математическое описание сау

1.2.1. Дифференциальные уравнения сау

Динамическое состояние системы можно представить в виде совокупности дифференциальных уравнений, описывающих все физические процессы - механические, электрические, электромагнитные и др., происходящие в элементах (звеньях) системы.

Для исследования же системы удобнее иметь одно общее дифференциальное уравнение, составленное на основе уравнений каждого из входящих в нее отдельных звеньев путем исключения промежуточных переменных, при этом за входную и выходную переменные каждого из них необходимо принимать те, которые указаны в функциональной схеме исследуемой системы.

При составлении и решении уравнений динамики системы следует учитывать, что коэффициенты дифференциального уравнения САУ зависят от параметров звеньев (например, момента инерции, массы, емкости, индуктивности и т.п.).

Рассмотрим механическую систему при неравномерном движении.

Если скорость какого-либо тела постоянна, то расстояние будет равно

S(t) = S₀ + Vt или Y(t) = Y₀ + t, (1.2.1)

где Y(t) = S - расстояние, пройденное телом за время t; =V - скорость тела при движении; Y₀= S₀ - расстояние пройденное телом до начала отсчета t=0.

Если же еще и скорость непостоянна, то в общем случае расстояние будет равно

или, (1.2.2)

где - ускорение при движении.

При нескольких переменных в общем виде уравнение динамики звена или САУ имеет вид

, (1.2.3)

где , ... - управляемая переменная и ее производные;, ...- входные переменные и их производные;, ...- возмущающее воздействие и его производная.

С учетом принципа суперпозиции для линейных систем при независимых друг от друга X₁, X₂и F можно записать

. (1.2.4)

Пример. Составим дифференциальное уравнение протекания тока через обмотку возбуждения двигателя (рис.1.2.2).

,

где L - индуктивность; i - ток; U - напряжение; R - сопротивление обмоток.