5.6 Режимы функционирования систем автоматизации
В зависимости от того, как вырабатывается и передается на объект управления управляющее воздействие, можно выделить следующие режимы функционирования:
режим ручного управления;
режим советчика оператора;
автоматический режим.
Рассмотрим сущность каждого из этих режимов на примере системы, работающей по принципу обратной связи.
При ручном управлении (рис. 5.7, а) оператор Оп получает от системы только информацию о величине регулируемого параметра. Ее выдает соответствующий измеритель И. Анализ же этой информации, выработка управляющего воздействия и передача его на исполнительный механизм ИМ возложены на оператора.
В режиме советчика оператора (рис. 5.7, б) система, используя включенное в нее вычислительное усторойство ВУ, сама вычисляет управляющее воздействие и предлагает свое решение оператору в качестве подсказки. Если оператор согласен с предложением системы, он выдает его исполнительному механизму. В противном случае он сам принимает решение по управлению, как при ручном режиме. Режим советчика оператора применяют обычно при недостаточной изученности объекта управления, когда имеются сомнения в способности системы учитывать все нюансы работы ОУ.
Р
ис. 5.7.
Схемы режимов функционирования систем
автоматизации:
а – ручное управление; б – советчика оператора;
в – автоматический
Наиболее полно задача автоматизации решается системой в автоматическом режиме (рис. 5.7, в). Здесь оператор выведен из контура управления. В его функции входит только назначение задающего воздействия и пассивное наблюдение за системой.
6 Типовые динамические звенья
6.1 Свойства типовых динамических звеньев
При анализе и синтезе CAP удобно представлять их состоящими из простых элементов, называемых типовыми динамическими звеньями. Динамические звенья подразделяются только по динамическим свойствам (виду дифференциального уравнения), которые могут быть одинаковы при различной физической сущности процесса в звене, т.е. одним и тем же типом динамического звена охватываются элементы, в которых протекают разные физические процессы (электрические, тепловые, гидравлические).
Сложные элементы представляются в виде совокупности определенным образом соединенных типовых динамических звеньев.
К типовым динамическим звеньям предъявляют следующие требования:
1. Звено имеет одну входную и одну выходную величину.
2. Сигнал проходит в одном направлении (детектирующее свойство звена).
3. Динамика звена описывается дифференциальным уравнением не выше 2-го порядка.
Свойства звеньев изучают по виду переходного процесса при подаче на вход единичного ступенчатого возмущения x (t) = 1, т.е. по переходной характеристике.
При таком подходе для анализа качества систем регулирования необходимо по дифференциальным уравнениям элементов системы составить ее дифференциальное уравнение. Для облегчения исследования свойств динамических звеньев вводится понятие передаточной функции.
6.2 Понятие передаточной функции
Для анализа работы системы управления нужно составить дифференциальное уравнение, описывающее ее динамику. Затем получить общее решение этого уравнения, построить переходной процесс и проанализировать его с точки зрения качества работы системы. Для облегчения решения этой задачи используется понятие передаточной функции.
Запишем дифференциальное уравнение системы управления в общем виде
. (6.1)
Здесь производной нулевого порядка является сама переменная.
Упростим это
выражение, используя оператор Лапласа
.
Для этого введем обозначения операций:
дифференцирования
;
интегрирования
.
Преобразуем уравнение (6.1) по Лапласу
, (6.2)
которое можно представить в виде
.
(6.3)
Передаточная
функция W(p)
– это отношение операторного полинома
,
характеризующего входную величину
,
к операторному полиному
,
характеризующему выходную величину
.
Следовательно, передаточная функция –
.
(6.4)