Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методы синтеза систем автоматической стабилизацииции и позиционирования

.pdf
Скачиваний:
77
Добавлен:
05.09.2019
Размер:
16.31 Mб
Скачать

ми управления.

 

контурами управління.

 

Многомерная система

управле-

Багатовимірна

система

ния – система, имеющая

несколько

управління – система,

що має кілька

входов и (или) выходов.

 

входів і (або) виходів.

 

Многосвязная система – система,

в которой хотя бы одна управляемая величина зависит от нескольких входных воздействий или несколько управляемых величин зависят от одного входного воздействия.

Н

Нагрузка – внешнее возмущающее воздействие или устройство, создающее его.

Багатозв'язна система – система,

у якій хоча б одна керована величина залежить від декількох вхідних впливів або кілька керованих величин залежать від одного вхідного впливу.

Навантаження – зовнішнє збурне діяння або пристрій, який створює його.

Необходимым и

достаточным

Необхідною і достатньою умовою

условием устойчивости линейной сис-

стійкості лінійної системи автома-

темы автоматического управления яв-

тичного керування є негативність

ляется отрицательность

вещественных

дійсних частин усіх коренів

арактер-

частей всех корней характеристическо-

ристичного рівняння.

 

го уравнения.

 

 

 

Непрерывная система – система,

Безперервна система

система,

все сигналы в которой могут принимать

всі сигнали в якій можуть приймати

любые в некоторых диапазонах значе-

будь-які у деяких діапазонах значення у

ния в любые моменты времени.

будь-які моменти часу.

 

О

Обратная связь – линия связи,

передающая информацию и энергию с выхода функционального элемента или системы на вход функционального элемента или системы.

Объект управления – управляе-

мая и наблюдаемая часть среды, для достижения желаемых результатов функционирования которой вырабатываются управляющие воздействия.

Зворотний зв’язок – лінія зв’язку,

яка передає інформацію і енергію з виходу функціонального елемента або системи на вхід функціонального елемента або системи.

Об'єкт управління – керована та спостережувана частина середовища, для досягнення бажаних результатів функціонування якої виробляються керуючі діяння.

179

Объект автоматического пози-

Об’єкт автоматичного позиціо-

ционирования

подсистема, сформи-

нування

– підсистема, сформована

рованная таким образом, что выполняя-

таким чином, що виконуються дві

ются два условия:

 

 

умови:

 

 

 

1) сигнал управления

позволяет

1)

сигнал

керування

дозволяє

целенаправленно

изменять

значения

цілеспрямовано

змінювати

значення

управляемых величин за конечное вре-

керованих величин за кінцевий час;

мя;

 

 

2) цілеспрямовану зміну керованих

2)целенаправленное изменение величин можна оцінювати за

управляемых величин можно оценивать с помощью измерений в реальном масштабе времени.

Объект автоматического управ-

ления (ОАУ) – подсистема, сформированная таким образом, что выполняются два условия:

1)сигнал управления позволяет переводить ОАУ из одного состояния в другое за конечное время;

2)переход ОАУ из одного состояния в другое можно оценивать с помощью измерений.

Одномерная система – система с одним входом и одним выходом.

Основные этапы управления

определение цели управления; оценка возможности и стоимости достижения цели управления; выделение из среды или создание объекта управления; изучение статических или динамических свойств объекта управления и его взаимодействия с внешней средой; выбор критерия оценки качества процесса управления; организация структуры процесса управления; обеспечение необходимых условий работы системы управления; оценка текущей и будущей ситуаций; принятие решения и исполнение его; оценка результатов управления; развитие системы управления.

правлігою вимірювань у реальному масштабі часу.

Об’єкт автоматичного управлін-

ня (ОАУ) – підсистема, сформована таким чином, що виконуються дві умови:

1)сигнал керування дозволяє переводити ОАУ з одного стану в інший за кінцевий час;

2)перехід ОАУ з одного стану в інший можна оцінювати за допомогою вимірювань.

Одновимірна система – система з одним входом і одним виходом.

Основні етапи управління

визначення мети управління; оцінка можливості та вартості досягнення мети управління; виділення з середовища або створення об’єкта управління; вивчення статичних або динамічних властивостей об’єкта управління і його взаємодії із зовнішнім середовищем; вибір критерію оцінки якості процесу управління; організація структури процесу управління; забезпечення необхідних умов роботи системи управління; оцінка поточної і майбутньої ситуацій; прийняття рішення і виконання його; оцінка результатів управління; розвиток системи управління.

180

Отклонение – разность между требуемым и действительным значениями величины.

Ошибка – неправильность в какой-либо работе, вычислении, измерении, написании, неправильное действие.

П

Передаточной функцией назы-

вается отношение изображений выходного сигнала объекта исследования ко входному сигналу, преобразованных по Лапласу при нулевых начальных условиях.

Перерегулирование – отношение максимального отклонения переходной характеристики от установившегося значения к этому значению, выраженное в процентах.

Переходная функция представ-

ляет собой реакцию объекта, находящегося в установившемся режиме, на ступенчатое воздействие.

Погрешность – отклонение полученного значения от требуемого. Погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Существуют систематические и случайные погрешности.

Показатель качества управления

– количественная оценка качества управления. Примеры: установившаяся ошибка, время переходного процесса, перерегулирование и т. д.

Відхилення – різниця між необхідним і дійсним значеннями величини.

Помилка – неправильність у будьякій роботі, обчисленні, вимірі, написанні, неправильна дія.

Передавальною функцією нази-

вається відношення зображень вихідного сигналу об’єкта дослідження до вхідного сигналу, перетворених за Лапласом при нульових початкових умовах.

Перерегулювання – відношення максимального відхилення перехідної характеристики від усталеного значення до цього значення, виражене у відсотках.

Перехідна функція являє собою реакцію об’єкта, що знаходиться в усталеному режимі, на ступінчастий вплив.

Похибка – відхилення отриманого значення від необхідного. Похибка вимірювання – відхилення результату вимірювання від істинного значення вимірюваної величини. Існують систематичні і випадкові похибки.

Показник якості управління

кількісна оцінка якості управління. Приклади: усталена похибка, час перехідного процесу, перерегулювання та ін.

181

Полоса пропускания

диапазон

Смуга пропускання

діапазон

частот, в пределах которого амплитуда

частот, в межах якого амплітуда

колебаний выходного сигнала превы-

коливань вихідного сигналу перевищує

шает уровень 0,707 от требуемого зна-

рівень 0,707 від необхідного значення.

чения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принцип

управления

способ

Принцип

управління

-

спосіб

формирования

управляющего

воздей-

формування

керуючого

впливу.

ствия.

Фундаментальные

принципы

Фундаментальні принципи управління:

управления: управление по задающему

управління за задавальним діянням,

воздействию, управление по возмуща-

управління за збурним діянням,

ющему воздействию, управление по

управління за відхиленням. Розвиток

отклонению. Развитие принципов упра-

принципів

управління:

 

 

ієрархічне

вления: иерархическое управление,

управління, управління за станом,

управление по состоянию, оптимальное

оптимальне

управління,

 

адаптивне

управление, адаптивное управление,

управління, комбіноване управління.

комбинированное управление.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Работоспособным называется со-

Працездатним

називається

стан

стояние системы, при котором она спо-

системи, при якому вона здатна

собна выполнять требуемые функции,

виконувати необхідні функції, збері-

сохраняя значения заданных показате-

гаючи значення заданих показників у

лей в установленных пределах.

 

встановлених межах.

 

 

 

 

Разомкнутая система

управле-

Розімкнена система управління

ния

система управления, не имеющая

система управління, яка не має

обратной связи.

 

 

 

 

зворотного зв'язку.

 

 

 

 

 

Регулирование

поддержание по-

Регулювання

-

 

підтримання

стоянства или изменение по требуемо-

сталості або зміна за необхідним

му закону некоторой физической вели-

законом деякої фізичної величини.

чины. Примеры: стабилизация высоты

Приклади: стабілізація висоти і

и скорости полета самолета, наведение

швидкості польоту літака, наведення

ракеты на цель, синхронизация манев-

ракети

на

ціль,

синхронізація

рирования группы самолетов, стабили-

маневрування

 

групи

 

 

літаків,

зация амплитуды и частоты напряже-

стабілізація

амплітуди

 

і

частоти

ния генератора.

 

 

 

 

напруги генератора.

 

 

 

 

 

Редуктор

это зубчатая или гира-

Редуктор – це зубчаста або гідра-

влическая передача,

предназначенная

влічна передача, призначена для зміни

для изменения угловых скоростей, вра-

кутових

швидкостей,

 

обертальних

щающих моментов и моментов инерции.

моментів і моментів інерції.

 

 

182

С

Синтез – 1. Мысленное или реальное соединение объектов в единое целое. 2. Проектирование устройства по заданным требованиям к его свойствам. Примеры: синтез корректирующих устройств, синтез систем оптимального управления.

Система автоматического упра-

вления – это совокупность функциональных элементов, объединенных в соответствии с выбранным принципом автоматического управления и обеспечивающих выполнение поставленных задач.

Система интеллектного управ-

ления должна иметь способность воспринимать информацию о процессах, возмущениях и условиях функционирования, выводить заключение и обучаться.

Стабилизация – обеспечение постоянства управляемых величин.

Стабилизация ЛА – удержание связанных с ЛА осей и вектора линейной скорости вблизи требуемых значений; обеспечение устойчивости ЛА.

Статическая система управле-

ния – система, в которой при стремлении внешнего воздействия к постоянной величине ошибка стремится к постоянной величине, зависящей от величины внешнего воздействия. Различают статические по задающему и по возмущающему воздействиям системы.

Статической характеристикой

объекта называется зависимость его

Синтез – 1. Уявне або реальне з'єднання об'єктів у єдине ціле. 2. Проектування пристрою за заданими вимогами до його властивостей. Приклади: синтез коригувальних пристроїв, синтез систем оптимального управління.

Система автоматичного упра-

вління – це сукупність функціональних елементів, об'єднаних відповідно до обраного принципу автоматичного управління і таких, що забезпечують виконання поставлених задач.

Система інтелектного управлін-

ня повинна мати здатність сприймати інформацію про процеси, збурення і умови функціонування, виводити висновок і навчатися.

Стабілізація – забезпечення сталості керованих величин.

Стабілізація ЛА – утримання пов'язаних з ЛА осей і вектора лінійної швидкості поблизу необхідних значень; забезпечення стійкості ЛА.

Статична система управління

система, в якій при прагненні зовнішнього діяння до постійної величини помилка прагне до постійної величини, яка залежить від величини зовнішнього діяння. Розрізняють статичні за задавальним і за збурним діяннями системи.

Статичною характеристикою

об’єкта називається залежність його

183

выходного сигнала от входного

вихідного сигналу від вхідного сигналу,

сигнала, снятая в установившемся

знята в усталеному режимі функціо-

режиме функционирования.

нування.

Стационарная система – система,

в которой сдвиг входного сигнала по времени приводит к такому же сдвигу выходного сигнала.

Стаціонарна система – система, в

якій зсув вхідного сигналу за часом призводить до такого ж зсуву вихідного сигналу.

Стационарность

свойство сис-

Стаціонарність

властивість

тем, характеризующее

независимость

систем, що характеризує незалежність

их функционирования от сдвига по

їх функціонування від зсуву за часом.

времени.

 

 

 

Структура системы управления

Структура системи управління

– совокупность элементов, связей и отношений между ними в системе управления.

Структурная схема – это графи-

ческое изображение операторного уравнения, описывающего процесс преобразования сигналов.

Т

Точность – свойство систем, характеризующее степень приближения выходного сигнала к требуемому значению. Оценивается в переходном и установившемся режимах, при постоянных, степенных, гармонических и случайных воздействиях, с помощью статических и скоростных ошибок, линейных и квадратичных интегральных оценок и т. д.

У

сукупність елементів, зв’язків і відносин між ними в системі управління.

Структурна схема – це графічне зображення операційного рівняння, що описує процес перетворення сигналів.

Точність – властивість систем, що характеризує ступінь наближення вихідного сигналу до необхідного значення. Оцінюється в перехідному і усталеному режимах, при постійних, степеневих, гармонійних і випадкових впливах, за допомогою статичних і швидкісних помилок, лінійних і квадратичних інтегральних оцінок тощо.

Управление – последовательность

Управління – послідовність дій

действий целевого изменения состо-

цільового змінення стану об'єкта

яния объекта управления.

управління.

184

Управляемость – свойство объек-

та, заключающееся в том, что существуют управляющие воздействия, способные обеспечить достижение цели управления в условиях заданных ограничений.

Установившийся режим функ-

ционироания – функционирование объекта, при котором его выбранные характеристики практически не изменяются. В качестве таких характеристик могут быть выходные сигналы, их скорости, амплитуды их колебаний и т. п.

Керованість – властивість об'єкта, що полягає в тому, що існують керуючі впливи, здатні забезпечити досягнення мети управління в умовах заданих обмежень.

Сталий режим функціонування

функціонування об'єкта, при якому його вибрані характеристики практично не змінюються. Такими характеристиками можуть бути вихідні сигнали, їх швидкості, амплітуди їх коливань і т. п.

Устойчивая система – система,

все невозмущенные движения которой устойчивы. Линейная система устойчива, если она возвращается в состояние равновесия после прекращения действия возмущений.

Устойчивость – это свойство системы возвращаться в исходное состояние после кратковременного вывода ее из этого состояния и прекращения действия возмущения.

Устойчивость по Ляпунову

способность объекта сохранять достаточно малыми отклонения значений координат возмущенного движения после действия возмущений от значений тех же координат невозмущенного движения, если эти отклонения были достаточно малыми в момент окончания возмущения.

Стійка система – система, всі незбурені рухи якої стійкі. Лінійна система стійка, якщо вона повертається в стан рівноваги після припинення дії збурень.

Стійкість – це властивість системи повертатися до вихідного стану після короткочасного виведення її з цього стану і припинення дії збурення.

Стійкість за Ляпуновим

здатність об'єкта зберігати досить малими відхилення значень координат збуреного руху після дії збурень від значень тих же координат незбуреного руху, якщо ці відхилення були досить малими в момент закінчення збурення.

Устройство автоматического по-

Пристрій автоматичного

пози-

зиционирования (УАП) – подсистема,

ціонування

(ПАП)

підсистема,

сформированная таким образом, что

сформована

таким

чином,

що

выполняются два условия:

виконуються дві умови:

 

 

1) на вход устройства поступают

1) на

вхід пристрою надходять

185

сигналы задающих воздействий и сигналы измерений, преобразующиеся

ввыходной сигнал управления;

2)сигналы управления целенаправленно изменяют значения управляемых величин так, что выполняются заданные требования к качеству функционирования всей системы.

Устройство автоматического управления (УАУ) – подсистема,

сформированная таким образом, что выполняются два условия:

1)на вход УАУ поступают задающий сигнал и сигналы измерений, преобразующиеся с помощью алгоритма управления в выходной сигнал управления;

2)сигнал управления переводит ОАУ из одного состояния в другое так, что выполняются заданные требования

ккачеству функционирования системы.

Ф

Фазочастотная характеристика

(ФЧХ) линеаризованного объекта исследования представляет зависимость разности фаз выходного и входного гармонических сигналов от частоты.

Функциональная схема

графическое представление изделия, на котором изображены функциональные части и связи между ними с разъяснением процессов, протекающих в отдельных функциональных цепях изделия или в изделии в целом.

Ч

Частотная передаточная функ-

ция – зависимость комплексного коэффициента преобразования от

сигнали задавальних впливів і сигнали вимірювань, що перетворюються у вихідний сигнал управління;

2) сигнали управління цілеспрямовано змінюють значення керованих величин так, що виконуються задані вимоги до якості функціонування всієї системи.

Пристрій автоматичного упра-

вління (ПАУ) – підсистема, сформована таким чином, що виконуються дві умови:

1)на вхід ПАУ надходять задавальний сигнал і сигнали вимірювань, що перетворюються за допомогою алгоритму управління у вихідний сигнал управління;

2)сигнал управління переводить ОАУ з одного стану в інший так, що виконуються задані вимоги до якості функціонування системи.

Фазочастотна характеристика

(ФЧХ) лінеаризованого об'єкта дослідження являє собою залежність різниці фаз вихідного і вхідного гармонійних сигналів від частоти.

Функціональна схема – графічне подання виробу, на якому зображено функціональні частини і зв'язки між ними з роз'ясненням процесів, що відбуваються в окремих функціональних колах виробу або у виробі в цілому.

Частотна передавальна функ-

ція – залежність комплексного коефіцієнта перетворення від частоти.

186

частоты. Равна преобразованию Фурье

Дорівнює

перетворенню

Фурьє

импульсной

переходной

характе-

імпульсної перехідної характеристики.

ристики.

 

 

 

 

 

Частотная характеристика – это

Частотна

характеристика

– це

реакция системы в установившемся ре-

реакція системи в усталеному режимі

жиме на синусоидальный входной сиг-

на синусоїдальний вхідний сигнал при

нал при изменении его частоты во всем

зміні його частоти у всьому можливому

возможном диапазоне.

 

діапазоні.

 

 

Ц

Цель управления – перевод и удержание объекта управления в желаемом или требуемом состоянии.

Мета управління – переведення і утримання об'єкта управління в бажаному або необхідному стані.

187

СОДЕРЖАНИЕ

ЗМІСТ

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

 

ПЕРЕДМОВА

 

 

 

 

3

1. От проблем к задачам и далее к

1. Від проблем до задач і далі

 

технологиям

автоматизации

– таков

технологій автоматизації –

такий

 

путь прогресса

 

 

шлях прогресу

 

 

 

 

7

1.1. Проблематика современного этапа

1.1. Проблематика сучасного ета-

 

развития

 

 

 

 

пу розвитку

 

 

 

 

 

7

1.2. Жизненный цикл систем управле-

1.2.

Життєвий

цикл

систем

 

ния

 

 

 

 

управління

 

 

 

 

 

13

1.3. Особенности эскизного проектиро-

1.3. Особливості ескізного проек-

 

вания САУ

 

 

 

тування САУ

 

 

 

 

 

18

2. Метод логарифмических ампли-

2. Метод логарифмічних амплі-

 

тудно-частотных характеристик

тудно-частотних характеристик

25

2.1. История развития метода

 

2.1. Історія розвитку метода

25

2.2. Технология синтеза САУ методом

2.2. Технологія синтезу САУ ме-

 

ЛАЧХ

 

 

 

 

тодом ЛАЧХ

 

 

 

 

 

26

2.2.1. Подготовка исходных данных

2.2.1. Підготовка вихідних даних

26

2.2.2.

Построение

располагаемой

2.2.2. Побудова наявної ЛАЧХ ро-

 

ЛАЧХ разомкнутой системы

 

зімкненої системи

 

 

 

29

2.2.3. Построение желаемой ЛАЧХ и

2.2.3. Побудова бажаної ЛАЧХ і

 

ЛАЧХ

корректирующего

элемента,

ЛАЧХ

коригувального

елемента,

 

определение

передаточной

функции

визначення передавальної функції

 

КЭ

 

 

 

 

КЕ

 

 

 

 

 

 

34

2.2.4. Расчет переходных характе-

2.2.4. Розрахунок перехідних ха-

 

ристик

скорректированной

системы,

рактеристик

скоригованої

систе-

 

определение показателей качества

ми, визначення показників якості

39

2.2.5. Разработка схемы набора пере-

2.2.5. Розроблення схеми

набору

 

даточной функции КЭ на лабора-

передавальної

функції

КЕ на

 

торном стенде

 

 

 

лабораторному стенді

 

 

40

2.3. Пример решения задачи синтеза

2.3. Приклад вирішення завдання

 

САС угловой скорости вращения вала

синтезу САС

кутової

швидкості

 

электромеханического привода

обертання

вала

електромеха-

 

 

 

 

 

 

нічного приводу

 

 

 

43

188