1.2.3. Классификация сау по целевому назначению и другим признакам
В зависимости от числа регулируемых величин системы автоматического управления подразделяют на одномерные (одна регулируемая величина), двумерные (две регулируемые величины) и многомерные (прип регулируемых величинах).
Многомерные системы могут быть системами несвязанного и связанногорегулирования. В системе несвязанного регулирования регуляторы, управляющие различными переменными, не связаны одни с другими и работают независимо. В системе связанного регулирования регуляторы связаны между собой, и для нормальной работы требуется их вполне определенное взаимодействие. Систему связанного регулирования называют автономной, если существуют такие связи между регуляторами, когда изменение одной из регулируемых величин не вызывает изменения остальных.
Понятие цели управления является исходным в ТАУ, поэтому классификация по этому признаку играет важную роль. При обоснованиях цели управления будем сопоставлять задающее воздействиеx(t) с тем желаемым выходным процессомy(t), который мы хотели бы получить при идеальной работе системы. Это удается сделать, если ввести понятие идеального оператора системыsи(t), и тогда желаемый выход
y(t) = sи(t)x(t).
Классификация систем по целевому назначению сводится к выделению определенных классов операторовsи(t). Строго говоря, число классов САУ, выделяемых по указанному признаку, может быть бесконечно большим. Рассмотрим важнейшие из них, имеющие наибольшее значение на практике.
Следящими называются системы, целью управления в которых является поддержание равенства
y(t) = x(t),
то есть в таких системах идеальный оператор преобразования
sи(t) = 1.
Примеры следящих систем многочисленны. Они используются там, где требуется безыскаженная передача какого-либо воздействия, например напряжения, угла поворота вала, цифровой последовательности и т.д. Такая необходимость обычно вызывается двумя причинами: либо необходимостью передачи воздействия на некоторое расстояние, либо преобразованием этого воздействия с усилением по мощности. Для следящих систем предполагается, что входная и выходная переменные должны иметь одну и ту же физическую природу (напряжение, угол поворота, давление и т.д.).
Очень часто встречаются задачи, когда наряду с отслеживанием входного воздействия требуется его преобразование к иной форме представления, например слежение за углом поворота вала с выдачей данных в виде напряжения. В таких системах выходная переменная становится пропорциональной воздействию, то есть принимает вид
y(t) = kx(t),
гдеk – некоторый масштабный коэффициент.
Системы такого рода называются масштабными, а их оператор преобразования
sи(t) = k
является постоянным коэффициентом с определенной размерностью.
Системы следующего класса называются стабилизирующими. Это такие системы, у которых выходная координата должна поддерживаться на постоянном уровне, то есть
y(t) = const.
Различного рода стабилизаторы напряжения, тока, скорости вращения вала и другие подобные системы, работающие в автоматическом режиме, являются примерами систем подобного класса и часто встречаются на практике.
Интегрирующими называются системы, у которых должно выполняться соотношение
.
Идеальный оператор в этом случае является интегральным. К дифференцирующимотносятся системы, у которых выходная переменная
,
то есть соответствует производной от воздействия. Оператор системы в этом случае является дифференциальным.
Очевидно, что число примеров систем, классифицируемых по описанному выше способу, можно продолжить. В целом, надо отметить, что любая из автоматических систем должна обладать некоторыми преобразующими свойствами, а ее оператор может быть представлен либо в виде некоторой функции
y(t)= F[ x(t)] ,
либо в виде функционала
.
Легко видеть, что приведенные выше примеры укладываются в эти записи. По своей роли в технике наибольшее значение имеют следящие системы, поэтому в дальнейшем изложении делается упор на теорию систем именно этого класса. Нужно отметить, что результаты теории следящих систем сравнительно просто обобщаются на системы других классов.
Помимо описанных признаков существует и ряд других, по которым также проводится классификация. Коротко отметим некоторые из них.
По степени полноты информации, имеющейся к началу управления, о характеристиках воздействий и параметрах объекта управления системы подразделяются на адаптивные исжестким законом управления. В адаптивных системах управляющее устройство помимо выработки управляющих воздействий осуществляет обработку поступающей на его вход текущей информации о свойствах объекта и воздействий и на этой основе изменяет структуру и параметры системы с целью повышения качества управления. Таким образом, в процессе работы такие системы приспосабливаются к настоящему времени. В системах с жестким законом управления алгоритм работы определяется заранее на весь период управления.
По качеству управления системы могут быть оптимальными и неоптимальными.Оптимальными называются такие системы, которые среди однотипных систем, работающих в одинаковых условиях, наилучшим образом достигают цель управления. Иначе говоря, оптимальные – это системы с наивысшим качеством управления. Имеются и иные, менее важные признаки классификации, на которых мы останавливаться не будем.