Скачать презентацию — Введение в системы управления (часть 1)
1 ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ (часть 1)
1.1 Принципы и цели автоматического управления
1.2 Классификация САУ
1.1 Принципы и цели автоматического управления
› Теория управления на базе математических моделей позволяет изучать динамические процессы в автоматических системах, устанавливать структуру и параметры составных частей системы для придания реальному процессу управления желаемых свойств и заданного качества.
Любой динамический процесс характеризуется совокупностью данных, величин, показателей. Совокупность операций для пуска, остановки процесса, поддержания постоянства показателей процесса или изменения их по заданному закону называется управлением.
Поддержание показателей на заданном уровне или изменение их по заданному закону, называется регулированием, т. е. регулирование – это часть управления, причем если процессы управления осуществляются без участия человека, то они называются автоматическими.
Основные понятия ТАУ
Параметры технологического процесса — это физические величины, определяющие ход технологического процесса (напряжение, сила тока, давление, температура, частота вращения и т.д.).
Регулируемая величина (параметр) – это величина (параметр) технологического процесса, который необходимо поддерживать постоянным или изменять по заданному закону.
Объект управления (объект регулирования, ОУ) – устройство, требуемый режим работы которого должен поддерживаться извне специально организованными управляющими воздействиями. Объектами управления могут быть буровой насос, буровой станок, привод бурового станка и т. д. или отдельные их узлы, выполняющие те или иные операции технологического процесса, например, лебедка бурового станка.
Управление – формирование управляющих воздействий, обеспечивающих требуемый режим работы ОУ.
Техническое устройство, осуществляющее управление в соответствии с программой (алгоритмом), называется автоматическим управляющим устройством.
Совокупность объекта управления и управляющего устройства называется системой автоматического управления (САУ).
Мгновенное значение – это значение регулируемой величины в рассматриваемый момент времени.
Измеренное значение – это значение регулируемой величины, полученное в рассматриваемый момент времени с помощью некоторого измерительного прибора.
Ошибка управления (е = х — у) — разность между предписанным (х) и действительным (у) значениями регулируемой величины.
Регулятор (Р) — комплекс устройств, присоединяемых к регулируемому объекту и обеспечивающих автоматическое поддержание заданного значения его регулируемой величины или автоматическое изменение ее по определенному закону.
Динамическим процессом, или движением, называют развитие во времени некоторого процесса или явления — движение механизма, тепловое явление, экономические процессы
Сигналы существуют вне зависимости от наличия измерителей или присутствия наблюдателя.
Процесс проектирования САУ разбивается на три стадии: подготовительный, расчетный и технический этапы.
Этапы разработки САУ
Объект управления
Подготовительный этап
Работы, связанные с изучением объекта управления,
задачи, стоящей пред разработчиком системы, классификации разрабатываемой САУ,
выбор основных путей решения задачи разработки.
Расчетный этап
Проектирование на уровне математических моделей (Математическое моделирование объекта управления, разработка критериальной стратегии проектирования управляющего устройства)
Синтез управляющего устройства
Выбор варианта алгоритма управления
Технический этап
Проектирование на уровне технической документации
(разработка принципиальных схемных решений
разработка монтажных решений
разработка проектной документации)
Система управления
Любой объект можно считать системой, на которую воздействует входной сигнал U(t) для выработки выходного сигнала х(t) (рис.1). При этом очень удобно изменение сигнала во времени представлять не в числовом виде, а в графическом (рис.2).
Фундаментальные принципы управления:
• разомкнутое управление,
• компенсирующее управление,
• управление с обратной связью (замкнутое управление).
Разомкнутое управление
› управляющее воздействие u(t) формируется управляющим устройством как функция задающего или возмущающего воздействия.
› Если известна модель объекта у = G(u, x) в алгебраической или дифференциальной форме и известна необходимая реакция у(t), то решается обратная задача
u(t) = Y(у(t), x(t))
и определяется управление, которое необходимо для реализации реакции объекта 2.
› Найденный закон управления u(t) реализуется регулятором 1. Однако такое управление можно реализовать в том случае, если x(t) = const (возмущающее воздействие постоянно во времени).
› Примеры таких систем: часы, магнитофон, компьютер, и т.п.
Компенсирующее управление
› При x(t) = var, если величина x(t) поддается измерению и ее значение может подаваться на вход управляющего устройства, обеспечивая соответствующую реакцию воздействия u(t) на изменения значения x(t).
› Принцип управления по возмущению состоит в том, что для уменьшения или устранения отклонения sy(t) управляемой величины от требуемого значения, вызываемого возмущающим воздействием x(t), измеряется это воздействие и в результате его преобразования вырабатывается управляющее воздействие u(t), которое, будучи приложено к входу объекта управления 2, вызывает компенсирующее отклонение управляемой величины противоположного знака по сравнению с отклонением sy(t).
› Примеры систем компенсации: биметаллический маятник в часах, компенсационная обмотка машины постоянного тока и т.п.
Управление с обратной связью
Если значение y(t) отклоняется от требуемого, то происходит корректировка сигнала u(t) с целью уменьшения данного отклонения.
Для выполнения данной операции выход ОУ соединяется с входом устройства управления главной обратной связью (ОС).
Главная обратная связь в этом случае ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ.
Принцип управления САУ с ОС
Эквивалентная схема
Принцип управления по отклонению
Принцип управления по возмущению
Принцип адаптации
САУ с одной регулируемой величиной
l- устройство сравнения управляющего воздействия с управляемой переменной;
y(t) – управляющее воздействие;
x(t) – управляемая переменная
ε(t) – ошибка САР
n(t) — возмущающее воздействие
1.2 Классификация САУ
Самым важным этапом при проектировании САУ является правильная ее классификация. От этого этапа зависит, какие в дальнейшем следует применять математические методы и программные пакеты.
По виду уравнений:
› Линейными называются системы, которые состоят только из элементов, имеющих линейные характеристики; переходные процессы в таких элементах описываются линейными дифференциальными уравнениями.
› Нелинейными называются системы, которые имеют один или несколько элементов с нелинейными характеристиками; переходные процессы в таких системах описываются нелинейными дифференциальными уравнениями. (Примером нелинейной САУ является система стабилизации уровня жидкости в баке с поплавковым датчиком уровня)
По виду сигнала [6, стр.13-15]
Непрерывный сигнал
Дискретный (импульсный) сигнал — квантован по времени, что соответствует фиксации дискретных моментов времени, в которые уровни сигнала могут принимать произвольные значения
Цифровой сигнал – квантованный по времени и уровню непрерывный сигнал заменяется дискретными значениями через равные промежутки времени, но при этом имеет конечное множество возможных значений (целые числа)
Классификация по алгоритмам функционирования
алгоритм функционирования — совокупность предписаний, определяющих характер изменения управляемой величины в зависимости от воздействия.
По алгоритмам функционирования системы делятся на:
· стабилизирующую — система, алгоритм функционирования которой содержит предписание поддерживать регулируемую величину на постоянном значении (x = const);
· программную — система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять регулируемую величину в соответствии с заранее заданной функцией (x изменяется программно по предписанному закону);
· следящую — система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять регулируемую величину в зависимости от заранее неизвестной величины на входе АСР (x = var).
Литература
- Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления– 4-е изд. СПб.: Профессия, 2003.
- Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления– М.: Бином, Лаборатория базовых знаний, 2004.
- Поляков К.Ю. Теория автоматического управления для «чайников» — Санкт-Петербург, 2008.
- Методы классической и современной теории автоматического управления – 1 т. // Под ред. К.А. Пупкова, Н.Д. Егупова. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 656 с.
- Ким Д. П. Теория автоматического управления. Т. 1. Линейные системы. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. — 288 с.
- Васильев К. К. Теория автоматического управления (следящие систе-мы): Учебное пособие.–2-е изд.– Ульяновск, 2001. – 98 с.
