Цель курса состоит в изучении принципов автоматического управления, типов систем автоматического управления, используемых в технике, математического аппарата




НазваниеЦель курса состоит в изучении принципов автоматического управления, типов систем автоматического управления, используемых в технике, математического аппарата
страница1/10
Дата публикации16.04.2013
Размер0.89 Mb.
ТипЛекция
vbibl.ru > Математика > Лекция
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
Лекция 1

Цель курса состоит в изучении принципов автоматического управления, типов систем автоматического управления, используемых в технике, математического аппарата исследования линейных САУ, основных элементов и характеристик САУ, методов анализа САУ на устойчивость и качество управления, способов корректировки свойств линейных САУ.

Теория автоматического управления (ТАУ) появилась во второй половине 19 века сначала как теория регулирования. Широкое применение паровых машин вызвало потребность в регуляторах, то есть в специальных устройствах, поддерживающих устойчивый режим работы паровой машины. Это и явилось началом научных исследований в области управления техническими объектами. Оказалось, что результаты и выводы данной теории могут быть применимы к управлению объектами различной природы с различными принципами действия. В настоящее время сфера ее влияния распространилась на анализ динамики таких систем, как экономические, социальные и т.п. Поэтому прежнее название «Теория автоматического регулирования» было заменено на более широкое – «Теория автоматического управления».
^ 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ

АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ


    1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ

АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Основой управления является получение и обработка информации о состоянии объекта и внешних условиях его работы для определения воздействий на объект, обеспечивающих достижение цели управления.

Управление, осуществляемое без участия человека в динамике работы объекта, называется автоматическим управлением. Совокупность объекта управления и управляющего устройства образует систему автоматического управления (САУ). Основной задачей автоматического управления является поддержание определенного закона изменения одной или нескольких физических величин, характеризующих процессы, протекающие в ОУ, без непосредственного участия человека. Эти величины называются управляемыми величинами.

Структурная схема САУ (рис.1.1,а) содержит объект управления ^ ОУ и управляющее устройство УУ. Состояние объекта характеризуется вектором Y, компонентами которого являются отдельные выходные величины. От управляющего устройства на вход объекта поступает управляющее воздействие (управление) U. К объекту приложено также возмущающее воздействие (возмущение, помеха) F, которое стремится изменить состояние объекта, т.е. Y, препятствуя или способствуя управлению. На вход управляющего устройства подается задающее воздействие (задание) G, содержащее информацию о требуемом значении Y, т.е. цели управления. Переменные U, G и F в общем случае являются векторами, как и Y. Как показано на рис.1.1,а в самом общем случае на вход управляющего устройства, помимо задающего воздействия G, поступает также информация о текущем состоянии объекта Y и о воздействующем на объект возмущении F. Управляющее устройство обрабатывает получаемую информацию по определенному алгоритму. В результате на его выходе возникает управляющее воздействие.

На рис.1.1,б изображена функциональная схема САУ, на которой показаны составные части управляющего устройства: устройство измерения УИ, вычислительное устройство ВУ и исполнительное устройство ИУ.

УИ служит для измерения переменных Y, G, F. ВУ реализует алгоритм работы управляющего устройства. ИУ предназначено для непосредственного управления объектом, т.е. изменения его состояния в соответствии с сигналом, выдаваемым вычислительным устройством.

Рис.1.1
САУ бывают непрерывного и дискретного действия, линейные и нелинейные. Непрерывная система состоит только из звеньев непрерывного действия, т.е. звеньев, выходная величина которых изменяется плавно при плавном изменении входной величины. Дискретная система содержит звенья дискретного действия (импульсные, релейные).

В отличие от линейных САУ, нелинейные системы наряду с линейными содержат хотя бы одно нелинейное звено. В общем случае нелинейные САУ описываются нелинейными дифференциальными уравнениями, что значительно усложняет их исследование. Во многих случаях удается упростить задачу анализа нелинейной САУ, применив метод линеаризации, при котором производится кусочно-линейная аппроксимация нелинейной характеристики нелинейного элемента. Для каждого линейного участка выходной процесс рассчитывается по рекурсивным уравнениям, а при переходе на следующий участок учитываются ненулевые начальные условия на границе перехода с одного линейного участка на другой.

В зависимости от количества входных и выходных координат САУ делятся на многомерные и одномерные.

В многомерных САУ входная и выходная переменные являются векторами. Многомерная система может иметь много входов и выходов, а также возможен случай, когда у системы один вход и один выход, но несколько входных и выходных переменных.

Одномерные САУ имеют один вход и один выход. К ним относится большое количество различных систем управления и регулирования, используемых в различных областях техники. Теория САУ наиболее полно разработана для одномерных систем автоматического управления, причем основные понятия и общие соотношения, полученные для одномерных САУ, используются в теории многомерных систем.

САУ можно представить в виде функциональной схемы, элементы которой называются функциональными звеньями. Эти звенья изображаются прямоугольниками, в которых записывается функция преобразования входной величины в выходную (рис.1.2).


Рис.1.2 Рис.1.3
Эти величины могут иметь одинаковую или различную природу, например, входное и выходное электрическое напряжение, или электрическое напряжение на входе и скорость механического перемещения на выходе и т.п. В общем случае функциональное звено может иметь несколько входов и выходов (рис.1.3). Здесь u1, u2,...,un - входные (управляющие) воздействия; f1, f2,..., fm - возмущающие воздействия; y1, y2,..., yk - выходные величины.

Принцип работы функциональных звеньев может быть различным, поэтому функциональная схема не дает представление о принципе действия конкретной САУ, а показывает лишь пути прохождения и способы обработки и преобразования сигналов. Сигнал - это информационное понятие, соответствующее на принципиальной схеме физическим величинам. Пути его прохождения указываются направленными отрезками (рис.1.4).

Рис.1.4
Точки разветвления сигнала называются узлами. Сигнал определяется лишь формой изменения физической величины, он не имеет ни массы, ни энергии, поэтому в узлах он не делится, и по всем путям от узла идут одинаковые сигналы, равные сигналу, входящему в узел. Алгебраическое суммирование сигналов («+», «–») осуществляется в сумматоре.
1.2. Фундаментальные принципы управления
Принято различать три фундаментальных принципа управления: принцип разомкнутого управления, принцип компенсации (управление по возмущению), принцип обратной связи (управление по отклонению).

Рассмотрим САУ температурой в печи (рис.1.5).

Некоторые технологические процессы требуют изменения температуры в печи по заданной программе, в частном случае требуется поддержание постоянной температуры. Для этого необходимо реостатом регулировать напряжение на нагревательном элементе НЭ. Подобная часть ОУ, с помощью которой можно изменять параметры управляемого процесса называется управляющим органом объекта (УО). Это может быть реостат, вентиль, заслонка и т.п.

Ч
Рис.1.5
асть ^ ОУ, которая преобразует управляемую величину в пропорциональную ей величину, удобную для использования в САУ, называют чувствительным элементом (ЧЭ). Физическую величину на выходе ЧЭ называют выходной величиной ОУ. Как правило, это электрический сигнал (ток, напряжение) или механическое перемещение. В качестве ЧЭ могут использоваться термопары, тахометры, рычаги, электрические мосты, датчики давления, деформации, положения и т.п. В нашем случае это термопара, на выходе которой формируется напряжение, пропорциональное температуре в печи, подаваемое на измерительный прибор ИП для контроля. Физическую величину на входе управляющего органа ОУ называют входной величиной ОУ.

Управляющее воздействие u(t) - это воздействие, прикладываемое к УО объекта с целью поддержания требуемых значений управляемой величины. Оно формируется устройством управления (УУ). Ядром УУ является исполнительный элемент, в качестве которого может использоваться электрические или поршневые двигатели, мембраны, электромагниты и т.п.

Задающим устройством (^ ЗУ) называется устройство, задающее программу изменения управляющего воздействия, то есть формирующее задающий сигнал u0(t). В простейшем случае u0(t)= const. ЗУ может быть выполнено в виде отдельного устройства, быть встроенным в УУ или же вообще отсутствовать. В качестве ЗУ может выступать кулачковый механизм, магнитофонная лента, маятник в часах, задающий профиль и т.п. Роль УУ и ЗУ может исполнять человек. Однако, это уже не САУ. В нашем примере УУ является кулачковый механизм, перемещающий движок реостата согласно программе, которая задается профилем кулачка.

Р
ассмотренную САУ температуры печи можно изобразить функциональной схемой (рис.1.6). В данной схеме заложен принцип разомкнутого управления, сущность которого состоит в том, что программа управления жестко задана ЗУ; управление не учитывает влияние возмущений на параметры процесса. Примерами систем, работающих по принципу разомкнутого управления, являются часы, магнитофон, компьютер и т.п.

Если возмущающий фактор искажает выходную величину до недопустимых пределов, то применяют принцип компенсации (рис.1.7), где КУ - корректирующее устройство.

Пусть y0 - значение выходной величины, которое требуется обеспечить согласно программе. На самом деле из-за возмущения f на выходе регистрируется значение y. Величина e = y0 - y называется отклонением от заданной величины. Если каким-то образом удается измерить величину f, то можно откорректировать управляющее воздействие u на входе ОУ, суммируя сигнал УУ с корректирующим воздействием, пропорциональным возмущению f и компенсирующим его влияние. На рис.1.7 в цепи НЭ стоит термосопротивление Rt, величина которого меняется в зависимости от колебаний температуры окружающей среды, корректируя напряжение на НЭ.

Достоинство принципа компенсации: быстрота реакции на возмущения. Он более точен, чем принцип разомкнутого управления. Недостаток -невозможность учета подобным образом всех возможных возмущений.

Примеры систем компенсации: биметаллический маятник в часах, компенсационная обмотка машины постоянного тока и т.п.

Наибольшее распространение в технике получил принцип обратной связи (рис.1.8). Здесь управляющее воздействие корректируется в зависимости от выходной величины y(t). И уже не важно, какие возмущения действуют на ОУ. Если значение y(t) отклоняется от требуемого, то происходит корректировка сигнала u(t) с целью уменьшения данного отклонения. Связь выхода ОУ с его входом называется главной обратной связью (ОС).

В частном случае (рис.1.9) ^ ЗУ формирует требуемое значение выходной величины y0(t), которое сравнивается с действительным значением на выходе САУ y(t). Отклонение ε = y0 -y с выхода сравнивающего устройства подается на вход регулятора Р, объединяющего в себе УУ, УО, ЧЭ. Если ε ≠ 0, то


  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Цель курса состоит в изучении принципов автоматического управления, типов систем автоматического управления, используемых в технике, математического аппарата iconОтчёт по лабораторной работе №2 по дисциплине «Моделирование систем»...
Цель лабораторной работы – разработка и исследование в среде компьютерной математической системы MatLab&Simulink моделей непрерывных...

Цель курса состоит в изучении принципов автоматического управления, типов систем автоматического управления, используемых в технике, математического аппарата iconЛабораторная работа №4 по дисциплине «Теория автоматического управления»
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Теория автоматического управления» для студентов специальности...

Цель курса состоит в изучении принципов автоматического управления, типов систем автоматического управления, используемых в технике, математического аппарата iconПроект «Система автоматического регулирования дымовых газов в газоходе агрегата «Ковш печь»
Целью проекта является систематизация, закрепление знаний, полученных в ходе теоретического обучения, при прохождении практик по...

Цель курса состоит в изучении принципов автоматического управления, типов систем автоматического управления, используемых в технике, математического аппарата iconПроекта
Внедрение слу-технологии в процесс проектирования систем автоматического управления промышленными объектами

Цель курса состоит в изучении принципов автоматического управления, типов систем автоматического управления, используемых в технике, математического аппарата icon3. теоретическое обоснование структуры системы управления процессом...
Анализ методов управления сложными объектами управления и принципов построения систем

Цель курса состоит в изучении принципов автоматического управления, типов систем автоматического управления, используемых в технике, математического аппарата iconО бщество с ограниченной ответственностью «проект-сервис»
Введение. Виды систем автоматического управления. Задачи, решаемые при разработке сау

Цель курса состоит в изучении принципов автоматического управления, типов систем автоматического управления, используемых в технике, математического аппарата iconСистема регулирования и управления предназначена для автоматического...
Система регулирования и управления предназначена для автоматического поддержания комфортной температуры в салоне автомобиля в зависимости...

Цель курса состоит в изучении принципов автоматического управления, типов систем автоматического управления, используемых в технике, математического аппарата iconПредмет компьютерной лингвистики
Эвм, автоматического анализа и синтеза устной речи, автоматического перевода текстов с одних языков на другие, общения с ЭВМ на естественном...

Цель курса состоит в изучении принципов автоматического управления, типов систем автоматического управления, используемых в технике, математического аппарата iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Основы...
Для того, чтобы система была устойчивой, т е ее реакция была бы ограниченной при ограниченном входном воздействии, необходимо и достаточно,...

Цель курса состоит в изучении принципов автоматического управления, типов систем автоматического управления, используемых в технике, математического аппарата iconПроектирование элементов автоматики современных автоматизированных подстанций
Особое место среди систем автоматического управления, устанавливаемых на подстанции, занимают комплексы релейной защиты и противоаварийной...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
vbibl.ru
Главная страница