Основы теории автоматического управление

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Образования и науки Российской Федерации Кыргызский филиал

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

«Казанский национальный исследовательский технологический Университет»

Срс

По дисциплине: Система ХТП

На тему: Основы теории автоматического управление

Выполнил(а):

ст.гр.КФ-ХО-1-16

Абакиров А.А.

Проверил(а):

Чукбаева А.М

Кант-2020



1. Основные теории автоматического управление

Теория автоматического управления (ТАУ) -- научная дисциплина, которая изучает процессы автоматического управления объектами разной физической природы. При этом при помощи математических средств выявляются свойства систем автоматического управления и разрабатываются рекомендации по их проектированию.

Является составной частью технической кибернетики и предназначена для разработки общих принципов автоматического управления, а также методов анализа (исследования функционирования) и синтеза (выбора параметров) систем автоматического управления (САУ) техническими объектами. интеллектуальный управление автоматический

Для этой теории имеет значение только характер[1] преобразований сигналов объектами управления.

2. Основные понятия

Автоматика -- отрасль науки и техники, охватывающая теорию и практику автоматического управления, а также принципы построения автоматических систем и образующих их технических средств.

Объект управления (ОУ) -- устройство, физический процесс либо совокупность процессов, которыми необходимо управлять для получения требуемого результата. Взаимодействие с ОУ происходит путём подачи на его условный вход управляющего воздействия (которое корректирует процессы протекающие в ОУ), при этом на выходе получается изменённый параметр (который является процессом-следствием).

Управление -- воздействие (сигнал), подаваемое на вход объекта управления и обеспечивающее такое протекание процессов в объекте управления, которое обеспечит достижение заданной цели управления на его выходе.

Цель -- желаемое протекание процессов в объекте управления и получение нужного изменения параметра на его выходе.

Объекты:

* управляемые

* неуправляемые

Система автоматического управления (САУ) включает в себя объект управления и устройство управления.

Устройство управления -- совокупность устройств, с помощью которых осуществляется управление входами объекта управления.

Регулирование -- частный случай управления, цель которого заключается в поддержании на заданном уровне одного или нескольких выходов объекта управления.

Регулятор -- преобразует ошибку регулирования е(t) в управляющее воздействие, поступающее на объект управления.

Задающее воздействие g(t) -- определяет требуемый закон регулирования выходной величины.

Ошибка регулирования е(t) = g(t) -- y(t), разность между требуемым значением регулируемой величины и текущим её значением. Если е(t) отлична от нуля, то этот сигнал поступает на вход регулятора, который формирует такое регулирующее воздействие, чтобы в итоге с течением времени е(t) = 0.

Возмущающее воздействие f(t) -- процесс на входе объекта управления, являющийся помехой управлению.

Системы автоматического управления:

* Разомкнутые:

* система программного управления. УУ выдает управляющее воздействие, не получая информации о состоянии системы на основании каких-либо признаков, временной программы (простота и повышенная надежность, невысокое качество управления);

* СУ по возмущению. УУ вырабатывает управляющее воздействие на основе информации по величине возмущающего воздействия на систему.

* Замкнутые: УУ вырабатывает управляющее воздействие на основе измеренной информации по состоянию объекта по выбранному параметру.

* Комбинированная система: УУ вырабатывает управляющее воздействие на основе информации о параметрах объекта и на основе информации возмущающего воздействия.

3. Функциональные схемы

Функциональная схема элемента -- схема системы автоматического регулирования и управления, составленная по функции, которую выполняет данный элемент.

Выходные сигналы -- параметры, характеризующие состояние объекта управления и существенные для процесса управления.

Выходы системы -- точки системы, в которых выходные сигналы могут наблюдаться в виде определённых физических величин.

Входы системы -- точки системы, в которых приложены внешние воздействия.

Входные сигналы:

* помехи -- сигналы, не связанные с источниками информации о задачах и результатах управления.

* полезные -- сигналы, связанные с источниками информации о задачах и результатах управления.

Системы:

* одномерные -- системы с одним входом и одним выходом.

* многомерные -- системы с несколькими входами и выходами.



Типовая схема САУ

4. Принципы управления САУ

Обратная связь -- связь, при которой на вход регулятора подаётся действительное значение выходной переменной, а также заданное значение регулируемой переменной.

* жёсткая -- такая ОС, при которой на вход регулятора поступает сигнал, пропорциональный выходному сигналу объекта в любой момент времени.

* гибкая -- такая ОС, при которой на вход регулятора поступает не только сигнал, пропорциональный выходному сигналу объекта, но и сигнал, пропорциональный производным выходной переменной.

Управление по принципу отклонения управляемой переменной -- обратная связь образует замкнутый контур. На управляемый объект подаётся воздействие, пропорциональное сумме (разности) между выходной переменной и заданным значением, так, чтобы эта сумма (разность) уменьшалась. Управление по принципу компенсации возмущений -- на вход регулятора попадает сигнал, пропорциональный возмущающему воздействию. Отсутствует зависимость между управляющим воздействием и результатом этого действия на объект.

Управление по принципу комбинированного регулирования -- используется одновременно регулирование по возмущению и по отклонению, что обеспечивает наиболее высокую точность управления.



Принцип отклонения управляемой переменной в ТАУ

Принцип компенсации возмущений в ТАУ

Принцип комбинированного регулирования в ТАУ

5. Классификация САУ

По характеру управления:

* системы управления

* системы регулирования

По характеру действия:

* системы непрерывного действия

* системы дискретного действия

* системы релейного действия

По степени использования информации о состоянии объекта управления:

* управление с ОС

* управление без ОС

По степени использования информации о параметрах и структуре объекта управления:

* адаптивный

* неадаптивный

* поисковый

* беспоисковый

* с идентификацией

* с переменной структурой

По степени преобразования координат в САУ:

* детерминированный

* стохастический (со случайными воздействиями)

По виду математической модели преобразования координат:

* линейные

* нелинейные (релейные, логические и др.)

По виду управляющих воздействий:

* аналоговые

* дискретные (прерывные, импульсные, цифровые)

По степени участия человека:

* ручные

* автоматические

* автоматизированные (человек в управлении)

По закону изменения выходной переменной:

* стабилизирующая: предписанное значение выходной переменной является неизменным.

* программная: выходная переменная изменяется по определённой, заранее заданной программе.

* следящая: предписанное значение выходной переменной зависит от значения неизвестной заранее переменной на входе автоматической системы.

По количеству управляемых и регулируемых переменных:

* одномерные: если объект имеет только одну управляемую величину;

* многомерные: если объект имеет относительно большое число управляемых величин и соответствующие им число управляющих воздействий.

По степени самонастройки, адаптации, оптимизации и интеллектуальности:

* экстремальные

* самонастраивающиеся

* интеллектуальные

По воздействию чувствительного (измерительного) элемента на регулирующий орган:

* системы прямого управления

* системы косвенного управления

6. Интеллектуальные СУА

ИСАУ -- это системы, которые позволяют проводить обучение, адаптацию или настройку за счет запоминания и анализа информации о поведении объекта, его СУ и внешних воздействий. Особенностью данных систем является наличие базы данных машины логического вывода, подсистемы объяснений и др.

База знаний -- формализованные правила в виде логических формул, таблиц и т. п. ИСУ используется для управления плохо формализованными или сложными техническими объектами.

Класс ИСУ соответствует признакам:

* Наличие взаимодействий СУ с реальным внешним миром с использованием информационных каналов связи.

* Открытость системы -- нужна для пополнения и приобретения знаний.

* Наличие механизмов прогноза изменений среды функционирования системы.

* Неточность информации об ОУ может быть компенсирована за счет повышения интеллектуализации алгоритма управления.

* Сохранение функционирования при разрыве связи.

Если ИСУ удовлетворяет всем 5-ти признакам, то она интеллектуальна в «большом», иначе в «маленьком» смысле.

7. Запас устойчивости САУ

В условиях эксплуатации параметры системы по тем или иным причинам могут меняться в определенных пределах (старение, температурные колебания и т.п.). Эти колебания параметров могут привести к потере устойчивости системы, если она работает вблизи границы устойчивости. Поэтому стремятся спроектировать систему так, чтобы она работала вдали от границы устойчивости. Степень этого удаления называют запасом устойчивости.

Необходимость запаса устойчивости определяется следующими условиями:

* Отбрасывание нелинейных слагаемых при линеаризации.

* Коэффициенты, входящие в уравнение, описывающее САУ, определяются с погрешностью.

* Устойчивость исследования для типовых систем при типовых условиях.

Критерии

* Критерий Рауса: чтобы смоделировать запас устойчивости, необходимо, чтобы элементы первого столбца были больше какой-то фиксированной величины е>0, называемой коэффициентом запаса устойчивости.

* Критерий Гурвица: запас устойчивости определяется аналогично запасу устойчивости Рауса, только е характеризует значение определителя Гурвица.

* Критерий Михайлова: вписывается окружность ненулевого радиуса с центром в точке О (0; 0). Запас определяется радиусом этой окружности. Система неустойчива при нарушении критерия Михайлова или при пересечении кривой Михайлова с окружностью.

* Критерий Найквиста: здесь критической является точка (-1; j0), следовательно, вокруг этой точки строится запретная зона, радиус которой будет представлять коэффициент запаса устойчивости.

Сравнительная характеристика критериев устойчивости

Частотный критерий Найквиста применим, главным образом, когда трудно получить фазовые характеристики экспериментально. Однако вычисление АФХ, особенно частотных, сложнее, чем построение кривых Михайлова. Кроме того, расположение АФЧХ не дает прямого ответа на вопрос: устойчива ли система, то есть требуется дополнительное исследование на устойчивость системы в разомкнутом состоянии. Критерий Михайлова применяется для систем любого порядка, в отличие от критерия Рауса. Применяя частотный критерий Найквиста и критерий Михайлова, характеристические кривые можно строить постепенно, с учётом влияния каждого звена, что придаёт критериям наглядность и решает задачу выбора параметров системы из условия устойчивости.



Заключение

Автоматика, отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения систем управления, действующих без непосредственного участия человека; в узком смысле - совокупность методов и технических средств, исключающих участие человека при выполнении операций конкретного процесса. Как самостоятельная область техники А. получила признание на 2-й Мировой энергетической конференции (Берлин, 1930), где была создана секция по вопросам автоматического и телемеханического управления . В СССР термин "А." получил распространение в начале 30-х гг.

Автоматическое управление в технике, совокупность действий, направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта без непосредственного участия человека в соответствии с заданной целью управления . А. У. широко применяется во многих технических и биотехнических системах для выполнения операций, не осуществимых человеком в связи с необходимостью переработки большого количества информации в ограниченное время, для повышения производительности труда, качества и точности регулирования, освобождения человека от управления системами, функционирующими в условиях относительной недоступности или опасных для здоровья.

Система автоматического управления (САУ) поддерживает или улучшает функционирование управляемого объекта. В ряде случаев вспомогательные для САУ операции (пуск, остановка, контроль, наладка и т.д.) также могут быть автоматизированы. САУ функционирует в основном в составе производственного или какого-либо другого комплекса.



Список используемых литератур

* Бесекерский В.А. Теория систем автоматического управления: учеб. пособие. -- СПб.: Профессия, 2007.

* Бесекерский В.А., Попов Е.П. 4-е изд // Теория систем автоматического управления. -- СПб.: Профессия, 2003.

* Гудвин Г.К., Гребе С.Ф., Сальгадо М.Э. Проектирование систем управления. -- М.: Бином, Лаборатория базовых знаний, 2004.

* Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления. -- М.: Бином, Лаборатория базовых знаний, 2004.

* Егоров, А. И. Основы теории управления: учеб. пособие. -- М.: Физматлит, 2007.

Размещено на Allbest.ru

...