Основные понятия и задачи теории автоматического управления

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Основные понятия и задачи теории автоматического управления

Оглавление

Общие сведения об автоматическом управлении

2. Классификация систем автоматического управления

 Общие сведения об автоматическом управлении

Управление - это такая организация того или иного процесса, которая обеспечивает достижение определенных целей.

Автоматическое управление - это управление, осуществляемое без участия человека.

Любой процесс управления включает в себя следующие основные этапы:

- сбор и обработка информации о положении объекта управления в целях оценки сложившейся ситуации;

- принятие решения о наиболее целесообразных действиях;

- исполнение принятого решения.

Сбор информации о положении объекта управления заключается в измерении его координат, а также величин задающих и возмущающих воздействий. Для решения этой задачи используются различные измерительные устройства, образующие, так называемую информационно-измерительную подсистему. Обработка полученной информации имеет целью выработку, на основании принятого закона управления, управляющего сигнала, который должен обеспечить достижение цели управления. Обработка информации и принятие решения о необходимых действиях осуществляются в логико-вычислительной подсистеме. Управляющие сигналы, полученные в логико-вычислительной подсистеме, поступают на исполнительную подсистему, которая приводит в действие регулирующие органы объекта управления, которые и решают задачу приведения его в требуемое положение. Совокупность объекта управления и управляющей подсистемы, в которую входят вышеперечисленные устройства (подсистемы) и образует систему автоматического управления (САУ).

Рассмотрим основные принципы автоматического управления. 1). Управление по разомкнутой схеме (разомкнутые САУ). Схема разомкнутой САУ показана на рис.1.

Рис. 1. Схема разомкнутой САУ

Вектор выходных координат X(t) объекта управления зависит от вектора регулирующего воздействия и вектора возмущений . Управляющее воздействие вычисляется по измеренным значениям задающего воздействия и вектора возмущений.

Координаты выходного вектора в каждый момент времени определяют состояние объекта управления и называются параметрами состояния. Задачей управления в общем случае является приведение параметров состояния в определенное соответствие задающим воздействиям, в частном случае может решаться задача Решению этой задачи препятствуют различного рода случайные возмущения.

Разомкнутым системам присущи следующие недостатки:

- инвариантность (независимость) параметров состояния обеспечивается только по отношению к тем компонентам вектора возмущений, которые могут быть измерены;

- инвариантность по отношению к контролируемым (задающим) воздействиям обеспечивается только при строгом соответствии параметров объекта управления и управляющей подсистемы их расчетным значениям.

Точное измерение всех координат вектора возмущений - задача невыполнимая. Параметры объекта управления в процессе эксплуатации меняются случайным образом, и проконтролировать этот процесс большей частью невозможно. Все это приводит к тому, что разомкнутая система не может с высокой точностью решить задачу управления. Такие системы не нашли практического применения.

2). Управление по замкнутой схеме (замкнутые САУ).

В этом случае по данным измерений параметров состояния, всех или только необходимых, а также известным входным воздействиям формируется вектор отклонений

В этом выражении - выходной вектор измерительной подсистемы, - матрица-оператор преобразований информации в измерительных устройствах, которую часто называют матрицей наблюдения, а всю измерительную подсистему - наблюдающим устройством.

Рис. 2. Схема замкнутой САУ

система автоматический управление

Управляющий сигнал формируется в функции от отклонения

Задачей САУ является сведение отклонения к минимуму. В большинстве случаев матрица является единичной.

Так как величина отклонения от заданного значения содержит обобщенную информацию о влиянии всех компонентов случайных возмущений и отклонениях параметров объекта от расчетных значений, то замкнутые системы свободны от недостатков разомкнутых систем и именно поэтому они получили самое широкое распространение. Практически всегда САУ является замкнутой.

Если имеется возможность точно измерить какие-либо компоненты возмущающего воздействия, то можно ввести в систему дополнительные сигналы и формировать управляющее воздействие в функции и отклонения и измеренных возмущений. Такие системы используют оба изложенных принципа управления и называются комбинированными.

Реализация принципа управления по отклонению возможна только при замыкании цепи отрицательной обратной связи, т.е. цепи от выхода объекта управления до входа логико-вычислительной подсистемы, т.е. входа системы в целом. Эта обратная связь называется главной и всегда является отрицательной. Относительным недостатком замкнутых систем является их склонность к возникновению колебаний, что является следствием наличия обратной связи.

В свете рассмотренного кратко охарактеризуем основные задачи теории автоматического управления (ТАУ).

Разработка методов анализа САУ.

Разработка методов синтеза САУ, удовлетворяющих заданным требованиям.

Разработка принципов построения и методов коррекции динамических свойств САУ.

Описание некоторых методов решения указанных задач и является целью предлагаемого курса лекций.

Классификация САУ

Системы автоматического управления можно классифицировать по следующим признакам.

По наличию или отсутствию дополнительных источников энергии САУ подразделяются на системы прямого и непрямого регулирования. Системы прямого регулирования - это системы, в которых для приведения в действие регулирующих органов не требуются дополнительные источники энергии, т.е. чувствительный элемент непосредственно перемещает регулирующий орган. Примером такой системы может служить регулятор заданного уровня воды в паровом котле, изобретенный русским механиком И.И. Ползуновым в 1765г.

В противном случае САУ является системой непрямого регулирования. Эти САУ используются в подавляющем числе случаев, так как практически всегда сигнал ошибки недостаточен по мощности для управления регулирующим органом.

По характеру сигналов, циркулирующих в системе, САУ подразделяются на непрерывные (аналоговые), дискретные и дискретно- непрерывные (гибридные).

По виду уравнений, описывающих систему, САУ подразделяются на линейные и нелинейные.

По характеру изменения задающего воздействия САУ делятся на системы стабилизации, следящие системы и системы программного регулирования.

Системы стабилизации - это САУ, которые обеспечивают поддержание требуемого значения регулируемой величины относительно неизменного значения задающего воздействия. Отметим, что здесь и в дальнейшем отдельные компоненты векторов задающего воздействия, выходных координат и т.д. обозначаются малыми буквами.

Следящие системы предназначены для изменения регулируемой величины по закону, который заранее неизвестен, т.к. в общем случае величина задающего воздействия изменяется во времени и это изменение может быть случайным.

Программные САУ - это системы, в которых задающее воздействие изменяется по заданной программе, т.е.

Нетрудно заметить, что системы стабилизации и программные САУ являются частным случаем следящих систем.

По величине и характеру ошибки САУ бывают статическими и астатическими.

В системах, статических по отношению к какому- либо воздействию, ошибка, вызванная этим воздействием, по окончанию процесса регулирования становится равной некоторой постоянной величине, называемой статической ошибкой.

В системах, астатических по отношению к какому- либо воздействию, ошибка, вызванная этим воздействием, по окончании процесса регулирования становится равной нулю.

6. По числу замкнутых контуров регулирования САУ бывают одноконтурными и многоконтурными.

7. По характеру зависимости коэффициентов дифференциальных уравнений, описывающих систему от времени, САУ бывают стационарными и нестационарными. В стационарных САУ указанные коэффициенты не зависят от времени.

С точки зрения возможностей изменения параметров управляющей подсистемы, в зависимости от изменяющихся в процессе функционирования параметров объекта управления, САУ бывают обыкновенными и самонастраивающимися (адаптивными).

Предлагаемый курс лекций посвящен изучению обыкновенных стационарных САУ.

Библиографический список

1. Араманович И.Г., Лунц Г.Л., Эльсгольц Э.Э. Функции комплексного переменного. Операционное исчисление. Теория устойчивости. М.: Наука, 1965. 390с.

2. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975. 768с.

3. Бесекерский В.А. и др. Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1978. 510с.

4. Гусев А.Н.,Вьюжанин В.А., Закаблуковский В.Д. Основы теории автоматического управления. Самар. аэрокосм.ун - т. Самара, 1996. 110с.

5. Д.Сю, Мейер А. Современная теория автоматического управления и ее применение. М.: Машиностроение, 1972. 552с.

6. Джон М. Смит.Математическое и цифровое моделирование для инженеров и исследователей. М.: Машиностроение, 1980.272с.

7. Зубов В.И. Методы Ляпунова и их применение. Л.: Издательство ЛГУ, 1972.

8. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. М.: Машиностроение, 1978. 736с.

9. Кузин Л.Т. Расчет и проектирование дискретных систем управления. М.: Гос.науч. - техн. изд - во машиностроительной лит - ры, 1962. 672с.

10. Метод гармонической линеаризации в проектировании нелинейных систем автоматического управления. Под редакцией Топчеева Ю.И. М.: Машиностроение, 1970. 567с.

11. Попов Е.П. Прикладная теория процессов управления в нелинейных системах. М.: Главная редакция физико-математической литературы, 1973. 584с.

12. Свешников А.А. Прикладные методы теории случайных функций. М.: Наука, 1968. 464с.

13. Свешников А.Г., Тихонов А.Н. Теория функций комплексной переменной. М.: Наука, 1970. 304с.

14. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. М.: Машиностроение, 1985. 536с.

15. Теория автоматического регулирования. Книга 1. Математическое описание, анализ устойчивости и качества систем автоматического регулирования. Под редакцией Солодовникова В.В. М.: Машиностроение, 1967. 768с.

16. Теория автоматического регулирования. Книга 2. Анализ и синтез линейных непрерывных и дискретных систем автоматического регулирования. Под редакцией Солодовникова В.В. М.: Машиностроение, 1967. 680с.

17. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. Л.: Энергия, 1969. 375с.

Размещено на Allbest.ru