28

ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ

АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

1. Основные понятия и определения теории

автоматического управления

Алгоритм – всякое правило или предписание, устанавливающее порядок выполнения тех или иных операций. Операции могут выполняться человеком или техническими устройствами, например ЭВМ. Алгоритм должен обладать следующими свойствами:

- определенностью, т.е. достаточной формализованностью, строгостью и общепонятностью;

- массовостью, т.е. гарантируется возможность применения алгоритма для решения нескольких задач одного класса;

- результативностью, т.е. обеспечивается получение искомого результата после выполнения конечного числа элементарных операций.

Оператор – совокупность математических и логических действий, в результате которых по заданной функции определяется другая функция, т.е. оператор устанавливает соответствие между функциями.

Алгоритм функционирования устройства (системы) – совокупность предписаний, ведущих к правильному выполнению технического (технологического) процесса в каком-либо устройстве или в совокупности устройств (системе).

Объект управления – устройство (совокупность устройств), осуществляющее технический процесс и нуждающееся в специально организованных воздействиях извне для выполнения его алгоритма функционирования.

Алгоритм управления – совокупность предписаний, определяющих характер воздействий извне на объект управления с целью осуществления его алгоритма функционирования.

Управление (процесс управления) – процесс осуществления воздействий, соответствующих алгоритму управления.

Управляющее устройство – устройство, осуществляющее в соответствии с алгоритмом управления воздействия на объект управления. Алгоритм функционирования устройства управления представляет собой алгоритм управления.

Система автоматического управления (САУ) – совокупность объекта управления и автоматического устройства управления, взаимодействующих между собой.

1.2. Представление технических объектов как объектов управления

Технический объект – с точки зрения управления представлен на рис.1.1.

Рис. 1.1. Технический объект с точки зрения управления.

Физические величины, характеризующие ход технологического процесса и состояние технологического оборудования называются параметрами (переменными) объекта управления.

Переменные, характеризующие технический объект и процессы, происходящие в нем, делятся на входные (независимые) и зависимые переменные.

К входным переменным относятся:

- управляющие воздействия – переменные, с помощью которых устройство управления осуществляет управление объектом:

,

где k – общее число управляющих воздействий;

- контролируемые внешние переменные – измеряемые входные переменные, с учетом которых вырабатываются управляющие воздействия:

,

где l – общее число контролируемых переменных;

- неконтролируемые входные переменные N(t) – входные переменные, влияющие на течение технологического процесса, но не измеряемые.

Зависимые переменные делятся на переменные состояния и выходные переменные.

Переменные состояния – важные промежуточные переменные протекания процесса, не являющиеся непосредственно выходными. Эти переменные обычно измеряются частично. Неизмеряемые переменные состояния при необходимости определяются расчетным путем, а измеряемые используются для выработки управляющих воздействий:

,

где р – общее число переменных состояния.

Выходные переменные (существенные для конкретной задачи) характеризуют результат ведения процесса. Выходные переменные также называются целевыми или управляемыми:

,

где т – общее число целевых переменных.

Технический объект как объект управления представлен на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Технический объект как объект управления

1.3. Принципы управления

В основе построения САУ лежат некоторые фундаментальные принципы управления, определяющие, каким образом, осуществляется увязка алгоритмов управления с заданным и фактическим функционированием объекта управления, а иногда и с причинами, вызвавшими отклонение.

В ТАУ, в основном, используются следующие принципы:

- принцип разомкнутого управления (управление по жесткой программе);

- принцип управления по возмущению (принцип компенсации);

- принцип управления по отклонению (принцип обратной связи);

- комбинированный принцип управления.

1.3.1. Принцип разомкнутого управления

Принцип разомкнутого управления является самым простым и достаточно распространенным в технических системах. Схема САУ, реализующей данный принцип приведена на рис.1.3.

Рис. 1.3. Схема САУ, реализующей принцип разомкнутого управления.

Сущность принципа разомкнутого управления состоит в том, что алгоритм управления строится только на основе заданного алгоритма функционирования и не контролируется по фактическому значению управляемой переменной. На рис. 1.3. приняты следующие обозначения: ЗАФ – за датчик алгоритма функционирования, УУ – устройство управления; - задающее воздействие, характеризующее планируемое воздействие на вход САУ. Устройство управления приводится в действие за датчиком алгоритма функционирования сигналом и воздействует на объект управления сигналом так, чтобы значение управляемой переменной y(t) было равным или близким к заданному значению . Близость y(t) и обеспечивается жесткостью характеристик системы. При наличии значительных возмущений n(t) величина y(t) может значительно отклониться от y*(t). В этом случае управление станет не пригодным и необходимо переходить к другим принципам управления. Принцип разомкнутого управления иногда называют принципом управления по жесткой программе. САУ, реализующие принцип разомкнутого управления относятся к разомкнутым системам управления.