1. Основные понятия и определения тау

Лекция 2

План лекции:

1. Функциональная схема САУ.

2. Классификация САУ.

3. Примеры автоматических систем.

4. Рекомендуемая литература [1, 3, 7].

1. Функциональные элементы сау

Любую САУ можно разбить на простые устройства направленного действия. Такие устройства в теории автоматического управления называют элементами. Причем, к основным элементам САУ относятся те элементы, без которых работа системы принципиально невозможна. Схемы, составленные из элементов, характеризующих функции, которые они призваны выполнять в общем контуре управления, называют функциональными схемами САУ.

Функциональные схемы не следует смешивать с блок-схемами, характеризующими систему по составу входящих в нее отдельных конструктивных блоков (блоков питания, распределительный щит и т.д.) Функциональная схема САУ показана на рис. 1.1.

На схеме приняты следующие обозначения:

ЗЭ - задающий элемент предназначен для выработки управляющей величины Х_вх в соответствии с заданным законом управления;

ЭС- элемент сравнения предназначен для сравнения управляющей величины с сигналом главной обратной связи;

УЭ- управляющий элемент предназначен для формирования сигнала ошибки ΔХ по требуемому закону;

ЧЭ - чувствительный элемент предназначен для измерения регулируемой величины

ИЭ - исполнительный элемент непосредственно воздействует на регулируемый объект;

РО - регулируемый объект.

Кроме основных в систему могут входить дополнительные элементы - преобразующие, усилительные и корректирующие. Преобразующие элементы служат для преобразования физической величины.

Усилительные элементы служат для усиления сигналов по напряжению и мощности. Корректирующие элементы вводят в САУ для улучшения их динамических свойств.

Иногда в системе отсутствует исполнительный элемент. Такие системы называются системами прямого действия. Если же мощность на выходе управляющего элемента недостаточна, то в систему вводится исполнительный элемент. Такие системы называются системами непрямого действия.

f₁(t)

f₂(t)

Х_вх

Х

Х_вых

зэ

эс

уэ

иэ

ро

Х_ос

чэ

Рис.1.1

Кроме главной обратной связи САУ могут иметь одну или несколько местных обратных связей, которые охватывают отдельные элемент системы, чаще всего, усилительные или исполнительные. Местные обратные связи вводятся для улучшения динамических свойств отдельных элементов системы. В подавляющем большинстве случаев местные обратные связи – отрицательные.

2. Классификация систем автоматического

УПРАВЛЕНИЯ

Вследствие большого разнообразия САУ, различающихся функциональными возможностями, принципами построения и формой конструктивной реализации, дать законченную классификацию не представляется возможным. Поэтому, проведем классификацию САУ лишь по некоторым основным признакам.

1. По принципу регулирования САУ делятся на разомкнутые, замкнутые, комбинированные.

2. По характеру изменения управляющей величины (или по характеру изменения установившегося значения регулируемой величины) САУ делятся на системы стабилизации, следящие системы и системы программного регулирования.

В системах стабилизации управляющая величина должна быть постоянной или равной нулю. Регулируемая величина (напряжение, скорость, и т.п.) тоже должна быть постоянной, это условие вытекает из назначения системы. Однако под влиянием возмущений регулируемая величина может отклоняться от заданного постоянного значения. Это отклонение называется ошибкой стабилизации.

В следящих системах управляющая величина (следовательно, и регулируемая величина) является неизвестной (чаще всего случайной) функцией времени и пространства. Например, антенна радиолокатора должна поворачиваться, следуя маневру самолета, и следить за ним. При этом координаты самолета заранее неизвестны и могут изменяться по случайному закону.

В системах программного регулирования управляющая величина является заранее известной функцией времени или пространства, она вырабатывается программным устройством (или задающим элементом). Примером такого регулирования может служить автоматический полет беспилотного ЛА по заданной траектории.

3. В зависимости от отклонения регулируемой величины в установившемся режиме САУ делятся на статические и астатические.

САУ называется статической по отношению к постоянному возмущающему воздействию, если отклонение регулируемой величины, вызванное этим воздействием, с течением времени стремится к постоянной величине.

Астатическим регулированием называют такое регулирование, при котором в установившемся режиме при постоянной нагрузке поддерживается постоянное значения регулируемой величины, равное заданному значению, независимо от величины нагрузки. Установившаяся ошибка при астатическом регулировании равна нулю: практически вследствие неточности регулятора она возможна, но не будет зависеть от нагрузки.

4. По количеству обратных связей САУ можно разделить на одноконтурные и многоконтурные.

Одноконтурные системы имеют только лишь одну главную обратную связь. Многоконтурные системы, кроме главной обратной связи, имеют одну или несколько местных обратных связей, которые вводятся для улучшения динамики САУ.

5. По количеству регулируемых величин САУ делятся на одноканальные и многоканальные (одномерные и многомерные).

В одноканальных системах регулирование ведется только по одной выходной переменной.

В многоканальных системах регулирование осуществляется одновременно по нескольким выходным переменным.

6. По характеру сигналов САУ делятся на системы непрерывного действия, с гармоническим модулированным сигналом и дискретные.

Системой непрерывного действия называется такая система, в каждой из звеньев которой непрерывному изменению входной величины во времени соответствует непрерывное изменение выходной величины.

Системой дискретного действия (импульсной, релейной, цифровой) называется такая система, в которой хотя бы в одном звене при непрерывном изменении входной величины выходная величина изменяется не непрерывно.

7. В зависимости от динамических свойств САУ можно разделить на линейные и нелинейные.

Строго говоря, почти САУ нелинейные. Линейной системой называется такая система, динамика всех звеньев которой описывается линейными уравнениями (алгебраическими, дифференциальными или разностными). Для этого необходимо, прежде всего, чтобы статические характеристики всех звеньев системы были линейными, т. е. имели вид прямой линии.

Нелинейной системой называется такая система, в которой хотя бы в одном звене нарушается линейность статической характеристики или же имеет место любое другое нарушение линейности уравнений динамики звена (произведение переменных или их производных, корень, квадратный или более высокая степень переменной, либо другая нелинейная связь переменных и их производных).

В интересах простоты расчетов всегда желательно (там, где это допустимо) сводить задачу к такой форме, чтобы максимально использовать методы исследования линейных систем. Для этого системы стараются привести к линейным, и только для некоторых нелинейных звеньев учитывают их особые свойства.

Однако это вовсе не значит, что при проектировании новых автоматических систем нужно стремится к обыкновенным линейным системам, которые обладают ограниченными возможностями. Введение особых линейных и нелинейных звеньев может придать системе лучшие качества. Особенно богатыми возможностями обладают системы со специально вводимыми нелинейностями и дискретные системы, в том числе с цифровыми вычислительными устройствами, также самонастраивающиеся, экстремальные и самоорганизующиеся системы.

8. По характеру параметров САУ делят на стационарные, нестационарные и с распределительными параметрами. Если параметры не изменяются при действии системы, то система стационарная. Если изменением параметров во времени пренебречь нельзя, то система нестационарная. Если какое – либо звено описывается уравнением в частных производных (например, имеют место волновые процессы в трубопроводе или в электрической линии), то система будет с распределительными параметрами, в отличие от систем с сосредоточенными параметрами.

9. Все рассмотренные системы (вернее их математические модели) могут быть подразделены на детерминированные и статистические.

Математическая модель системы называется детерминированной, если приложенные к ней воздействия и характеризующие ее параметры предполагаются постоянными или вполне определенными функциями переменных состояния и времени.

Математическая модель системы называется статистической, если приложенные к ней воздействия и характеризующие ее параметры являются случайными функциями или случайными величинами.