- •Министерство образования российской федерации
- •Л.А. Злобин
- •Теоретические основы
- •Автоматизированного управления
- •Учебно-практическое пособие
- •Москва - 2004
- •Глава 1. Информационное обеспечение асу.
- •Глава 2. Общие сведения о системах и теории управления.
- •Глава 3. Системы управления пищевыми производствами.
- •Глава 1. Информационное обеспечение асу.
- •1.1. Информация.
- •При объединении в одну систему двух зависимых систем х и у энтропия
- •1.2. Виды информации.
- •1.4. Способы представления информации.
- •1.5. Обработка информации.
- •Под управлением понимается совокупность операций по организации не-
- •2.1. Объекты управления.
- •2.2. Информация и принципы управления.
- •Возмущения – воздействия среды на объект, вызывающие отклонения уп-
- •Системы управления с самонастройкой или, в общем случае, с адаптацией
- •2.3. Классификация систем управления.
- •Известно, что входы и выходы элементов систем управления – в теории
- •2.4. Задачи теории управления.
- •2.5. Способы построения моделей.
- •Пассивными двухполюсниками механических схем являются механическое
- •2.6. Линейные модели и характеристики систем управления.
- •2.7. Анализ систем управления.
- •Система называется устойчивость по входу, если при любом ограниченном
- •2.8. Синтез систем управления.
- •3.1. Структура управления пищевым предприятием (хлебозавод). Система функционирования асу хлебозавода в основном определяется вы-
- •Каждый из видов технологического оборудования, в основном, оснащается
- •3.4. Структура управления хлебозавода.
- •3.5. Система управления складом бхм.
- •3.6. Система управления процессом тестоприготовления.
- •3.7. Система управления процессом выпечки хлебобулочных изделий.
- •1. Асутп – что это? б) асу исполнительным устройством
- •Вопросы для самоконтроля
Системы управления с самонастройкой или, в общем случае, с адаптацией
получают информацию об изменениях свойств объекта путем текущей иден-
тификации. Это означает, что каким-либо способом оценивается следствия
параметрических воздействий среды на объект. Текущая информация об от-
клонениях свойств объекта используется для принятия решения о подстрой-
ке параметров управляющих устройств и/или регуляторов (контроллеров). На
рис.2.7. представлена структура адаптивной (самонастраивающейся) систе-
мы. Следящая система образованная объектом ОУ и регулятором Р, требует
подстройку параметров регулятора из-за изменений свойств объекта. Так как
причины, вызывающие эти изменения, непосредственно нельзя измерять, ос-
тается оценивать их следствие.
В результате текучей информации И путем обработки данных о входе u и
выходе у объекта оцениваются отклонения его характеристик. На базе этой
информации в блоке адаптации А вычисляются значения параметров регуля-
Q
Р F
у* u у
Рис.2.7. Адаптивная система управления
тора Р. Здесь реализуется принцип отрицательной (параметрической) обрат-
ной связи – образуется замкнутый контур передачи и обработки информации
для ослабления параметрических возмущений среды.
Следует отметить, что замкнутый основной контур системы, образованный
объектом и регулятором, можно трактовать как объект управления системы более высокого (второго) уровня иерархии. Управляющим воздействием сис-
темы второго уровня являются изменения параметров регулятора первого
уровня, а возмущением – параметрические воздействия среды. Роль измери-
тельного элемента в системе второго уровня играет устройство текущей иде-
нтификации И, а регулятора – блок настройки А. В блоке А по вариациям ха-
рактеристик объекта или отклонениям показателей качества вычисляются па-
раметры регулятора Р, из условий сохранения заданных показателей качества системы нижнего уровня иерархии. Это так называемая самонастраивающая
система управления.
В общем случае целью адаптивной системы является оптимизация показате-
лей качества, т.е. настройка регулятора связана с поиском экстремума неко-
торого функционала.
2.3. Классификация систем управления.
Системы управления классифицируются по: информационному принципу,
типу сигналов, алгоритметрическому и энергетическому признакам.
Вышеизложенный материал посвящен классификации систем управления
по информационному признаку, самому распространенному.
Классификация систем управления по типу сигнала.
Понятия “переменная”, “воздействие”, “сигнал” в теории управления имеют
в основном информационный смысл. Сигналы на входах и выходах функцио-
нальных элементов систем управления рассматриваются как носители инфо-
рмации, а сами элементы – преобразователи сигналов – как устройства пере-
дачи и обработки этой информации.
Если информация кодируется уровнями сигналов – функций непрерывного
времени (рис.2.8,а) – это непрерывние системы (системы с непрерывным вре-
менем, аналоговые системы). Здесь время и уровни всех сигналов принадле-
жат множеству мощности континуума.
Если информация кодируется каким-либо параметром (высота, ширина,
фаза) импульсов определенной формы – это импульсные системы. Различают
импульсные системы с амплитудно-импульсной, широтно-импульсной, фаза-
импульсной модуляциями.
На рис.2.8,б представлена последовательность прямоугольных импульсов,
высота (амплитуда) которых кодирует информацию в моменты времени, кра-
тные периоду Т – это случай амплитудно-импульсной модуляции.
В математических моделях импульсных систем используется понятие дис-
кретного времени, принадлежащего счетному множеству, а параметр импуль-
са – амплитуда - принадлежит множеству мощности континуума. Имеет мес-
то автоматические системы, в которых информация кодируется частотой им-
пульсов
у у у
t t t
0 0 T 2T 3T 0
а) б)
Рис.2.8. Типы сигналов в)
В цифровых системах управление как и в импульсных происходит кванто-
вание времени. В силу конечности разрядной сетки вычислительных уст-
ройств имеет место квантование и уровня, т.е. уровень принадлежит конеч-
ному множеству (даже большой мощности).
Важное место занимают системы управления, в которых информация коди-
руется амплитудой переменного тока, т.е. огибающей несущего сигнала. Примерами таких систем являются автоматические системы с двигателями
переменного тока, системы с радиоканалами с амплитудной модуляцией и
другие (рис.2.8,в).
Классификация систем автоматического регулирования по типу алгорит-
ма (закона).
Рассмотрим структуру системы автоматического регулирования с обрат-
ной связью (рис.2.9.). Регулятор Р на базе информации об ошибке е(t), т.е.
отклонении управляемой переменной у(t) от задания у*(t), формирует по
некоторому алгоритму управляющее воздействие u(t) на объект ОУ.
у * е u у
Рис.2.9. Система автоматического регулирования с обратной связью
Используют различные алгоритмы, или законы регулирования. Обозначим
некоторые из них, полагая, что все переменные являются функциями непре-
рывного времени.
Пропорциональный закон (П-закон) регулирования имеет ясную логику – чем больше ошибка, тем сильнее воздействия на объект. Если регулятор трактовать как преобразователь сигналов, то математический алгоритм име-
ет вид: u(t) = kpe(t) (2 – 2)
Интегральный закон (И-закон) регулирования означает, что уровень воз-
действия на объект определяется суммарной ошибкой, накопившейся за оп-
ределенное время: u(t) = kI e(t)d + uo (2 – 3)
Если продифференцировать последнее выражение по времени, получим,
что du(t)/dt = kIe(t) ,
т.е. ошибка системы определяет скорость изменения управляющего воздей-
ствия. Характерной чертой И-закона является то,что управляющее воздей-
ствие изменяется до тех пор, пока ошибка не станет равной нулю.
Пропорционально-интегральный закон (ПИ-закон) является комбинацией
двух предыдущих: u(t) = kpe(t) + kI e()d (2 – 4)
Пропорционально-интегрально-дифференциальный закон (ПИD-закон)
формирует управляющее воздействие с учетом и скорости изменения
ошибки: u(t) = kpe(t) + kI e()d + kDde(t)/dt (2 – 5)
Этот закон наиболее часто реализуется в системах промышленной авто-
матики.
Классификация систем управления по энергетическому признаку.