Принципи побудови систем управління

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

з курсу

"Теорія автоматичного управління"

Частина 1

Аналіз та синтез лінійних САУ

Для студентів, що навчаються за напрямом

6.050201“Системна інженерія”

(для денної та заочної форм навчання)

Розглянуто

на засіданні кафедри

автоматики й телекомунікацій

Протокол № 12 від .11.2010.

Затверджено на засіданні навчально-видавничої ради ДонНТУ

Протокол № від .

Донецьк, ДонНТУ 2010 р.

УДК 62-52 (071)

Конспект лекцій з курсу "Теорія автоматичного управління", частина 1 – Аналіз та синтез лінійних САУ (для студентів за напрямом підготовки 6.050201“Системна інженерія” (СУА) денної та заочної форм навчання)/ Укладач: Р.В. Федюн. - Донецьк: ДонНТУ, 2010.- 168 с.

Укладач: Р.В. Федюн, доц.

Рецензент О.І. Секірін, доц.

Відповідальний за випуск В.І. Бессараб, зав. каф.

ЗАГАЛЬНІ ПОНЯТТЯ ТА ВИЗНАЧЕННЯ

Теорія автоматичного управління (ТАУ) з'явилася в другій половині 19 століття спочатку як теорія регулювання. Широке застосування парових машин викликало потребу в регуляторах, тобто в спеціальних пристроях, що підтримують стійкий режим роботи парової машини. Це дало початок науковим дослідженням в області керування технічними об'єктами. Виявилось, що результати і висновки даної теорії можуть бути застосовані до управління об'єктами різної природи з різними принципами дії. В даний час сфера її впливу розширилася на аналіз динаміки таких систем, як економічні, соціальні і т. п. Тому колишня назва “Теорія автоматичного регулювання” замінена на ширше - “Теорія автоматичного управління”.

Управління яким-небудь об'єктом (об'єкт керування позначатимемо ОК) є дія на нього в цілях досягнення необхідних станів або процесів. В якості ОК може служити літак, верстат, електродвигун і т. п. Керування об'єктом за допомогою технічних засобів без участі людини називається автоматичним керуванням. Сукупність ОК і засобів автоматичного управління називається системою автоматичного керування (САК).

Основним завданням автоматичного керування є підтримка певного закону зміни однієї або декількох фізичних величин, що характеризують процеси, що протікають в ОК, без безпосередньої участі людини. Ці величини називаються керованими величинами.

 
Розглянемо схему взаємодії об'єкту керування (ОК), пристрою керування (ПК) і зовнішнього середовища (рис.1.1).

Фізична величина у(t), яка характеризує стан об'єкту і яку навмисно змінюють або підтримують постійною в процесі керування, називається керованою величиною. Для позначення цього поняття використовують також терміни «керована координата» і «керована змінна». Керованою величиною може служити фізична величина, яка або змінюється (безпосередньо на виході об'єкту), або обчислюється по декількох вимірюваних величинах.

Керована величина є вихідною величиною об'єкту і залежить від двох вхідних дій: збурюючого f(t) і керуючого u(t).

ПК
ОК
x(t)
y(t)
u(t)
САК
f(t)

Рисунок 1.1. Структура системи автоматичного керування

Алгоритм управління в загальному випадку виражає залежність керуючого впливу u(t) від задаючого впливу x(t), керованої величини у(t) і збурюючих факторів f(t) і може бути представлений у вигляді:

u(t)= Ay[x(t), у(t), f(t)].

Вплив f(t) і x(t) є зовнішніми для даної системи, а дія u(t) – внутрішнім.

ПРИНЦИПИ ПОБУДОВИ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ

Прийнято розрізняти три фундаментальні принципи управління: принцип розімкненого керування, принцип компенсації, принцип зворотнього зв'язку.

y(t)
ЗП
ПК
ОК
x(t)
u(t)
f(t)
Рисунок 2.1. Принцип розімкненого керування
Розглянуту САК хлібопекарської печі можна відобразити функціональною схемою (рис.2.1). У даній схемі закладений принцип розімкненого керування, який полягає в тому, що програма управління чітко задана ЗП; управління не враховує вплив збурень на параметри процесу.

У системах такого типу відсутній контроль керованої величини і збурюючого фактору. Керована величина є функцією тільки від задаючого впливу.

Системи такого типу достатньо ефективні лише за умови, що вплив збурень на керовану величину невеликий і всі елементи розімкненого ланцюга володіють стабільними характеристиками.

Принцип компенсації збурюючого впливу

Якщо збурюючий чинник спотворює вихідну величину до неприпустимих меж, то застосовують принцип компенсації (рис.2.2, КП- коректуючий пристрій).

принципи побудови систем управління - student2.ru

Рисунок 2.2. Принцип компенсації
x

Переваги принципу компенсації:

- швидкість реакції на збурення - вплив збурення компенсується ще до того, як воно виявиться на виході об'єкту;

- він точніший, ніж принцип розімкненого управління;

- не виникає проблема стійкості (розімкнені системи).

Недоліки:

- неможливість обліку так само всіх можливих збурень;

- у цих системах, як і в розімкнених, з'являються відхилення вихідної величини при зміні характеристик ОК;

- такі системи можна створювати тільки тоді, коли збурюючі впливи можна виміряти.

принципи побудови систем управління - student2.ru

Рисунок 2.3. Принцип зворотного зв'язку
 
Принцип зворотного зв'язку

Найбільшого поширення в техніці набув принцип зворотного зв'язку (рис.2.3).

Керуючий вплив коректується залежно від вихідної величини у(t). І вже не важливо, які обурення діють на ОК. Якщо значення у(t) відхиляється від потрібного, то відбувається коректування сигналу u(t) з метою зменшення даного відхилення. Зв'язок виходу ОК з його входом називається головним зворотним зв'язком (ЗЗ).

Переваги принципу зворотного зв'язку:

- зменшує відхилення керованої величини незалежно від того, якими чинниками воно було обумовлене (враховують всі обурення, що діють на керовану величину);

- менш чутливий до зміни параметрів елементів системи, порівняно з розімкненими системами.

Недоліки принципу зворотного зв'язку:

- наявність зворотного зв'язку приводить до виникнення коливань в системі, що іноді робить систему непрацездатною;

- виникає проблема стійкості;

- інерційність системи – робота керуючого пристрою починається тільки після того, як збурюючий вплив викличе відхилення керованої величини.

Часто застосовують комбінацію даного принципу з принципом компенсації, що дозволяє об'єднати переваги обох принципів: швидкість реакції на збурення принципу компенсації і точність регулювання незалежно від природи збурень принципу зворотного зв'язку.

Наши рекомендации