Бъект управления и система управления.

екция 1. Системы управления мехатронными объектами.

ведение.

В настоящее время трудно указать область деятельности человека, где в какой либо форме не использовались системы управления на базе процессоров или ЭВМ. Переработка сырья, производство энергии, медицина, авиация, транспорт и многие другие сферы широко используют системы автоматического управления различными процессами.

Qw? Вопрос – привести примеры простейших сист упр без обр св и с ними

Qw? – привести примеры более сложных и сложных сист упр

Под понятием процесс следует понимать последовательную смену состояний объектов физического мира. Любой физический процесс характеризуется наличием материальных компонент, энергии, информации. Это может быть движение, изменение свойств и характеристик предметов, тепловые и химические превращения и т.д. Примеры:

· процессы при работе отопительного котла – химические (горение), тепловые (теплообмен и теплопередача), фазовые (жидкость - пар) и т.п. ;

· перемещение манипулятора – механические (изменение усилий и моментов), кинематические (скорости и ускорения), электромагнитные (Эл. двигатели), информационные (датчики – обработка информации – формирование управлений), и т.п. ;

· полет самолета – аэродинамические, механические, тепловые и т.п..

ольшая часть этих процессов взаимосвязана, а так же определяется параметрами управления и внешними воздействиями.

бъект управления и система управления.

В том случае, когда мы говорим об управлении, необходимо представлять возможное многообразие построения комплекса объект управления - система управления. В простейшем случае имеем

Объектом управления обычно является какое либо исполнительное устройство (двигатель, соленоид, и т.п.), при этом его выход и есть управляемый параметр, либо воздействует на управляемый параметр процесса. Может иметь место и косвенное воздействие исполнительного устройства на управляемый параметр (например, золотник горелки котла изменяет температуру крекинга нефти, при этом регулируемым параметром процесса крекинга является объемный выход готового продукта). В зависимости от поставленной задачи управления, система управления формирует требуемое значение или закон изменения выходного параметра Y(t). Для того что бы управляемый параметр действительно получил это значение необходимо на вход объекта управления подать соответствующее управление U(t), что выполняется регулятором. \пояснить назначение регулятора (в «статике» это может быть линейное звено, в динамике – более сложные задачи – на базе «знаний» о поведении объекта)\.

Если управляемых параметров или управляемых объектов более одного, то и общая структура системы становится более сложной и многовариантной.

Принципы управления (регулирования):

Принцип разомкнутого регулирования. \Пояснить работу\

x Yф U Y     Yф - желаемый алгоритм функционирования

Иначе говоря, принцип планового управления. Работает достаточно успешно при наличии двух условий:

· достаточно информации о свойствах объекта и неизменности этих свойств в процессе работы;

· незначительность или полное отсутствие помех.

Принцип компенсации (управления по возмущению). \Пояснить работу\

x

Yф u y

Предложен Понселе (1829 г.). Принимаются меры к изучению или вычислению возмущающего воздействия x. Регулятор Р₂ компенсирует помехи. Именно поэтому качество работы этой системы выше качества системы работающей по принципу разомкнутого управления.

Главный недостаток этого принципа - необходимость измерения или априорного задания возмущения (например, его математической модели).

Закон изменения помехи должен быть известен, или помеха должна измеряться, для этого должна быть известна математическая модель помехи или установлен датчик для измерения.

Принцип замкнутого управления (управления с обратной связью, управления по отклонению) \Пояснить работу\

Предложен Чикалевым (1874 г.)

Этот принцип является наиболее общим, но и наиболее дорогим.

канал обратной связи

Канал обратной связи является наиболее уязвимым местом. При нарушении его работы система может стать полностью неработоспособной.

Этот общий принцип управления чаще всего реализуется в виде управления по отклонению, то есть с использованием сигнала ошибки e(t).

e(t)=y_ф(t)-y(t)

канал обратной связи

Если задача заключается в управлении объектом при наличии возмущающих воздействий, неточности задания математической модели объекта, погрешности измерений и повышенных требованиях к точности, то принцип управления по отклонению является наиболее совершенным.

· Также возможно совместное (комбинированное) использование принципов управления, например, принципа компенсации возмущения и принципа ОС.

Ниже на рисунке приведён пример такой системы, где имеется и контур отрицательной обратной связи, и цепи компенсации погрешностей и возмущений.

Это- модель электромеханической системы, содержащей привод, объект, датчики, регулятор и формирователь (задатчик) желаемого поведения выходного сигнала Y(t). В этой модели САУ считается, что помехи действует аддитивно, т.е. прибавляются к сигналу. Очевидно, что использован комбинированный принцип управления.

\Пояснить работу\