Бесекерский, страница 4

Так делается, например, в некоторых системах управления ракетами, у которых в процессе полета из-за вы горация топлива изменяется масса, а из-за изменения плотности атмосферы — эффективность исполнительных оргаиов. Если же 'составлсиис такой программы оказывается невозможным вследствие незнания. истинного закона изменения хотя бы некоторых параметров объекта, то прибегают к построению так называемой самонастраивающейся системы. Для этого в систему вводятся доиолиительи ые автоматические устройства, которые определяют отклонение какого-либо показателя качества от его требуемого значения и изменяют параметры управляюгцего устройства или даже его структуру с целью минимизации указаииого отклоисиия.

Экстрсхгшгьиглс и самоиастраиваюгииеся системы относятся к так называемым адаптивным системам автоматического управления. Образцы для подражания дают процессы адаитации в живой природе. Так, стабилизация температуры теяа человека и некоторых животных ири низких температурах окружающей среды осуществляется за счет изменения притока крови к поверхностным ткаиям, а ири высоких температурах включаются механизмы иотоотделеиия и дыхания, обеспечивающие ицтеисиви ьй отвод избытка тепла, Таким образом, имеет место измсисиис алгоритма управления.

Более детально адаити виыс системы рассматриваются в разделе Ч. В системе, схема которой изображсиа иа рис. 1.3, имеется лишь одна управляемая величина и одно управляющее воздействие. Такие системы называют одцомсриыми. По существуют и так называемые связанные или миогомсрщяс системы управления. Многомерными называются такие системы, в которых имеется несколько управляемых величин или в едииьй комилекс связаны несколько управляющих устройств иа одном объекте или несколько управляющих устройств и несколько объектов с перекрестными связями мсжлу ними, Обратимся, например, к системс автоматического управления полетом самолета (система самолет — автопилот), Лвтопилот имеет три капала уиравлеиия: управление движением в вертикальной плоскости (ио таигажу), уиравлсиис движением в горизонтальной плоскости (ио курсу) и управление поворотом вокруг собственной оси (по крену).

Для примера иа рис. 1А изображен один капал автопилота —.курсоворк Здесь корпус самолега 1 является объектом управления, гироскоп 2 с потец циомстричсской схемой служит измерительным устройством. Далее идут усилитель 3, приводной двигатель 4 с редуктором 5 (рулевая машинка) и, в качестве исполнительного органа, руль 6, 14 Общие сведения о системах автоматического управления Ось гироскопа обладает свойством сохранять неизменным свое направление в пространстве.!1оэтому нри отклонении самолета на угол вг от заланного курса движок, связанный с осью, смещается с нулевой точки нотснциомстра. В результате на усилитель-преобразователь нодается напряжение, пропорциональное углу отклонения вг.

Оно нриводит в движение исполнительное устройство 3 — 5. 11ри этом вследствие отклонения руля на у~ол Ь самолет возвратится в требуемое положение. Аналогично устроены и два других канала автопилота. Очевидно, что если с помощью авто пилота требуется поддерживать неизменный курс или необходимо разворачивать самолет но заданной программе, го данная система управления будет работать либо в режиме стабилизации постоянной величины, либо в режиме программного управления.

Если жс самолет надо наводить на какую-либо цель, причем заданное направление (рис. 1А) вместо гироскопа (или в дополнение к нему) определяется каким-нибудь визирукнцим устройством (оптическим нлн радиолокационным), то данная снотема управления будет работать как следящая система. Аналогично обстоит лоло и ио каналу тангажа. В канале крепа обычно имеет место автоматическая стабилизация нулевого угла крена. Прн атом каждый нз трех каналов управления действует на свой руль (руль направления, руль высоты. алсроны), т. с. имеется три отдельных управляющих устройств на одном объекте.

Однако между ними часто вводятся еще перекрестные связи. Например, для улучшения поворота самолета но курсу полезно самолет несколько накренил ь. 11озтому сигнал отклонения кчрса подается нс только ца руль направления, но также и в капал крепа (так называемый координированный разворот). в 1.2. Классификация автоматических систем по характеру внутренних динамических процессов Каждая автоматическая система состоит нз целого ряда блоков нлн звеньев, различно соединенных между собой (см. рис. 1.3).

Каждое отдельно взятое звено имеет вход и выход (рнс. 1.5, а) в соответствии со стрелками иа рис. 1,3, обозначающими воздействие нлн иерелачу информации с одного звена на лрчгос. В общем случае звено может иметь несколько входов и выходов, но сейчас это несущественно.

Входная величинах, и выхолная хз могут иметь любую физическую природу (ток, напряжение, перемен!ение, температура, освещенность и т. и.). В процессе работы автоматической системы величи- ны х, и ха изменяются во времени. Динамика ироцесса Глава 1, Виды систем автоматического управления 15 преобразования сигнала в данном звене описывается некоторым уравнением (нли экспериментально снятой характеристикой), связывающим выходную переменную хг с входной переменной ггь Совокулцость уравнений и характеристик всех звеньев описывает динамику процессов управления во всей системе в целом. Существуют различные характеристики звеньев: статические, переходные, частотлыс и др.

Далее все они будут изучены. Основными признаками деления автоматических систем ца большие классы ло характеру внутренних динамических процессов являются следующие: целрерывность или дискретность (лрерывистость) динамических процессов во времени; линейность или нелинейность уравнений. описывающих динамику процессов управления. Па первому лризцаку автоматические системы делятся на системы непрерывного действия. системы дискретного действия (имлульсные и цифровые) и системы релейного действия.

По второму признаку каждый из указанных классов, кроме релейного, делится иа системы линейные и нелинейные. Системы же релейного действия относятся целиком тс категории нелинейных систем. Дадим определение каждого класса автоматических систем, а затем рассмотрим их примеры. Сисглвмой непрерывного действия или непрерывной системой называется такая система, в каждом из звеньев которой нелрерывнаму изменению входной величины во времени соответствует целрерывное изменение выходной величины.

При этом закон изменения выходной величины во времени может быть произвольным, в зависимости от формы изменения входной величины и от вида уравнения динамики (или характеристики) звена. т!тобы автоматическая система в целом была нслрсрывной, необходима прежде всего. чтобы статические характеристики всех звеньев системы были непрерывными. Примеры непрерывных статических характеристик показаны на рис. 1.6. 16 Общие сведения о системах автоматического управления Систеиои дискретногодействия, илилискрстпой системой называется такая система, в которой хотя бы в одном звспс при непрерывном измспспии входной величины выходная величина измспястся пс непрерывно, а имеет вид отдельных импульсов, появляющихся через некоторые промежутки времени (рис. 1,7).

Звено, преобразу|ощее нспрсрывпый входной сигнал в последовательность импульсов, называется импульсным элементом пли импульсным модулятором. Если послслующсс звено системы тоже лискретное, то для него пс только выходная, по и вхолная величина будет лискретной (импульсной). К дискретным автоматическим системам относятся импульсные системы (т. е. системы с импульсным злсмсптом), а также системы с цифровыми вычислитсльпыми устройствами. Системой релейпого действия или релейной системой называется такая систсхпь в которой хотя бы в олпом звене при пепрсрывном изменении входной величины выходная величина в некоторых точках пропссса, зависящих от значения входной величины, изменяется скачком.

Такое звено называется рслсйпыги звеном. Статическая характерик тика релейного звена нмсст точки разрыва, как показано в разных вариантах па рис. 1.8. Обратимся теперь ко второму призиаку классификапии автоматических систем. Линеиной системой пазывается такая система, поведение всех звспьсв которой вполне описывается линейными уравнениями (алгсбрапческими и дифференциальными или разпостиымп). Для этого псобхолимо прсжлс всего, чтобы статические характеристики всех звеньев системы были линейными, т. е.

имели вил прямой линии (рис. 1.6, а и б), Глава 1. Виды систем автоматического управления 17 Если динамика всех звепьсв системы описывается обыкновенными лицсйпыми лифферсппиальпыми (и липс>!ными алгебраическими) уравнениями с постояп>гьгми коэффициентами, то систему навьи>ак>т абыкпоаепной линейпой системой.

Гели в уравнении динамики какого- либо звена линейной системы имеется хотя бы один или пссколько переменных во времеви козффициецтов, то получается линейная система с переменными параметрами. Если какое-либо звсио описывается липейпым уравнением в частных производных (например, имеют место волповыс процессы в трубопроводе или в электрической липни), то система будет линейной системой с распределепньаии параметрами. В отличие от этого обы киовсццая липейцая система является системой с сосредоточениыми параметрами.