Kim D.P. Teoriya avtomaticheskogo upravleniya. T. 1. Linejnye sistemy (FML, 2003)(ru)(T)(K)(600dpi)(288s)_MOc_ (Ким - теория автоматического управления), страница 2

В главе 5 излагаются методы синтеза систем управления: синтез параметров регулятора по минимуму интегральных квадратических оценок и по максимуму степени устойчивости; синтез систем управления по желаемой передаточной функции (метод полиномиальных уравнений). Здесь также рассмотрены условия граничной (маргинальной) устойчивости, на которых основан метод синтеза параметров регулятора по максимуму степени устойчивости. В главе 6 рассмотрено получение и математическое описание дискретных моделей импульсных систем управления с амплитудно-импульсной и широтно-импульсной модуляцией 1-го рода, а также цифровых систем управления. Предисловие Главы У вЂ” 9 посвящены соответственно устойчивости, оценке качества и синтезу линейных дискретных систем управления.

Автор выражает искреннюю благодарность профессору В. М. Лохину за поддержку и помощь при работе над рукописью, доцентам В. В. Веселовскому, Н. Л. Лмитрисвой и О. А. Тягунову, прочитавшим рукопись и сделавшим ряд полезных замечаний. Автор также благодарен заведующему кафедрой «Управление и информатика» МЭИ профессору О. С. Колосову и заведующему кафедрой «Системы автоматического и интсллектуального управления» МАИ профессору Г.Н. Лебедеву за рсцензирование рукописи. Глава 1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ Процесс управления происходит в живой и неживой природе: в живых организмах, обществе, технике и т.д. Естественный отбор, благодаря которому одни особи исчезают, другие выживают и воспроизводятся, также является своего рода процессом управления,протекан>щим в природе.

Общим для всех процессов управления, где бы они ни протекали, является прием (получение), хранение, преобразование информации и выработка (организация) на ее основе управления. Осознание этой общности послужило предпосылкой к возникновению в конце сороковых годов ХХ века научного направления, названного его основателем П. Винером кибернетикой. Хотя управление человеческим коллективом,. экономикой, с одной стороны, и техническими объектами "- с другой, имеет много общего, но коренные различия, которые существуют между этими объектами, делают необходимым их раздельное рассмотрение.

В теории (автоматического) управления рассматриваются методы исследования и построения систем управления в технике. 1.1. Исходные положения В технике управлением называют целенаправленное воздействие на какое-либо устройство, объект. Если управление осуществляет человек, то управление называют ручным, неавтоматическим. Управление называют автоматическим, если оно осуществляотся без непосредственного участия человека.

Устройство (машина, агрегат, технологический процесс), состоянием которого можно и нужно управлять, называется объекта,и управления (ОУ) или управ немым обьекгпом. Целью управления управляемым объектом является поддержание заданного режима. Под заданным реокимом понимают изменение. какого-либо параметра, характеризующего состояние объекта управления, по определенному закону.

Указанный параметр, который может быть векторной величиной, называется управляемой или выводной переменной 1О Гл. 1. Основные понятия и приниипы управления (величиной) объекта управления. В частном случае заданным режимом может быть поддержание выходной переменной неизменной и равной некоторой заданной величине. Примером объекта управления является генератор напряжения (рис. 1.1,а). Управляемой величиной является выходное напряже- Рис.

1.1. Объекты управления: а — генератор напряжения; б резервуар с жидкостью ние и„. Им можно управлять, изменяя напряжение возбуждения и, или воздействуя на переменное сопротивление й„включенное в цепь возбуждения генератора. Часть объекта управления, на которую оказывают воздействие при управлении, называют управляющим (регулирующим) органом. В случае генератора таким органом является гюременное сопротивление Л, или обмотка возбуждения. другим простым примером объекта управления является резервуар с жидкостью (рис.

1.1, б), в котором нужно поддерживать жидкость на заданном уровне. Управляемой переменной является уровень 6, регулирующим органом — — вентиль на входной трубе А. Устройство, осуществляюгпее управление управляемым объектом, называется управляющим устройством (УУ). Объект управления с взаимодействующим с ним управляющим устройством называют сисгпемой управления. Если система управления функционирует с участием человека, .то она называется автоматизиронанной системой упранления (АСУ). Если система управления функционирует без непосредственного участия человека, то она называется автоматической системой управления или системой авгпоматичвского управления 1САУ). В простейших случаях систему автоматического управлония называют системой автоматического регулирования (САР), управляющее устройство --.

регулятором, а объект управления --. объектом регулирования или регулируемым объектом. Так как нет критериев, по которым можно было бы судить, какие системы управления считать сложными, а какие простыми, мы не будем делать принципиальных различий между терминами «система автоматического управления» и «система автоматического регулирования». д д Исходные еояоясения Блок-схему системы (автоматического) управления в общем случае можно представить так, как на рис. 1.2.

Выходная переменная объекта управления у является выходной (управляемой) переменной системы управления. и 'у Канал связи, по которому ин- УУ ОУ формация о текущем состоянии объекта управления (ОУ) поступает Обратная связь в управляющее устройство (УУ), называется обратной связью. Рис. 1.2. Обедая блок-схема САУ Внешнее воздействие д, которое определяет требуемый (заданный) закон изменения выходной переменной, называется задающим воздействием. Здесь, как зто часто делают, задающее воздействие выведено за пределы управляющего устройства, в то время как задающее воздействие вырабатывается задатчиком, входящим в состав УУ. Как правило, на объект управления действует возмущение 1", которое приводит к отклонению управляемой переменной от требуемого значения.

Такое воздействие называется возмущением и возмущающим воздейселвием. Возмущение может действовать и на УУ. В частном случае в зависимости от принципа управления обратная связь или канал связи, по которому информация о возмущении поступает на УУ, может отсутствовать.

Выходная переменная УУ и, являющаяся входной переменной ОУ, называется уиравлтотим воздействием или управлением. В случае генератора основным возмущающим воздействием является изменение (отклонение) нагрузки, а в случае резервуара с жидкостью —.. отклонение расхода жидкости от номинального значения (из-за подключения или отключения потребителой). Объекты управления в зависимости от реакции на входные воздействия делятся на устойчивые, нейтральные и неустойчивые. Допустим, что при входных воздействиях и = ие и ) = 1~ выходная поременная у = у". И пусть на какое-то время Т хотя бы одно из входных воздействий изменяется (и = и + ееи или 1 = 1~ + ееу), а затем принимает первоначальное значение (Ьи = 0 и ек) = 0 пРи Е > Ее + Т).

Если пРи этом выхоДнаЯ пеРеменнаа со вРеменем пРинимает первоначальное значение (у(е) е у" при 1 -е со), объект управления называется устойчивым; если переменная принимает новое постоянное значение (у(1) е у* ф у" при 1 †> оо),. объект управления называется нейтраяь неям; если переменная не стремится к первоначальному или новому постоянному значению, объект называется неустойчивым.

Если нагрузка генератора на какое-то время изменится, а затем примет первоначальное номинальное значение,то и выходное напряжение генератора со временем примет номинальное значение, т.е. генератор является устойчивым объектом управления. 12 Гж 1. Основные понятия и иринчивы уврввввявя Резервуар с жидкостью является нейтральным объектом управления. действительно, пусть, например, расход жидкости увеличивается, тогда уровень жидкости будет падать. И если затем расход жидкости восстановится до первоначального значения, то установится такой уровень, какой достигается в момент восстановления расхода, т.е. 6 примет новое значение.

1.2. Принципы управления Рассмотрим основные принципы управления, которые используются в настоящее время прн разработке систем управления. 1.2.1. Принцип программного управления. Если об объекте управления все известно, то, точно зная, как зависит выходная переменная объекта управления от управляющего воздействия, управление можно формировать как известную функцию времени и = и'(Г).

Такой способ организации управления можно назвать привпивол программного управления. При таком принципе управления УУ можно представить как устройство, состоящее из программатора (программирующего устройства) и исполнительного устройства (ИУ) УУ Рис. 1.3, Система программного управления (рис. 1.3). В частном случае исполнительное устройство может отсутствовать.