Курс лекций - Управление техническими системами, страница 3

Но применимы эти системы лишь в том случае,если на управляемую величину действуют одно или два возмущения и естьвозможность измерения этих возмущений. Поэтому если эти величины действуют на объект как возмущения, то обычно стремятся стабилизировать их припомощи дополнительной системы или ввести в основную систему управленияданным объектом сигнал, пропорциональный такому воздействию.Замкнутая АСУ (АСУ с обратной связью) – система, в которой входными воздействиями ее управляющего устройства являются как внешнее (задающее), так и внутреннее (контрольное) воздействия.Управляющее воздействие в замкнутой системе (Рисунок 5, в) формируется в большинстве случаев в зависимости от величины и знака отклонения истинного значения управляемой величины от ее заданного значения:y(t) = Ay [ ε(t) ],[1.6]где ε(t) = xз(t) - x (t) – сигнал ошибки (сигнал рассогласования).Замкнутую систему называют часто системой управления по отклонению.

В замкнутой системе контролируется непосредственно управляемая величина и тем самым при выработке управляющего воздействия учитывается действие всех возмущений, влияющих на управляемую величину. В этом заключается преимущество замкнутых систем.Комбинированная АСУ – система, в которой входными воздействиями ееуправляющего устройства являются как внешние (задающее и возмущающее),так и внутреннее (контрольное) воздействия.В комбинированных системах (Рисунок 5, г) имеется две цепи воздействий– по заданию и по возмущению, и управляющее воздействие формируется согласно оператору.y(t) = Aз [ ε(t) ] + Aв [ z(t) ][1.7]Эффективность работы комбинированной АСУ всегда больше, чем у порознь функционирующих замкнутой или разомкнутой систем.По характеру используемых для управления сигналов различают:1) непрерывные или аналоговые системы автоматического управления;2) дискретные САУ, из которых выделяет: импульсные системы автоматического управления;12 релейные системы автоматического управления; цифровые системы автоматического управления.Непрерывная АСУ – АСУ, в которой действуют непрерывные (аналоговые), определенные в каждый момент времени сигналы.Дискретная АСУ - АСУ, в которой действует хотя бы один дискретный,определенный только в некоторые моменты времени сигнал.К дискретным АСУ относятся, например, АСУ, имеющие в своем составецифровые вычислительные устройства: микропроцессоры, контроллеры, электронные вычислительные машины.По характеру используемой информации об условиях работы различают:1.

системы автоматического управления с жестким законом управления и структурой;2. системы автоматического управления с изменяемыми структурой изаконом управления, к которым относятся: системы автоматической настройки; самообучающие системы; самоорганизующие системы.По характеру математических соотношений различают:1) линейные системы автоматического управления, для которых справедлив принцип суперпозиции;2) нелинейные системы автоматического управления, для которых принцип суперпозиции в общем случае не справедлив.Линейные АСУ – АСУ, все элементы которых описываются линейнымидифференциальными и/или алгебраическими уравнениями.Нелинейные АСУ – АСУ, хотя бы один элемент которой описывается нелинейными дифференциальными и/или алгебраическими уравнениями.Как линейные, так и нелинейные САУ могут подразделяться на аналоговые, дискретные и дискретно-непрерывные, стационарные и нестационарные.При этом стационарной системой называется САУ, параметры элементов которой не зависят от времени работы системы.

Для нестационарной САУ это условие не выполняется.Стационарные и нестационарные САУ могут быть с сосредоточенными ираспределенными параметрами.По количеству выходных координат объекта управления различают:1. одномерные системы автоматического управления;2. многомерные системы автоматического управления.Последние делятся на системы связанного и несвязанного управления. Всистемах связанного управления отдельные управляющие устройства соединены между собой внешними связями.

Входящая в состав многомерной системыотдельная САУ называется автономной, если управляемая ею выходная переменная не зависит от значения остальных управляемых величин.По способу выработки управляющего воздействия замкнутые АСУ разделяют на: • беспоисковые;• поисковые.13Беспоисковая АСУ – АСУ, в которой управляющее воздействие вырабатывается в результате сравнения истинного значения управляемой величины сзаданным значением.Такие системы применяют для управления сравнительно несложнымиобъектами, характеристики которых достаточно хорошо изучены и для которыхзаранее известно в каком направлении и на сколько нужно изменить управляющее воздействие при определенном отклонении управляемой величины отзаданного значения.Поисковая АСУ – АСУ, в которой управляющее воздействие формируется с помощью пробных управляющих воздействий и путем анализа результатовэтих пробных воздействий.Такую процедуру поиска правильного управляющего воздействия приходится применять в тех случаях, когда характеристики объекта управления меняются или известны не полностью; например, известен вид зависимостиуправляемой величины от управляющего воздействия, но неизвестны числовыезначения параметров этой зависимости.Поэтому поисковые системы называют еще системами с неполной информацией.

Наиболее часто принцип автоматического поиска управляющихвоздействий применяют для управления объектами, характеристики которыхимеют экстремальный характер. Целью управления является отыскание и поддержание управляющих воздействий, соответствующих экстремальному значению управляемой величины. Такие поисковые системы называют экстремальными (оптимальными) системами.Особый класс АСУ образуют системы, которые способны автоматическиприспосабливаться к изменению внешних условий и свойств объекта управления, обеспечивая при этом необходимое качество управления путем измененияструктуры и параметров управляющего устройства.

Они называются адаптивными (самоприспосабливающимися) системами. В составе адаптивной АСУимеется дополнительное автоматическое устройство, которое меняет алгоритмуправления основного управляющего устройства таким образом, чтобы АСУ вцелом осуществляла заданный алгоритм функционирования, который предписывает обычно максимизацию показателя качества. Поэтому адаптивные АСУявляются, как правило, еще и оптимальными.По степени зависимости управляемой величины в установившемся режиме от величины возмущающего воздействия АСУ делят на:• статические;• астатические.Статическая АСУ – АСУ, в которой имеется зависимость управляемойвеличины в установившемся режиме от величины возмущающего воздействия.Астатическая АСУ – АСУ, в которой отсутствует зависимость управляемой величины в установившемся режиме от величины возмущающего воздействия.В зависимости от принадлежности источника энергии, при помощи которого создается управляющее воздействие, различают АСУ:• прямого действия;• непрямого действия.14АСУ прямого действия – АСУ, в которой управляющее воздействие создается при помощи энергии объекта управления.К ним относятся простейшие системы стабилизации (уровня, расхода,давления и т.

п.), в которых воспринимающий элемент через рычажную систему непосредственно действует на исполнительный орган (заслонку, клапан).АСУ непрямого действия – АСУ, в которой управляющее воздействиесоздается за счет энергии дополнительного источника.2. Алгоритм функционирования устройства (системы) – совокупность предписаний, ведущих к правильному выполнению технического процесса в каком-либо устройстве или в совокупности устройств (системе).К алгоритмам функционирования относятся:1) Алгоритм стабилизации, который требует постоянства вектора выходного состояния ОУ Y(t) и равенство его заданному значению Yz.Yz=const[1.8]При этом заданное значение должно оставаться постоянным в течениидостаточно долгого периода времени. Примером систем, в которых используется алгоритм стабилизации, являются приводы главного движения станочногооборудования.2) Программный алгоритм, для которого характерно изменение векторавыходного состояния ОУ по наперед известному закону или программе.

В этомслучае заданное значение вектора выходного состояния является известнойфункцией времени, то естьYz(t)=Fz(t)[1.9]Примером использования такого алгоритма являются системы числовогопрограммного управления.3) Следящий алгоритм работы ОУ характеризуется тем, что требуемыйзакон изменения вектора выходного состояния объекта заранее неизвестен.Следящий алгоритм может быть описан выражением:Yz(t)=F0(t),[1.10]где F0(t)– неопределенная функция времени.Таким алгоритмом работы характеризуются системы наведения или слежения за состоянием объекта, изменяющегося по случайному закону.

Например, системы компенсации износа режущего инструмента.Графическое представление алгоритмов функционирования для векторавыходного состояния, содержащего только одну компоненту, представлено нарисунке 6.СтабилизацияПрограммныйСледящийРисунок 6 - Алгоритмы функционирования ОУ.15Алгоритм управления – совокупность предписаний, определяющая характер воздействий извне на объект управления, обеспечивающих его алгоритмфункционирования.

Алгоритм функционирования управляющего устройства– зависимость управляющего воздействия от задающего воздействия, управляемой величины и дополнительного возмущающего воздействия.Для одномерной АСУ алгоритм управления можно записать следующимобразом:y(t) = Ау[ xз(t), x(t), zд(t)][1.11]Алгоритм функционирования объекта управления – зависимостьуправляемой величины от управляющего и основного возмущающего воздействий.Для одномерной АСУ алгоритм функционирования объекта можно записать следующим образом:x(t) = Ао[ y(t), zо(t)][1.12]Алгоритм функционирования объекта и алгоритм управления в совокупности образуют алгоритм функционирования АСУ.Алгоритмическая структура (схема) – структура (схема), представляющая собой совокупность взаимосвязанных алгоритмических звеньев и характеризующая алгоритмы преобразования информации в АСУ.При этом, алгоритмическое звено - часть алгоритмической структурыАСУ, соответствующая определенному математическому или логическому алгоритму преобразования сигнала.Если алгоритмическое звено выполняет одну простейшую математическуюили логическую операцию, то его называют элементарным алгоритмическимзвеном.

На схемах алгоритмические звенья изображают прямоугольниками,внутри которых записывают соответствующие операторы преобразования сигналов. Иногда вместо операторов в формульном виде приводят графики зависимости выходной величины от входной или графики переходных функций.Различают следующие виды алгоритмических звеньев:• статическое; • динамическое;• арифметическое;• логическое.Статическое звено – звено, преобразующее входной сигнал в выходноймгновенно (без инерции).

Связь между входным и выходным сигналами статического звена описывается обычно алгебраической функцией. К статическимзвеньям относятся различные безинерционные преобразователи, например, резистивный делитель напряжения.Динамическое звено – звено, преобразующее входной сигнал в выходнойв соответствии с операциями интегрирования и дифференцирования во времени. Связь между входным и выходным сигналами динамического звена описывается обыкновенными дифференциальными уравнениями.К классу динамических звеньев относятся элементы АСУ, обладающиеспособностью накапливать какой-либо вид энергии или вещества, например,интегратор на основе электрического конденсатора.Арифметическое звено – звено, осуществляющее одну из арифметических операций: суммирование, вычитание, умножение, деление.16Наиболее часто встречающееся в автоматике арифметическое звено –звено, выполняющее алгебраическое суммирование сигналов, называют сумматором.Логическое звено – звено, выполняющее какую-либо логическую операцию: логическое умножение («И»), логическое сложение («ИЛИ»), логическоеотрицание («НЕ») и т.д.