Теория систем автоматического управления. В.А. Бесекерский, Е.П. Попов, 1975 (1189552), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В. А. Бесекерского (изд-во«Наука», изд. 4-е, 1972). В нем читатель может найти подробные примеры по всем разделамкниги.Содержание книги близко к программам курсов теории автоматического регулирования иуправления, читаемых в высших технических учебных заведениях. Ряд вопросов освещенболее широко.Предполагается, что читатели знакомы с имеющими сейчас широкое применениепреобразованиями Лапласа, Карсона — Хевисайда и Фурье, которые излагаются в курсахвысшей математики, теоретической механики и теоретических основ электротехники.Поэтому авторы ограничились лишь кратким напоминанием основ их использования всоответствующих местах книги.Разделы II, III, V написаны В.
А. Бесекерским, а разделы I и IV — Е. П. Поповым.Раздел 1Общие сведения о системах автоматического регулированияГлава 1ВИДЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ§ 1.1. Понятие о замкнутых автоматических системахСуществует чрезвычайно большое разнообразие автоматических систем, выполняющих те илииные функции по управлению самыми различными физическими процессами во всехобластях техники.
В этих системах сочетаются весьма разнообразные по конструкциимеханические, электрические и другие устройства, составляя, в общем, сложный комплексвзаимодействующих друг с другом звеньев.Примерами автоматических систем могут служить:а) автомат включения освещения, в котором имеется фотоэлемент, реагирующий на силудневного света, и специальное устройство для включения освещения, срабатывающее отопределенного сигнала фотоэлемента;б) автомат, выбрасывающий какие-либо определенные предметы (билеты, шоколад) приопускании в него определенной комбинации монет;в) станок-автомат, автоматические линии станков и автоматические цехи на заводах;г) системы телеуправления, в которых от нажатия кнопки или от легкого поворота ручки напульте управления совершается определенная комбинация мощных и сложных операций вуправляемом объекте;д) автоматический регулятор скорости вращения двигателя, поддерживающий постояннуюугловую скорость двигателя независимо от внешней нагрузки (аналогично регуляторытемпературы, давления, напряжения, частоты и пр.);е) автопилот, поддерживающий определенный курс и высоту полета самолета без помощилетчика;ж) следящая система, на выходе которой с определенной точностью копируетсяпроизвольное во времени изменение какой-нибудь величины, поданной на вход;з) система сопровождения, в которой ствол наземного орудия автоматически поворачиваетсяза летящим самолетом;и) вычислительное устройство, выполняющее определенную математическую операцию(дифференцирование, интегрирование, решение уравнений и т.
п.);к) измерительные приборы, работающие по так называемому компенсационному принципу;л) система самонаведения снаряда на цель и пр.Все эти и им подобные автоматические системы можно разделить на два больших класса:автоматы, выполняющие определенного рода одноразовые или многоразовые операции; сюдаотносятся, например, автомат включения освещения, билетный автомат, станок-автомат,ружье-автомат, автомат переключения скоростей и т. п.;2) автоматические системы, которые в течение достаточно длительного времени нужнымобразом изменяют (или поддерживают неизменными) какие-либо физические величины(координаты движущегося объекта, скорость движения, электрическое напряжение, частоту,температуру, давление, громкость звука и пр.) в том или ином управляемом процессе.
Сюдаотносятся автоматические регуляторы, следящие системы, автопилоты, некоторыевычислительные устройства, некоторые измерительные приборы, системы дистанционногоуправления, телеуправления, самонаведения и т. п.В данной книге будут рассматриваться только автоматические системы второго класса.
Этипоследние делятся в свою очередь на незамкнутые и замкнутые автоматические системы.Общая структурная схема незамкнутой системы в двух вариантах представлена на рис. 1.1, а иб. Это — простейшие схемы управления: полуавтоматические, когда источником воздействияявляется человек, и автоматические, если источником воздействия является изменение какихлибоРис.
1.1.внешних условий, в которых работает данная система (температура или давлениеокружающей среды, электрический ток, освещенность, изменение частоты и т. п.).Вторая из показанных на рис. 1.1 структурных схем отличается от первой тем, что кромеорганов управления имеются еще контрольные приборы, которые дают возможностьнаблюдать за протеканием процесса в управляемом объекте.Характерным для незамкнутой системы является то, что процесс работы системы не зависитнепосредственно от результата ее воздействия на управляемый объект.Естественным дальнейшим усовершенствованием автоматической системы является замыканиеее выхода (контрольные приборы) со входом (источник воздействия) таким образом, чтобыконтрольные приборы, измерив некоторые величины, характеризующие определенный процессв управляемом объекте, сами служили бы одновременно и источником воздействия на систему,причем величина этого воздействия зависела бы от того, насколько отличаются измеренныевеличины на управляемом объекте от требуемых значений.Таким образом возникает замкнутая автоматическая система.
В наиболее компактной формеона представлена на рис. 1.2. Более развернутая функциональная блок-схема замкнутойавтоматической системы дана на рис. 1.3 и в другом варианте — на рис. 1.4, где замкнутыйконтур скомбинирован с разомкнутыми каналами. На этих схемах стрелками обозначенынаправления воздействий или передачи информации с одного блока системы на другой.Очевидно, что в замкнутой автоматической системе имеется полная взаимозависимостьработы всех звеньев друг от друга. Протекание всех процессов в замкнутой системекоренным образом отличается от процессов в незамкнутой системе.
Замкнутая системасовершенно по другому реагирует на внешние возмущающие воздействия. Различныеценные свойства замкнутых автоматических систем делают их незаменимыми во многихслучаях, когда требуется точность и быстродействие для управления, измерения или дляпроизводства математических вычислений. Поэтому при создании всяких замкнутыхавтоматических систем особое значение приобретают динамические расчеты.Замкнутые автоматические системы существуют в технике в виде различных автоматическихсистем управления, систем автоматического регулирования, следящих систем,вычислительных систем, компенсационных систем измерения, систем автоматическогопилотирования, систем стабили Введем общую терминологию для следящих систем, системрегулирования и управления, изобразив общую схему в виде рис.
1.5.В следящей системе выходная величина у (t) воспроизводит изменение входной величины g (t),причем автоматическое устройство реагирует на рассогласование х (t) между выходной ивходной величинами. Условимся величины у и t называть соответственно регулируемойвеличиной и задающим воздействием.Следящая система имеет обратную связь 8 выхода со входом, которая, по сути дела, служит дляизмерения результата действия системы. На входеРис. 1.5.системы производится вычитание x=h-z.
Устройство, производящее это вычитание, будемназывать датчиком рассогласования. Величина рассогласования х и воздействует напромежуточные устройства, а через них на управляемый объект. Система работает так, чтобы всевремя сводить к нулю рассогласование х.Источником воздействия на задающее устройство может быть либо человек, либо специальноеустройство, либо изменение внешних условий, в которых работает система.Для систем автоматического регулирования введем следующую терминологию (рис.
1.5).Агрегат 7, в котором происходит процесс, подлежащий регулированию, называетсярегулируемым объектом. Для краткости будем говорить просто объект. Величина y, которуюнеобходимо в этом агрегате регулировать, т. е. поддерживать постоянной или изменять позаданной программе, называется регулируемой величиной.Автоматически действующее устройство, предназначенное для выполнения задачирегулирования, называется автоматическим регулятором (впоследствии для краткости будемговорить просто регулятор).
На рис. 1.5 он разбит на ряд звеньев. Автоматический регуляторвключает в себя измерительное устройство 3, т. е. чувствительный элемент, реагирующий наотклонение регулируемой величины у. Далее ставится усилительно-преобразовательное иисполнительное устройства (звенья 4, 5, 6 на рис. 1.5, см. также рис. 1.2). Они служат дляформирования регулирующего воздействия и(t) на объект, для возможно более точноговыполнения задачи регулирования при реально имеющемся возмущающем воздействии f(t).Автоматический регулятор вместе с регулируемым объектом называется системойавтоматического регулирования.Системы автоматического регулирования, поддерживающие постоянное (в частности,нулевое) значение регулируемой величины, называют также системами стабилизации.Часто этот термин применяется для систем автоматического регулирования и управления,включающих в себя гироскопические устройства (гиростабилизация), но и во многих другихслучаях говорят также о стабилизации скорости, напряжения и т.
п. при помощиавтоматических регуляторов. Система автоматического регулирования, изменяющаязначения регулируемой величины по заранее заданной программе, называется системойпрограммного регулирования.рис 1.7Регулятор, в котором имеется усилительно-преобразовательное устройство, питаемоеизвне от добавочного источника энергии (рис.
1.5), называется регулятором непрямогодействия.Впростейшихрегуляторах,какувидимниже,усилительнопреобразовательного устройства и привода может и не быть вовсе, т. е. измерительноеустройство может непосредственно (без дополнительного источника энергии)воздействовать па регулирующий орган (рис. 1.7). Такой регулятор называется регуляторомпрямого действия. Питание регулятора прямого действия энергией идет не извне, ацеликом за счет энергии самого регулируемого объекта, подаваемой через измерительное устройство.Но существуют, наоборот, и более сложные регуляторы. Так, кроме одиночных системрегулирования, о которых здесь идет речь, состоящих из одного регулируемого объекта иодного регулятора, существуют так называемые связанные или многомерные системырегулирования.Многомерными системами регулирования называются такие, в которых имеетсянесколько регулируемых величин или в единый автоматически работающий комплекссвязаны несколько регуляторов на одном объекте или несколько регуляторов и несколькообъектов с перекрестными -связями между ними.Те же общие принципы используются в разного рода системах автоматическогоуправления.
Управление — более общий термин, чем регулирование, стабилизация,слежение, ориентация, наведение. Система автоматического управления может решатьлюбую из этих задач, но может решать также и совокупность такого рода задач и иметьразличные дополнительные функции.Обратимся, например, к системе автоматического управления полетом самолета (системасамолет — автопилот). Автопилот имеет три канала управления: управление движением ввертикальной плоскости (по тангажу), управление движением в горизонтальнойплоскости (по курсу) и управление поворотом вокруг собственной оси (по крену).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
