popovEP1 (950645), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В связи с зтим в 3 7.4 описаны алгоритмы и программа корпевого синтеза корректирующих цепей линейных систем управления на базе пространства состояний. В приложепиях даны текст программы и решение примера па ЭВМ. При написании новой гл. 7 использованы материалы, предоставленные профессором Г. С.
Черноруцким, за что автор выражает ему глубокую благодарность. Автор благодарит также В. А. Парасича и М. Н. Устюгова, разработавших помещенные в конце книги приложения. Некоторые материалы Г. С. Черноруцкого ввецепы дополнительно в з 8Л и $8.5. зы. Эта выходная величина представляет собой физиче'кнй параметр, подлежащий регулированию (х — регузируемая или управляемая величина).
Входные величины у(г) и ((~) являются соответственно задающим и возмущающим воздействиями. Задача истемы состоит в том, чтобы возмоягпо то шее воспроизводить па выходе к задаваемый закон нзмепония у(г) Ряс. В.2 и возможно полнее подавлять влияние возмущающего воздействия )(г), а также других внешних и внутренних помех, если они имеются. Для этой цели выходная величина х сравнивается через измеритель у=ух с входной величиной у(г). Получается рассогласование (ошибка) е = у(г) — у = у(г) — йх. Рассогласование е служит источником воздействия на систему, причем система работает на уничтожение или сведение к допустимому малому значению величины этого рассогласования (т.
е. величины ошибки системы е). В общем случае задазощее воздействие д(г) ползет меняться произвольно. Случаю у(~) = сопзь соответствует собственно аетоматическое регулирование на поддержание постоянного значения регулируемой величины (папример, скорости вращепня вала двигателя, температуры в некоторой камере, напряжения па клеммах генератора н т. п.). Это типичная система регулирования по заданной настрой- ке регулятора. Такие системы (у=сопе$) называют также систезшми стабилизации (например, стабилизация крепа самолета, углового положенил гироплатформы и т. п.).
Если д(Г) заранее задано во времени (например, я = с~), то заданный закон б(8) называется программой управления. При таком программном автоматическом уп- Я давлении выходпая величина л должна следовать заданному закону изменения во вре- япр Е мели. Примером может служить программа задания угла наклона продольной оси ракеты-носителя 6 (при за- Ряс. В.З пуске спутника), начиная от вертикального положения на старте до горизонтального полон~аппп прн выходе па круговую орбиту (рис. В.З). Рассогласование, (ошибка управления, рис. В.З) будет е=б.,— б. Опо служит управляющим сигналом для автоматического выдерживакия задаваемого закона дь (Г). К системам автоматического управления, работающим по замкнутому циклу, относятся также следящие системы. Пример показан на рис.
В.4. В етом случае угол поворота выходного вала следящей системы р (г) должен следовать произвольно задаваемому повороту входного вала и(г) с наименьшей ошибкой е, причем в=и — р, а управляющее воздействие и = Йе. По принци~у следящей системы работают системы наведения (рис. В.5) (Щ В следящей системе наведения антенны радиолокатора па летящую цель рассогласованием служит угловая ошибка ~у между его лучом и направлением на цель. Исполнительным устройством является злектропривод антенны. Радиолокационный сигнал рассогласования содержит помехи, которые должны в системе отфильтровываться от полезного управляющего сигнала (величины рассогласования) . В свою очередь, автопилот наводимой ракеты (рис. В.б) тоже работает по принципу следящей системы, причем рассогласованием для него служит отклонение ракеты от направления луча, а исполнительным устройством является рулевая машина и руль. Другими примерами такого типа систем являются различные системы телеуправлепия и самонаведения.
йапьсиняая ойаатяая свяоь УИ) //аг/иояа ЯУ) е и аагтиао ваиватоаь /ггьуятоа вью Рлс. В.4 / / / / / / гЬгета /а// // / / // я ,я // / / / г // / Рис. В.5 Примерами следящих систем могут являться также измерительные приборы, работающие по компенсационному принципу, когда рассогласованием служитразность между показанием прибора и входной измеряемой величиной (любой физической природы). В качестве еще одного примера приведем систему автоматического управления курсом самолета (рис. В.б) при помощи автопилота.
На рис. В.б обозначено: 1 — гироскоп (измеритель курсового угла з)~), 2 — усилитель, 8 — привод, 4 — руль, б — корпус самолета (управляемый объект) . Звенья 1, 2, 3 составляют автопилот. Угол поворота руля б представляет регулирующее воздействие на объект. Рас:огласование формируется в виде электрической величины (рис. В.б, б) з ию — и=А(Фо — ф, где 'фо — заданный курсовой угол. Настройка автопилота па эадапный курс производится установкой величины ие. Ряс. В.з В данном примере показано, что кроме основной обратной связи (измерение регулируемой величины $) в системе могут иметься дополнительные местные обратные связи, назначение которых будет изучено позднее.
Важно отметить, что в замкнутых системах автоматического управления и регулирования, как правило, не бывает «спокойногоз состояния равновесия. Все время имеются какие-то внешние возмущающие воздействия, перон~дающие рассогласование, которое заставляет систему работать. Поэтому важнеишим элементом проектирования таких систем является исследование динамических процессов, описываемых обычно системой дифференциальпых уравнепий, отражающих поведение всех звеньев системы. Особенностью, усложняющей расчет динамики системы, является то, что в замкнутой системе все физические величины, представляющие воздействие одного звена на другое, связаны в единую замкнутую цепь.
По- атому приходится уравнения динамики всех звеньев системы решать совместно, т. е. иметь дело с дифферен циальными уравнениями высокого порядка. Это положение существенно для анализа и синтеза автоматических систем, для исследования устойчивости и качества процессов управления. С этим связан целый арсенал математических методов расчета, которые и будут изучаться в данной книге. Исторически, первыми автоматическими регуляторами с замкнутым циклом были: регулятор уровня в котле паровой машины И. И. Ползупова ($765 г.) и регулятор скорости вала паровой машины Днь Уатта и, Ряс. В.7 (1784 г.) .
Первые исследования динамики замкнутых автоматических систем, устойчивости и качества процессов регулирования принадлежат И. А. Вышнеградскому (1876 г.). Выше приводились примеры и схемы автоматических систем с одной задаваемой д(~) и одной регулируемой л величинами. В общем же случае система может иметь много входов и выходов (рис. В.7) .
Это многомерные (или многосвязные) системы. Передача воздействий в системе представляет передачу потоков информации о состоянии отдельных элементов системы. Кроме чисто технических автоматических систем аналогичные принципы действия заложены и в биологических системах, зкономических системах и т. п., что изучается соответствующими направлениями кибернетики и общей теории систем управления, а также специальными дисциплинами. Кроме полностью автоматических систем нмевтсяавэоматизировапные системы управления или полуавтоматические, в которых кроме технических средств в состав системы управления входят люди.
Таковьц например, многие автоматизированные системы управлелия производственными процессами. В простейших случаях в систему управления включается один человек-оператор, например, при полуавтоматическом управлении летательным аппаратом или какой-либо наземной установкой. Таковы и системы дистанциошюго управления манипуляторами в агрессивных средах.
Все системы автоматического управления и регулирования делятся по различным признакам на следующие основные классы. 1. По основным видам уравнений динамики процессов управления: а) линейные системы; б) нелинейные системы. 2. Каждый из этих основных классов делится на: а) системы с постоянными параметрами (уравнения с постоянными коэффициентами); б) системы с переменными параметрами (уравнения с переменными коэффициентами); в) системы с распределенными параметрами (уравнения в частных производных); г) системы с запаздыванием (уравнения с запаздывающим аргументом). 3. По характеру передачи сигналов различают: а) непрерывные системы; б) дискретные системы (импульсные и цифровые); в) релейвые системы.
4. По характеру процессов управления: а) детерминированные системы (определенные параметры и процессы) ," б) стохастические системы (случайные параметры и процессы) . 5. По характеру функционирования: а) обычные системы; б) адаптивные системы (самонастраивающиеся, самоорганизующиеся, экстремальные); в) терминальные системы. Последние отличаются тем, что в них ставится задача достижения определенного состояния системы в конечный момент времени.
До этого весь процесс управления может идти достаточно произвольно с оптимизацией по каким-либо другим показателям, например по расходу энергии. Приведенные выше примеры относятся к обычным системам. Адаптивные системы имеют, как правило, дополнительные блоки и контуры для анализа показателей качества процесса или внешних условий, по которым необходима адаптация системы. Каждый из этих основных классов систем в свою очередь делится по ряду принципиальных признаков на различные типы и разновидности, не говоря уже о большом разнообразии конструктивного оформления и различной физической природе реальных систем. Задачами линейной теории автоматического управления и регулирования являются: 1) изучение динамических свойств и характеристик различных типов звеньев автоматических систем любой физической природы и конструкции; 2) формирование фуш1цион альных и структурных схем автоматического управления и регулирования; 3) построение динамических характеристик этих систем; 4) определение ошибок н показателей точности замкнутых систем; 5) исследование устойчивости замкнутых систем; 6) оценка качественпых показателей процессов управления; 7) определение чувствительности систем к изменению параметров и других факторов; 8) изучение различных видов корректирующих устройств, вводимых в системы для повышения точности и улу тшения динамических качеств; 9) создание частотных, корневых и других методов синтеза корректирующих устройств и различных методов оптимизации систем по показателям качества; 10) разработка методов анализа и синтеза слоя<ных многомерных и комбинированных систем автоматического управления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
