Общие сведения об автоматическом управле­нии и регуляторах

1. Общие сведения об автоматическом управле­нии и регуляторах

1.1. Принципы автоматического управления

Управление - это направленное воздействие на объект, обеспечи­вающее достижение поставленной цели. Процесс управления составляют четыре основных функции:

-  получение информации о цели управления;

-  получение информации о состоянии объекта управления;

-  анализ полученной информации и выработка решения;

-  исполнение принятого решения для достижения поставленной цели
управления.

Система управления - это совокупность всех устройств, обеспечи­вающих управление каким-либо объектом. Всякая система управления должна содержать следующие элементы, выполняющие основные функции:

-  объект управления;

-  источник информации о цели управления;

-  источник информации о результатах управления;

-  устройства сравнения и обработки информации;

-  исполнительные устройства

В тех случаях, когда функции всех элементов системы выполняются без непосредственного участия человека, систему управления называют ав­томатической.

Примерами автоматических систем управления могут служить:

- система автоматического регулирования давления воздуха в пнев­
матических сетях электрического подвижного состава;

-  система автоматического регулирования уровня напряжения цепей
управления ЭПС;

-  система автоматического пуска электропоезда;

-  система автоматического управления тормозным режимом ЭПС;

-  комплексная система автоматического управления движением поез­
дов метрополитена.

В ряде случаев сложный процесс управления осуществляет оператор с помощью различных автоматических устройств, выполняющих отдель­ные функции, необходимые для управления. Такую систему называют ав­томатизированной. Автоматизированная система имеет автоматическое устройство для сбора и обработки информации, оперативного расчета ва­риантов управления и сравнительной оценки их характеристик. Выбор окончательного варианта и принятие решения об управляющем воздейст­вии осуществляет оператор.

Примерами автоматизированных систем могут служить бортовые системы автоматизированного управления скоростными пассажирскими электропоездами и электровозами.

Любую физическую величину, используемую в управлении в качест­ве носителя информации, называют сигналом. Количественное значение называют уровнем сигнала, математическое представление - кодом сигна­ла. Сигналы подразделяют на непрерывные, гармонические и дискретные. Непрерывные сигналы характеризуются уровнем, например Х_о, который может апавно изменяться с течением времени (рис. 1.1,а). Гармонические

5

сигналы изменяются с течением времени периодически по синусоидально­му закону. Гармонические сигналы характеризуются амплитудой А, часто­той о) или периодом г = ^^я/ и фазой в (рис. 1.1,6). Дискретные сигналы

изменяются ступенчато, переходя с одного уровня на другой. Дискретные сигналы могут быть непериодическими, в виде единичной функции 1(0 или изменяться до иного постоянного уровня по закону единичной функции Х_о • 1(/) (рис. 1.1,в). В тех случаях, когда длительность дискретного сигна­ла относительно мала, его называют импульсом. Периодические дискрет­ные сигналы в виде импульсов характеризуются периодом г, длительно­стью импульсов t_u (рис. 1.1,г) и относительной длительностью Я= у  .

Каждая операция управления требует представления информации о характере изменения сигналов в виде уровней или системы кодов. Управ­ление осуществляется на основе сопоставления заданного значения сигнала с сигналом, отображающим действительное состояние объекта управления. Устройства, посредством которых производится сопоставление сигналов, называют устройствами сравнения. Условное обозначение устройств срав­нения показано на рис. 1 2,а,б. В тех случаях, когда производится сложение сигналов, устройство, выполняющее операцию сложения, называют сумма­тором и обозначают так, как показано на рис.1.2,в.

Схему, которая отображает функциональное назначение основных элементов системы, их соединение, взаимодействие и направление переда­чи сигналов, называют функциональной. Любой функциональный элемент можно представить в виде устройства, на вход которого подан сигнал х, а на выходе сформирован сигнал у. Для преобразования сигналов в функ­циональном элементе обычно требуется энергия от внешнего источника.

Систему формальных правил, по которым осуществляется автомати­ческое управление, называют алгоритмом управления.

В соответствии с рассмотренными методами для реализации автома­тического управления необходима совокупность устройств, образующих систему автоматического управления. Система автоматического управле­ния обеспечивает изменение какой-либо физической величины по опреде-6

Рис. 1.3. Функциональные схемы САУ с управлением по отклонению и возмущению