Теорія лінійних систем. Математичне моделювання лінійних систем керування. Типові динамічні ланки, страница 2

Принцип комбінованого керування використовується в тих випадках, коли потрібні висока швидкодія й точність керування, однак, при цьому варто пам'ятати, що ускладнення структури неминуче приводить до зменшення надійності роботи системи керування у цілому.

На практиці найбільше поширення отримали системи, що реалізують принцип керування Уатта.

Функціональна схема системи автоматичного керування (САК)

На наведених структурних схемах відбита загальна структура системи керування, її основні складові, зовнішні й внутрішні впливи, координата стану об'єкта. Однак, крім перерахованого, будь-яка система керування містить у собі ще й різні функціонально необхідні елементи, призначення  яких визначається необхідністю знімання, переробки й передачі інформації. Більш детально состав системи керування можна представити на функціональній схемі.

На функціональній схемі прийняті умовні позначення:

ЗП  – задаючий пристрій;

ПП – перетворюючий пристрій;

П    – підсилювач;

ВМ – виконавчий механізм;

КЕ  – коригувальний елемент;

ТО  – технологічний об'єкт;

 ВП – вимірювальний пристрій;

            – елемент порівняння.

За допомогою задаючого пристрою ЗП формується вплив, що задає завдання щодо величини координати стану об’єкта для керуючої частини системи у вигляді певної фізичної величини (напруга, струм, тиск і т.д., залежно від виду енергії, що використовується  для керування).

Вимірювальний пристрій ВП (сенсор) призначений в основному для перетворення значення координати стану об'єкта керування до виду сигналу зручному для передачі на відстань і порівняння із заданим значенням (завданням). Фізично ВП розташовується завжди усередині об'єкта, тому його розглядають як складову частину останнього, а тому математичний опис об'єкта керування виконується з урахуванням властивостей самого технологічного об’єкта (ТО) та  вимірювального пристрою ВП.

Елемент порівняння (суматор), виконує операцію алгебраїчного додавання над фізичними величинами відповідними заданому значенню керованої величини і її фактичному значенню,  віднімаючи фактичне значення керованої величини від заданого, тим самим визначаючи помилку керування.

 Потужність сигналу, що відповідає помилці керування, часто виявляється недостатньою й вимагає відповідних перетворень і посилення, тому в складі керуючої частини системи є такі функціонально необхідні елементи як перетворюючий пристрій ПП й підсилювач П, які й виконують операції відповідно перетворення й посилення.

Посилений сигнал надходить на виконавчий механізм ВМ, що шляхом зміни положення регулювального органу здійснює необхідний вплив на об'єкт, змінюючи величину надходження в останній матеріального або енергетичного потоку. Незважаючи на те, що виконавчий механізм ВМ разом з регулювальним органом звичайно розташовані фізично поблизу об'єкта керування, при аналітичних розрахунках ВМ формально включають до складу керуючої частини системи керування.

Крім функціонально необхідних елементів у керуючій частині системи для поліпшення якості керування часто використають штучні коригувальні елементи КЕ, що вводять  додатково. Введення коригувальних елементів утворює крім основного (головного), ще один, внутрішній, контур керування.  

Класифікація автоматичних систем керування.

Класифікацію АСУ здійснюють за різними критеріями:

По характеру алгоритму функціонування: стабілізуючі, програмні, слідкуючі. Алгоритм функціонування - сукупність приписань, що визначають характер вимог до стану координат об'єкта.

У стабілізуючій системі керування алгоритм функціонування містить приписання підтримувати керовану величину протягом тривалого часу на постійному рівні. У такій системі задаючий вплив Y(t) по визначенню повинне бути постійним у часі, тобто Y = const.

Для програмної системи керування алгоритм функціонування містить приписання змінювати керовану величину по заздалегідь заданому закону (по програмі), тобто Y(t) = var.

У слідкуючий системі керування алгоритм функціонування містить приписання змінювати керовану величину в часі по заздалегідь невідомому закону (найчастіше випадково) залежно від змін деякої іншої величини. У цьому випадку задаючий вплив Y(t) немов би «стежить» за змінами цієї іншої величини, тобто Y(t) = stoh.

У принципі всі три різновиди вирішують одну й  ту ж саму задачу: приведення керованої величини у відповідність із завданням, тому мають однакову структуру і з позицій методів дослідження вони не відрізняються один від іншого. Розходження полягає лише в характері самого завдання Y.

По властивостях у сталому режимі: статичні й астатичні системи керування.

Особливості цих систем  наочніше розглянути на прикладах.

На рисунку наведена спрощена схема статичної системи автоматичного регулювання рівня рідини в гідравлічному об'єкті.

Сталий режим у системі можливий при рівності притоку Q_пр.  і витрат рідини Q_в, тобто при Q_пр. = Q_в. Такий рівноважний стан установлюється при різних значеннях Q_в і h, причому, чим більше Q_р, тим менше h.

_. Це означає, що стале значення керованої величини h залежить від  величини зовнішнього збурюючого впливу Q_в. Статичні системи забезпечують настання сталого режиму, але не забезпечують відповідність керованої величини заданому значенню. Таким чином, для статичних систем характерна наявність помилки керування в сталому режимі, що підтверджується вищенаведеним графіком залежності керованої величини h  від зовнішнього впливу Q_в.

Розглянемо астатичну систему:  

На наведеному рисунку за допомогою правого движка змінного опору R установлюють задане значення рівня, положення ж лівого движка визначається висотою підйому поплавця, тобто фактичним значенням рівня.  Сталий режим наступає тільки в одному єдиному  випадку, коли обидва движки змінного опору R будуть перебувати навпроти один одного, тобто коли фактичний рівень рідини відповідатиме заданому рівню. В іншому випадку, напруга, що знімається з обох движків, посилена підсилювачем П змусить серводвигун М обертатися, і за допомогою регулюючого органа змінювати величину притоку Q_пр.; система буде перебувати в перехідному режимі. Таким чином, в астатичній системі забезпечується не тільки можливість сталого режиму, але й, саме головне, повна відповідність керованої величини заданому значенню у сталому режимі, тобто помилка керування у статиці дорівнює нулю.