Основы теории автоматического управления. Основные термины и определения

Основы теории автомотического управления.

Введение. Основные термины и определения.

ТАУ - математическая теория информационных процессов передачи и преобразования сигналов в так называемых автоматических системах.

Теперь разберем составляющие этого понятия.

Информационные процессы (для данного курса) – это формализованное представление, абстрагированное от физической природы системы управления и процессов в системах.

Сигнал - количественная оценка физического явления, используемого для передачи информации.

Автоматическая система-система, действующая без участия человека

Ручная система- полностью управляемая человеком

Автоматизированные системы-системы, использующие интеллект человека (автоматическая система с частичным  участием человека).

Элемент автоматической системы(звено)-функционально законченное устройство, имеющее набор входных и выходных сигналов и рассматриваемое как единое целое.

  Пример элемента:

   Преобразование сигнала резистивным делением.

   Рассмотрим электрическую цепочку, состоящую из R1 и R2. При подаче на вход напряжения   на выходе получим  .

Задачи ТАУ, как научной дисциплины, анализ САУ, синтез САУ.

1.Анализ: 

- Задача оценки точности автоматической системы

-Качество системы-система должна отрабатывать воздействие с регламенти-  

 руемыми показателями  качества.

2.Синтез:

-Коррекция свойств объекта управления

-Разработка и проектирование регуляторов автоматических систем с заданными показателями качества

   Элементы и звенья системы  обладают свойством детектирования:

Y(t) зависит от X(t)

     X(t) не зависит от Y(t)

Функциональная схема-схема, показывающая состав системы, функци- ональное назначение отдельных элементов, направления распространения сигналов между элементами.

Пример функциональной схемы системы

  На рисунке: 

    ЗУ- задающее устройство;

          - узел вычисления рассогласования:;

     Р – регулятор;

     ИЭ- исполнительный элемент (тиристорный регулятор);

    ОУ – объект управления (сопротивление);

    Д – датчик

    e(t) = Xзад(t) – Uд(t) – ошибка регулирования (рассогласование).

    Регулятор. Исполнительный элемент. Мощность тепловыделения (поток тепла).

Q=kU_c²/R

Q и Uд-выходные координаты

Uд – напряжение    температуры

Элементы функциональной схемы могут быть одномерными и многомерными. Рисунок на элементе(пиктограмма) характеризует функцию, т.е то, что он делает.

Структурная схема-аналог функциональной схемы, каждый элемент которой содержит характеристику динамических свойств. Как правило, эта характеристика представлена в виде передаточной функции.

Принципиальная Эл.схемы- детализуют эл.структуру,позволяют изготовить или наладить схему.

1 Основные принципы управления.

Классификация автоматических систем.

Управление-воздействие на объект управления с целью обеспечения заданного режима его работы и достижения определенного результата его работы.

Регулирование- частный случай управления, целью которого является обеспечение близости выходного сигнала к заданным значениям.

Принципы автоматического управления

А).Принцип обратной связи (принципы управления по отклонению; принцип Понселе)

Систему можно построить так, чтобы сигнал управления формировался в функции фактического значения фактическому значению координат в системе. Для этой цели в систему вводят дополнительный канал связи, в элементы для измерения x и для выработки корректирующих воздействий на управляющее устройство. Функциональная схема системы имеет вид замкнутого контура, что дало основание назвать осуществляемый в ней принцип принципом управления с обратной связью. Введенную дополнительную связь сигналов называют цепью обратной связи, так как направление передачи в дополнительной связи обратно направлению передачи основного воздействия на объект.

Рассмотрим вышеописанную систему:

     Р – регулятор

     ИЭ- исполнительный элемент

    ОУ – объект управления

    Д – датчик (Цепочка с Д и будет дополнительной цепью)

   ε -ошибка регулирования

Сигнал управления формируется в функции сигнала ε, который представляет ошибку регулирования:

ε=X(t)-Uд(t)

Принцип обратной связи подразумевает наличие прямого канала управления, по которому передается управляющее воздействие на объект управления, и канала обратной связи.

Информация в этих каналах распространяется антипараллельно (          ).

 Контур управления образуется прямым каналом и каналом обратной связи.

В англоязычной литературе контур обозначается loop (петля управления).

Системы, построенные по принципу обратной связи называется замкнутыми.

На систему могут действовать сигналы.

f(t)-возмущение(возмущающие сигналы)-посторонние сигналы, вредящие

       работе автоматической системы, утечка тепла через неплотность дверей

Как правило, при синтезе регулятора ставится задача парирования(отражения) этих воздействий.

2. Принцип компенсации

      (управление по возмущению, инвариантное управление)

Если возмущающие воздействия настолько велики, что разомкнутая цепь не обеспечивает требуемой точности выполнения алгоритма функционирования, то для повышения точности иногда возможно, измерив возмущение, ввести по результатам измерения коррективы в алгоритм управления, которые компенсировали бы вызываемые возмущениями отклонения алгоритма функционирования.

Так как отклонение регулируемой величины зависит не только от управляющего u, но и от возмущающего z воздействия, т.е. x=F(,z), то в принципе можно подобрать управление u=(z) таким образом, чтобы в установившемся режиме отклонение отсутствовало, т.е. .

Датчик Д измеряет не выходную координату, а возмущающий сигнал.

Сигнал регулирования Uр определяется по задающему воздействию  x(t)

и содержит корректирующую компоненту, которая компенсирует возмущение f(t).

Принцип более требовательный в плане того, что:

a)  Должен быть возможно излучения возмущения

b)  Свойства объекта управления должен был, т.е заранее априорны известны и неизменны.

Такого рода структуры называются разомкнутыми(системы без обратной связи).Замкнутые системы менее чувствительны к вариациям параметров

объекта управления.

Возможны комбинированные системы (инвариантные системы с локальными обратными связями).

Классификация автоматических систем

По способу передачи информации в автоматической системе:

I.Непрерывные (аналоговые) системы

II. Дискретные системы-параметры сигнала изменяются дискретно по:

    1) времени (импульсные системы).

    2) уровню.

        a) релейные

        б) цифровые

Наибольшее распространение получили аналоговые  и цифровые системы.

 Главным свойством непрерывных систем является представление информации в виде непрерывно изменяющихся физических величин (U,I)