Характеристика объектов и систем автоматического управления. Объекты управления. Воздействия и реакции

1.  1 Характеристика объектов и систем автоматического управления

1.1 Понятия и определения

ТАУ (теория автоматического управления) – это научно-техническая дисциплина, изучающая и развивающая методы анализа и синтеза моделей систем управления.

Автоматическое управление – это осуществление совокупности воздействий, выбранных из множества возможных, на объект управления, с целью оптимизировать в определенном заданном смысле его состояние и поведение.

Автоматическое регулирование – это поддержание постоянной или меняющейся по некоторому закону во времени какой-то величины, характеризующей объект управления. Величина должна меняться требуемым образом вопреки препятствующим этому факторам

1.2 Объекты управления. Воздействия и реакции

1.2.1 Объект управления

Объект управления (ОУ) в ТАУ – это устройство, машина или процесс и др., которые характеризуются некоторыми физическими величинами. Эти величины могут быть измерены. Объект управления способен воспринимать внешние воздействия и реагировать на них изменением значений выходных величин.

Объектами управления в технике могут быть машины, механизмы, электромеханические устройства, более простые системы автоматического регулирования (САР) и др.

Рис.1.1 - Обозначение объекта управления (ОУ) на функциональной схеме. x(t) - воздействие на объект, y(t) – реакция объекта, отклик на воздействие

С точки зрения ТАУ не так важно, из каких физических элементов состоит объект управления (ОУ),  важнее то, как объект реагирует на внешние воздействия.

Различают статический и динамический режимы работы объекта или системы управления. В статике все сигналы (воздействия и реакции) постоянны, инерционность элементов САР не проявляется. В динамике воздействия, а следовательно и отклики, реакции объектов и систем, изменяются, что приводит к проявлению инерционных свойств объектов.

Характеристики ОУ:

Статическая характеристика – зависимость выходной величины объекта у,  от величины подаваемого на его вход воздействия х, при условии, что подаваемое воздействие постоянно( х = const).

Рис. 1.2 - Примеры статических характеристик объектов управления. 1 – линейная характеристика; 2,3 – нелинейные характеристики

При малых изменениях воздействий, как правило, любой объект является линейным. Т.е. малые изменения воздействий приводят к малым изменениям реакций, пропорциональным изменению воздействий.

Характеристики объекта:

1.  диапазон линейности статической характеристики;

2.  быстродействие – определяется инерционностью объекта;

3.  чувствительность (крутизна статической характеристики)

1.2.2 Воздействия и реакции. Терминология

Управляющие величины подают на вход объекта и под их действием изменяются управляемые (выходные) величины.

Контролируемые величины измеряются в процессе управления.

Задающая (отслеживаемая) величина – величина, в соответствии с которой должна изменяться управляемая величина объекта. Эта величина подается на вход САР. Возмущающая величина характеризует совокупность факторов, причин, воздействующих на объект управления и препятствующих его требуемому поведению. Эта величина моделирует неизбежные помехи, влияющие на поведение объекта управления.

Примеры ОУ:

Рис. 1.3 - Резервуар – теплообменник. Контролируемая величина: температура жидкости. Изменение возмущения – температуры подаваемой холодной воды (синяя пунктирная кривая) приводит к изменению температуры воды в резервуаре (желтая кривая), которое постепенно компенсируется дополнительным подогревом (красный пунктир). В результате контролируемая температура возвращается к своему нормальному значению    

Рис.1.4 - Двигатель постоянного тока (ДПТ). Управляющая величина - напряжение якоря, управляемая величина – частота вращения вала, возмущение – момент сопротивления на валу

1.3 Физические и алгоритмические модели объектов и систем

Функциональная и структурная схемы это условные графические