Основные положения. Упрощенная функциональная схема электромеханической системы. Дискретное преобразование информации

ТЕОРИЯ ДИСКРЕТНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Лекция 1 проф.

ВВЕДЕНИЕ

В. 1. Основные положения

Электромеханические системы (ЭМС) являются одним из наиболее распространенных видов систем автоматического управления (САУ) (рис.1В).

НЧ

      g(t)                                                                              y(t)

 

Рис. 1В. Упрощенная функциональная  схема электромеханической системы

В силовых элементах ЭМС (усилителе мощности -  преобразователе электроэнергии, двигателе  - электромеханическом преобразователе, передаточном устройстве и рабочей машине) (НЧ) совершается процесс непрерывного преобразования энергии. В информационно-управляющей части (ИУЧ) происходит непрерывное или дискретное преобразование информации. Таким образом, по своей физической модели ЭМС могут быть как непрерывными, так и дискретными системами автоматического управления (ДСАУ)

Совремённые системы, как правило, являются дискретными, поскольку управляющую часть дешевле и проще реализовать программно, а не элек тронными аппаратными средствами.

Однако, несмотря на свою дискретную модель, очень часто математическая модель САУ представляется в виде линейной или нелинейной аналоговой, т.е. в виде линейной или нелинейной системы дифференциальных и алгебраических уравнений. Часто, такое представление возможно, но иногда при проектировании и эксплуатации ЭМС возникают проблемы с дискретным преобразованием информации. Разобраться в этом может только профессионал, обладающий не поверхностными знаниями в области дискретных систем, которые изложены в некоторых современных учебниках по ТАУ (см, например, [47 или 52]. Первый учебник  рекомендован студентам технических университетов Оберна (штат Алабама) и Пенсакола (штат Флорида) (США), которые имеют такой же уровень подготовки по ТАУ как студенты нашей кафедре. Второй учебник рекомендован студентам наших двух специальностей в СПбГПУ (Россия). Этим сравнением мы хотели показать, что даже в ведущих технических университетах России и США по этой учебной дисциплине используют учебные пособия совершенно недостаточные для её углубленного изучения.

Основными целями данного курса являются.

1. Научить слушателя основам построения и исследования моделей современных САУ, применяя научно обоснованные рациональные пути и методы решения таких задач, научить обоснованно и "доходчиво" пояснять  решения, заложенные в реализованные промышленные установки и агрегаты

2. Показать слушателю рациональные (обоснованные) использования пакетов прикладных инженерных программ для моделирования и изучения свойств ЭМС как аналоговых или  дискретных САУ с тем, чтобы избежать серьезных ошибок, возникающих в процессе их моделирования.

3. И последнее, беру смелость утверждать следующее: к созданию такого учебногокурса я шёл вместе с моими многочисленными учениками и коллегами по кафедре САУ СПбГТУ (ЛПИ) и научной школе "электромеханики" Санкт Петербурга более 40 лет, начиная сначала 70-х годов XX века.

Вначале это были робкие попытки толкования для студентов электромехаников блестящих трудов зарубежных и советских ученых того времени: Э. Джури, Ю. Ту, Б. Куо. (США) Р. Изермана (ФРГ), Я. Цыпкина, В. Бесекерского, Л. Кузина (Россия) (и др. см. список литературы по курсу).

Только в последние годы пришло понимание главного !

Рис. 2.В.

..

Дискретное преобразование информации не для целей её рациональной передачи , как в радио или телевизионной технике, а для управления потоками преобразования энергии, как в электротехнике, обладает свойствами, отличными от свойств непрерывных(аналоговых) устройств передачи информации в системах автоматического управления. Первые системы не имеют главной обратной связи, а вторые всегда работают с главной обратной связью, охватывающей всю информационно -управляющую и почти всю энергетическую часть системы. В непрерывных (аналоговых) САУ эта связь всегда замкнута, а в дискретных разомкнуто- замкнута. Это обстоятельство не учитывается и не изучается. Оно дает новые свойства динамики дискретных САУ. Это покажем в лекциях.

В промышленности дискретные системы (ДС) (как "регуляторы прямого действия")^*) с широтно - импульсной модуляцией (ШИМ) или с релейным управлением изредка применяли еще в конце XIX века. В основном, это были регуляторы температуры.

______________________________________________________________________

^*)*⁾Напомним, что "регуляторами прямого действия" называют простейшие САУ без усилителя мощности, в которых сигнал рассогласования e(t) непосредственно управляет объектом.