Что называется системой автоматического управления

Система управления

Структура управления — систематизированный (строго определенный) набор средств сбора сведений о подконтрольном объекте и средств воздействия на его поведение с целью достижения определённых целей. Объектом системы управления могут быть как технические объекты, так и люди. Объект системы управления может состоять из других объектов, которые могут иметь постоянную структуру взаимосвязей. Системы управления с участием людей как объектов управления зачастую называют системами менеджмента.

Техническая структура управления — устройство или набор устройств для манипулирования поведением других устройств или систем.

Объектом управления может быть любая динамическая система или её модель. Состояние объекта характеризуется некоторыми количественными величинами, изменяющимися во времени, то есть переменными состояния. В естественных процессах в роли таких переменных может выступать температура, плотность определенного вещества в организме, курс ценных бумаг и т. д. Для технических объектов это механические перемещения (угловые или линейные) и их скорость, электрические переменные, температуры и т. д. Анализ и синтез систем управления проводится методами специального раздела математики — теории управления.

Структуры управления разделяют на два больших класса:

Содержание

Типы систем автоматического управления

Система автоматического управления, как правило, состоит из двух основных элементов — объекта управления и управляющего устройства.

По цели управления

Объект управления — изменение состояния объекта в соответствии с заданным законом управления. Такое изменение происходит в результате внешних факторов, например вследствие управляющих или возмущающих воздействий.

Системы автоматического регулирования

Системы экстремального регулирования

Способны поддерживать экстремальное значение некоторого критерия (например, минимальное или максимальное), характеризующего качество функционирования данного объекта. Критерием качества, который обычно называют целевой функцией, показателем экстремума или экстремальной характеристикой, может быть либо непосредственно измеряемая физическая величина (например, температура, ток, напряжение, влажность, давление), либо КПД, производительность и др.

Адаптивные системы автоматического управления

Служат для обеспечения желаемого качества процесса при широком диапазоне изменения характеристик объектов управления и возмущений.

По виду информации в управляющем устройстве

Замкнутые САУ

В замкнутых системах автоматического регулирования управляющее воздействие формируется в непосредственной зависимости от управляемой величины. Связь выхода системы с его входом называется обратной связью. Сигнал обратной связи вычитается из задающего воздействия. Такая обратная связь называется отрицательной.

Разомкнутые САУ

Сущность принципа разомкнутого управления заключается в жестко заданной программе управления. То есть управление осуществляется «вслепую», без контроля результата, основываясь лишь на заложенной в САУ модели управляемого объекта. Примеры таких систем : таймер, блок управления светофора, автоматическая система полива газона, автоматическая стиральная машина и т. п.

В свою очередь различают:

Характеристика САУ

В зависимости от описания переменных системы делятся на линейные и нелинейные. К линейным относятся системы, состоящие из элементов описания, которые задаются линейными алгебраическими или дифференциальными уравнениями.

Если все параметры уравнения движения системы не меняются во времени, то такая система называется стационарной. Если хотя бы один параметр уравнения движения системы меняется во времени, то система называется нестационарной или с переменными параметрами.

Системы, в которых определены внешние (задающие) воздействия и описываются непрерывными или дискретными функциями во времени относятся к классу детерминированных систем.

Системы, в которых имеет место случайные сигнальные или параметрические воздействия и описываются стохастическими дифференциальными или разностными уравнениями относятся к классу стохастических систем.

Если в системе есть хотя бы один элемент, описание которого задается уравнением частных производных, то система относится к классу систем с распределенными переменными.

Системы, в которых непрерывная динамика, порождаемая в каждый момент времени, перемежается с дискретными командами, посылаемыми извне, называются гибридными системами.

Примеры систем автоматического управления

В зависимости от природы управляемых объектов можно выделить биологические, экологические, экономические и технические системы управления. В качестве примеров технического управления можно привести:

Источник

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Полезное

Смотреть что такое «СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ» в других словарях:

система автоматического управления — Система управления, состоящая из автоматических приборов и других устройств, включая, возможно, средства вычислительной техники, выполняющая все установленные для нее функции, необходимые для управления процессом автоматически, т.е. без участия… … Справочник технического переводчика

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ — (САУ) совокупность взаимодействующих устройств управления и управляемого объекта, обеспечивающая достижение целей управления без вмешательства человека в соответствии с заданным алгоритмом. По принципу управления, положенному в основу САУ, их… … Большая политехническая энциклопедия

система автоматического управления — 3.10.55 система автоматического управления (САУ): Система локальной автоматики, функционирующая в автоматическом режиме, при котором функции управления или контроля осуществляются без участия производственного персонала (оперативного персонала… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

система автоматического управления — automatinio valdymo sistema statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. automatic control system vok. automatisches Steuersystem, n rus. система автоматического управления, f pranc. système de commande automatique, m … Automatikos terminų žodynas

Система автоматического управления (САУ) — Система автоматического управления, в которой цель управления в статических и динамических режимах достигается посредством оптимизации замкнутых контуров регулирования Источник: Ценник 1: Электротехнические устройства Система автоматического… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Система автоматического управления ГТД — совокупность устройств, автоматически обеспечивающих выполнение с требуемой точностью выбранных программ управления газотурбинным двигателем летательного аппарата на установившихся и переходных режимах его работы. С. а. у. ГТД выполняет следующие … Энциклопедия техники

Система автоматического управления компрессорной станции — осуществляет автоматическое регулирование производительности и давления компрессоров, определяемое изменяющимися потребностями сети, а также подстройку под оптимальный режим работы вспомогательного оборудования. Её использование, помимо… … Википедия

Система автоматического управления (САУ) — Система автоматического управления (САУ): комплекс средств микропроцессорной и вычислительной техники, осуществляющей автоматическое управление отдельным или группой оборудования, связанного техническим процессом. Источник: СТО… … Официальная терминология

Источник

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Смотреть что такое СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ в других словарях:

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

3.10.55 система автоматического управления (САУ): Система локальной автоматики, функционирующая в автоматическом режиме, при котором функции управлен. смотреть

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Система автоматического управления (САУ) – совокупность устройств автоматики и объектов управления осуществляющая автоматическое управление объектом или процессом для достижения поставленных целей. Такая система функционирует без непосредственного участия человека. За человеком остаются функции наблюдения, контроля, обслуживания.

[Автоматизация процессов. Электронный курс. Национальная учебная программа по электронике и автоматике. В. Пурро, А. Седжакин, Таллиннский Политехник. 2013]

Система автоматического управления – совокупность регулятора, датчика и объекта управления, в которой обычно используется принцип обратной связи. Обеспечивает стабилизацию некоторого технологического параметра или его изменение по заданному закону.

[25 терминов по электроприводу и автоматизации. (Электронный ресурс). Режим доступа: http:// elprivod.nmu.org.ua/, свободный.]

оптимизирует работу объекта управления в соответствии с определенным критерием качества управления;

изменяет уставки, параметры регуляторов, структуру, алгоритм функционирования с целью достижения требуемого качества управления при изменении параметров С.а.у. и условий эксплуатации.

[Электрический привод. Термины и определения / под ред. С.К. Козырева. — М.: Издательство МЭИ, 2015. — 96 с.]

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

automatic control system, autopilot system* * *automatic-control system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

(станками) Sinumerik, Steuerungssystem

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

жautomatisches Steuerungssystem (n)

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

sistema di comando automatico

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

sistema de mando automático, sistema de dirección automática

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

automatic control system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

автоматтық түрде басқару жүйесі

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

f automatic control system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

automatic control system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

otomatik kontrol sistemi

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

автоматты басқару жүйесі

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

automatic control system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

automatic control system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АВАРИЙНОЙ ПОДВОДНОЙ ЛОДКОЙ

submarine safety monitoring system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГОРЕЛКОЙ

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГТД

Систе́ма автомати́ческого управле́ния ГТД — совокупность устройств, автоматически обеспечивающих выполнение с требуемой точностью выбранных программ уп. смотреть

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГТД

Система автоматического управления ГТД совокупность устройств, автоматически обеспечивающих выполнение с требуемой точностью выбранных программ упра. смотреть

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЗАПУСКОМ

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЗАХОДОМ НА ПОСАДКУ

automatic approach system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ

(САУ ЛА), техн. средства, функционально объединённые для обеспечения полёта самолётов и вертолётов по заданной траектории и с заданной скоростью в авто. смотреть

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТОЙ ГЕНЕРАТОРОВ

generator autoparalleling system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТОМ

auto flight control system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОСАДКОЙ

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РАСХО

automatic fuel management system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ ТОПЛИВА

automatic fuel management system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ САМОЛЕТОМ

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ (САУ)

Система автоматического управления (САУ) Система автоматического управления, в которой цель управления в статических и динамических режимах достигае. смотреть

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ (САУ)

«. Система автоматического управления (САУ): комплекс средств микропроцессорной и вычислительной техники, осуществляющей автоматическое управление отд. смотреть

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ С ПОСТОЯННЫМИ СВЯЗЯМИ

permanently wired automatic system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СУДОВЫМ МЕХАНИЗ

комплекс взаимосвязанных устройств, осуществляющих автоматическое поддержание при меняющихся внешних условиях заданного режима работы механизма или агрегата либо изменение этого режима по определенному закону. Судовой агрегат или механизм, режим работы которого управляется автоматически, называется объектом автоматического управления, а физическая величина, которую необходимо при управлении поддерживать в заданных пределах или изменять по некоторому закону, — управляемой величиной. Для осуществления функций управления требуются устройства (манометр, термометр и т. д.), измеряющие значения управляемой величины, и регулирующий орган (клапан, задвижка, реостат и т. д.), позволяющий осуществлять управляющее воздействие на объект. При ручном управлении человек-оператор, наблюдая за показаниями измерительного устройства, воздействует на регулирующий орган, управляя работой механизма или агрегата. При автоматическом управлении эту функцию выполняет автоматическое управляющее устройство (АУУ), включающее измерительное устройство, регулирующий орган и механизм связи между ними, состоящий из усилителей и преобразователей сигналов, вычислительных устройств и др. АУУ совместно с объектом автоматического управления образуют систему автоматического управления (САУ). В САУ частотой вращения судового двигателя объектом автоматического управления служит двигатель, управляемой величиной — частота вращения вала двигателя, измеряемая центробежным маятником. При возрастании частоты вращения центробежная сила раздвигает грузы, преодолевая натяжение пружины. В результате муфта поднимается, перемещая с помощью рычага заслонку (регулирующий орган) и уменьшая подачу топлива. При падении частоты вращения движение происходит в обратном порядке. САУ судовыми механизмами и агрегатами классифицируются по цели управления, типу контура управления, характеру представления сигналов. По цели управления различают: системы автоматического регулирования (САР), предназначенные для поддержания постоянного значения управляемой величины; программные системы, в которых управляемая величина изменяется по заранее заданной программе; следящие системы, предназначенные для изменения управляемой величины по произвольно задаваемому в каждый момент времени закону; адаптивные системы, самостоятельно осуществляющие отыскание оптимального режима работы механизма и затем поддерживающие этот режим. Управляющее устройство САР называют автоматическим регулятором. По типу контура управления основными являются САУ с замкнутым контуром управления, в которых определяется информация о состоянии объекта управления (напр., отклонение управляемой величины от заданного значения) и в зависимости от этой информации осуществляется управляющее воздействие на объект. При этом реализуется принцип управления по обратной связи: АУУ воздействует на объект через регулирующий орган, объект оказывает обратное воздействие на АУУ через измерительное устройство. Существуют разомкнутые САУ, в которых управляющее воздействие на объект является функцией некоторого внешнего для объекта воздействия (возмущающего воздействия или управляющего сигнала). По характеру представления сигналов различают непрерывные и дискретные САУ. В последних один из элементов преобразует поступающий к нему непрерывный во времени и по уровню сигнал в последовательность дискретных (отдельных) или дискретно-непрерывных сигналов. Дискретные сигналы могут служить кодами чисел, что позволяет включать в состав САУ устройства вычислительной техники. смотреть

Источник

Введение в теорию автоматического управления. Основные понятия теории управления техническим системами

Публикую первую главу лекций по теории автоматического управления, после которых ваша жизнь уже никогда не будет прежней.

Лекции по курсу «Управление Техническими Системами», читает Козлов Олег Степанович на кафедре «Ядерные реакторы и энергетические установки», факультета «Энергомашиностроения» МГТУ им. Н.Э. Баумана. За что ему огромная благодарность.

Данные лекции только готовятся к публикации в виде книги, а поскольку здесь есть специалисты по ТАУ, студенты и просто интересующиеся предметом, то любая критика привествуется.

1. Основные понятия теории управления техническими системами

1.1. Цели, принципы управления, виды систем управления, основные определения, примеры

Развитие и совершенствование промышленного производства (энергетики, транспорта, машиностроения, космической техники и т.д.) требует непрерывного увеличения производительности машин и агрегатов, повышения качества продукции, снижения себестоимости и, особенно в атомной энергетике, резкого повышения безопасности (ядерной, радиационной и т.д.) эксплуатации АЭС и ядерных установок.

Реализация поставленных целей невозможна без внедрения современных систем управления, включая как автоматизированные (с участием человека-оператора), так и автоматические (без участия человека-оператора) системы управления (СУ).

Определение: Управление – это такая организация того или иного технологического процесса, которая обеспечивает достижение поставленной цели.

Теория управления является разделом современной науки и техники. Она базируется (основывается) как на фундаментальных (общенаучных) дисциплинах (например, математика, физика, химия и т.д.), так и на прикладных дисциплинах (электроника, микропроцессорная техника, программирование и т.д.).

Любой процесс управления (автоматического) состоит из следующих основных этапов (элементов):

Для реализации Процесса Управления система управления (СУ) должна иметь:

Определение: Если система управления (СУ) содержит все перечисленные выше части, то она является замкнутой.

Определение: Управление техническим объектом с использованием информации о результатах управления называется принципом обратной связи.

Схематично такая система управления может быть представлена в виде:

Рис. 1.1.1 — Структура системы управления (СУ)

Если система управления (СУ) имеет структурную схему, вид которой соответствует рис. 1.1.1, и функционирует (работает) без участия человека (оператора), то она называется системой автоматического управления (САУ).

Если СУ функционирует с участием человека (оператора), то она называется автоматизированной СУ.

Если Управление обеспечивает заданный закон изменения объекта во времени независимо от результатов управления, то такое управление совершается по разомкнутому циклу, а само управление называется программным управлением.

К системам, работающим по разомкнутому циклу, относятся промышленные автоматы (конвейерные линии, роторные линии и т.д.), станки с числовым программным управлением (ЧПУ): см. пример на рис. 1.1.2.

Задающее устройство может быть, например, и “копиром”.

Поскольку в данном примере нет датчиков (измерителей), контролирующих изготавливаемую деталь, то если, например, резец был установлен неправильно или сломался, то поставленная цель (изготовление детали) не может быть достигнута (реализована). Обычно в системах подобного типа необходим выходной контроль, который будет только фиксировать отклонение размеров и формы детали от желаемой.

Автоматические системы управления подразделяются на 3 типа:

САР и СС являются подмножествами САУ ==> .

Определение: Автоматическая система управления, обеспечивающая постоянство какой-либо физической величины (группы величин) в объекте управления называется системой автоматического регулирования (САР).

Системы автоматического регулирования (САР) — наиболее распространенный тип систем автоматического управления.

Первый в мире автоматический регулятор (18-е столетие) – регулятор Уатта. Данная схема (см. рис. 1.1.3) реализована Уаттом в Англии для поддержания постоянной скорости вращения колеса паровой машины и, соответственно, для поддержания постоянства скорости вращения (движения) шкива (ремня) трансмиссии.

В данной схеме чувствительными элементами (измерительными датчиками) являются “грузы” (сферы). «Грузы» (сферы) также “заставляют” перемещаться коромысло и затем задвижку. Поэтому данную систему можно отнести к системе прямого регулирования, а регулятор — к регулятору прямого действия, так как он одновременно выполняет функции и “измерителя” и “регулятора”.

В регуляторах прямого действия дополнительного источника энергии для перемещения регулирующего органа не требуется.

В системах непрямого регулирования необходимо присутствие (наличие) усилителя (например, мощности), дополнительного исполнительного механизма, содержащего, например, электродвигатель, серводвигатель, гидропривод и т.д.

Примером САУ (системы автоматического управления), в полном смысле этого определения, может служить система управления, обеспечивающая вывод ракеты на орбиту, где управляемой величиной может быть, например, угол между осью ракеты и нормалью к Земле ==> см. рис. 1.1.4.а и рис. 1.1.4.б

1.2. Структура систем управления: простые и многомерные системы

В теории управления техническими системами часто бывает удобно систему разделить на набор звеньев, соединенных в сетевые структуры. В простейшем случае система содержит одно звено, на вход которого подается входной воздействие (вход), на входе получается отклик системы (выход).

В теории Управления Техническими Системам используют 2 основных способа представления звеньев систем управления:

— в переменных “вход-выход”;

— в переменных состояния (более подробно см. разделы 6…7).

Представление в переменных “вход-выход” обычно используется для описания относительно простых систем, имеющих один “вход” (одно управляющее воздействие) и один “выход” (одна регулируемая величина, см. рисунок 1.2.1).

Обычно такое описание используется для технически несложных САУ (систем автоматического управления).

В последнее время широкое распространение имеет представление в переменных состояния, особенно для технически сложных систем, в том числе и для многомерных САУ. На рис. 1.2.2 приведено схематичное представление многомерной системы автоматического управления, где u₁(t)…u_m(t) — управляющие воздействия (вектор управления), y₁(t)…y_p(t) — регулируемые параметры САУ (вектор выхода).

Рассмотрим более детально структуру САУ, представленную в переменных “вход-выход” и имеющую один вход (входное или задающее, или управляющее воздействие) и один выход (выходное воздействие или управляемая (или регулируемая) переменная).

Предположим, что структурная схема такой САУ состоит из некоторого числа элементов (звеньев). Группируя звенья по функциональному принципу (что звенья делают), структурную схему САУ можно привести к следующему типовому виду:

Рис. 1.2.3 — Структурная схема системы автоматического управления

Символом ε(t) или переменной ε(t) обозначается рассогласование (ошибка) на выходе сравнивающего устройства, которое может “работать” в режиме как простых сравнительных арифметических операций (чаще всего вычитание, реже сложение), так и более сложных сравнительных операций (процедур).

Задача системы управления состоит в том (если она устойчива), чтобы “работать” на уничтожение рассогласования (ошибки) ε(t), т.е. ==> ε(t) → 0.

Следует отметить, что на систему управления действуют как внешние воздействия (управляющее, возмущающее, помехи), так и внутренние помехи. Помеха отличается от воздействия стохастичностью (случайностью) своего существования, тогда как воздействие почти всегда детерминировано.

Для обозначения управляющего (задающего воздействие) будем использовать либо x(t), либо u(t).

1.3. Основные законы управления

Если вернуться к последнему рисунку (структурная схема САУ на рис. 1.2.3), то необходимо “расшифровать” роль, которую играет усилительно-преобразующее устройство (какие функции оно выполняет).

Если усилительно-преобразующее устройство (УПУ) выполняет только усиление (или ослабление) сигнала рассогласования ε(t), а именно: , где – коэффициент пропорциональности (в частном случае = Const), то такой режим управления замкнутой САУ называется режимом пропорционального управления (П-управление).

Если УПУ выполняет формирование выходного сигнала ε1(t), пропорционального ошибке ε(t) и интегралу от ε(t), т.е. , то такой режим управления называется пропорционально-интегрирующим (ПИ-управление). ==> , где b – коэффициент пропорциональности (в частном случае b = Const).

Обычно ПИ-управление используется для повышения точности управления (регулирования).

Если УПУ формирует выходной сигнал ε₁(t), пропорциональный ошибке ε(t) и ее производной, то такой режим называется пропорционально-дифференцирующим (ПД-управление): ==>

Обычно использование ПД-управления повышает быстродействие САУ

Если УПУ формирует выходной сигнал ε₁(t), пропорциональный ошибке ε(t), ее производной, и интегралу от ошибки ==> , то такой режим называетсято такой режим управления называется пропорционально-интегрально-дифференцирующим режимом управления (ПИД-управление).

ПИД-управление позволяет зачастую обеспечить “хорошую” точность управления при “хорошем” быстродействии

1.4. Классификация систем автоматического управления

1.4.1. Классификация по виду математического описания

По виду математического описания (уравнений динамики и статики) системы автоматического управления (САУ) подразделяются на линейные и нелинейные системы (САУ или САР).

Каждый “подкласс” (линейных и нелинейных) подразделяется на еще ряд “подклассов”. Например, линейные САУ (САР) имеют различия по виду математического описания.
Поскольку в этом семестре будут рассматриваться динамические свойства только линейных систем автоматического управления (регулирования), то ниже приведем классификацию по виду математического описания для линейных САУ (САР):

1) Линейные системы автоматического управления, описываемые в переменных «вход-выход» обыкновенными дифференциальными уравнениями (ОДУ) с постоянными коэффициентами:

где x(t) – входное воздействие; y(t) – выходное воздействие (регулируемая величина).

Если использовать операторную («компактную») форму записи линейного ОДУ, то уравнение (1.4.1) можно представить в следующем виде:

где, p = d/dt — оператор дифференцирования; L(p), N(p) — соответствующие линейные дифференциальные операторы, которые равны:

2) Линейные системы автоматического управления, описываемые линейными обыкновенными дифференциальными уравнениями (ОДУ) с переменными (во времени) коэффициентами:

В общем случае такие системы можно отнести и к классу нелинейных САУ (САР).

3) Линейные системы автоматического управления, описываемые линейными разностными уравнениями:

где f(…) – линейная функция аргументов; k = 1, 2, 3… — целые числа; Δt – интервал квантования (интервал дискретизации).

Уравнение (1.4.4) можно представить в «компактной» форме записи:

Обычно такое описание линейных САУ (САР) используется в цифровых системах управления (с использованием ЭВМ).

4) Линейные системы автоматического управления с запаздыванием:

где L(p), N(p) — линейные дифференциальные операторы; τ — время запаздывания или постоянная запаздывания.

Если операторы L(p) и N(p) вырождаются (L(p) = 1; N(p) = 1), то уравнение (1.4.6) соответствует математическому описанию динамики звена идеального запаздывания:

а графическая иллюстрация его свойств привдена на рис. 1.4.1

5) Линейные системы автоматического управления, описываемые линейными дифференциальными уравнения в частных производных. Нередко такие САУ называют распределенными системами управления. ==> «Абстрактный» пример такого описания:

Система уравнений (1.4.7) описывает динамику линейно распределенной САУ, т.е. регулируемая величина зависит не только от времени, но и от одной пространственной координаты.
Если система управления представляет собой «пространственный» объект, то ==>

где зависит от времени и пространственных координат, определяемых радиусом-вектором

6) САУ, описываемые системами ОДУ, или системами разностных уравнений, или системами уравнений в частных производных ==> и так далее…

Аналогичную классификацию можно предложить и для нелинейных САУ (САР)…

Для линейных систем выполеняются следующие требования:

Статической характеристикой называется зависимость выхода от величины входного воздействия в установившемся режиме (когда все переходные процессы затухли).

Для систем, описываемых линейными обыкновенными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами статическая характеристика получается из уравнения динамики (1.4.1) приравниванием нулю всех нестационарных членов ==>

На рис.1.4.2 представлены примеры линейной и нелинейных статических характеристик систем автоматического управления (регулирования).

Нелинейность членов, содержащих производные по времени в уравнениях динамики, может возникнуть при использовании нелинейных математических операций (*, /, , , sin, ln и т.д.). Например, рассматривая уравнение динамики некоторой «абстрактной» САУ

отметим, что в этом уравнении при линейной статической характеристики второе и третье слагаемые (динамические члены) в левой части уравнения — нелинейные, поэтому САУ, описываемая подобным уравнением, является нелинейной в динамическом плане.

1.4.2. Классификация по характеру передаваемых сигналов

По характеру передаваемых сигналов системы автоматического управления (или регулирования) подразделяются:

Системой непрерывного действия называется такая САУ, в каждом из звеньев которой непрерывному изменению входного сигнала во времени соответствует непрерывное изменение выходного сигнала, при этом закон изменения выходного сигнала может быть произвольным. Чтобы САУ была непрерывной, необходимо, чтобы статические характеристики всех звеньев были непрерывными.

Системой релейного действия называется САУ, в которой хотя бы в одном звене при непрерывном изменении входной величины выходная величина в некоторые моменты процесса управления меняется “скачком” в зависимости от величины входного сигнала. Статическая характеристика такого звена имеет точки разрыва или излома с разрывом.

Системой дискретного действия называется система, в которой хотя бы в одном звене при непрерывном изменении входной величины выходная величина имеет вид отдельных импульсов, появляющиеся через некоторый промежуток времени.

Звено, преобразующее непрерывный сигнал в дискретный сигнал, называется импульсным. Подобный вид передаваемых сигналов имеет место в САУ с ЭВМ или контроллером.

Наиболее часто реализуются следующие методы (алгоритмы) преобразования непрерывного входного сигнала в импульсный выходной сигнал:

На рис. 1.4.5 представлена графическая иллюстрация алгоритма амплитудно-импульсной модуляции (АИМ). В верхней части рис. представлена временная зависимость x(t) — сигнала на входе в импульсное звено. Выходной сигнал импульсного блока (звена) y(t) – последовательность прямоугольных импульсов, появляющихся с постоянным периодом квантования Δt (см. нижнюю часть рис.). Длительность импульсов – одинакова и равна Δ. Амплитуда импульса на выходе блока пропорциональна соответствующей величине непрерывного сигнала x(t) на входе данного блока.

Данный метод импульсной модуляции был весьма распространен в электронно-измерительной аппаратуре систем управления и защиты (СУЗ) ядерных энергетических установок (ЯЭУ) в 70-х…80-х годах прошлого столетия.

На рис. 1.4.6 представлена графическая иллюстрация алгоритма широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В верхней части рис. 1.14 представлена временная зависимость x(t) – сигнала на входе в импульсное звено. Выходной сигнал импульсного блока (звена) y(t) – последовательность прямоугольных импульсов, появляющихся с постоянным периодом квантования Δt (см. нижнюю часть рис. 1.14). Амплитуда всех импульсов – одинакова. Длительность импульса Δt на выходе блока пропорциональна соответствующей величине непрерывного сигнала x(t) на входе импульсного блока.

Данный метод импульсной модуляции в настоящее время является наиболее распространенным в электронно-измерительной аппаратуре систем управления и защиты (СУЗ) ядерных энергетических установок (ЯЭУ) и САУ других технических систем.

Завершая данный подраздел, необходимо заметить, что если характерные постоянные времени в других звеньях САУ (САР) существенно больше Δt (на порядки), то импульсная система может считаться непрерывной системой автоматического управления (при использовании как АИМ, так и ШИМ).

1.4.3. Классификация по характеру управления

По характеру процессов управления системы автоматического управления подразделяются на следующие типы:

Выходной стохастический сигнал характеризуется:

Кроме приведенных основных видов классификации систем управления, существуют и другие классификации. Например, классификация может проводиться по методу управления и основываться на взаимодействии с внешней средой и возможности адаптации САУ к изменению параметров окружающей среды. Системы делятся на два больших класса:

1) Обыкновенные (несамонастраивающиеся) СУ без адаптации; эти системы относятся к разряду простых, не изменяющих свою структуру в процессе управления. Они наиболее разработаны и широко применяются. Обыкновенные СУ подразделяются на три подкласса: разомкнутые, замкнутые и комбинированные системы управления.

2) Самонастраивающиеся (адаптивные) СУ. В этих системах при изменении внешних условий или характеристик объекта регулирования происходит автоматическое (заранее не заданное) изменение параметров управляющего устройства за счет изменения коэффициентов СУ, структуры СУ или даже введения новых элементов.

Другой пример классификации: по иерархическому признаку (одноуровневые, двухуровневые, многоуровневые).

Источник