double arrow

Принципы автоматического регулирования, законы регулирования

Классификация САУ.

Основные понятия автоматики. Функциональная схема САУ.

Из истории автоматики.

Автоматика (самодействие по-гречески). Первые самодействующие установки были известны еще до нашей эры, например « Храм Солнца ».

Средние века: мельницы (водяные и ветряные), андроиды (механизмы имитриующие работу людей, например художников и пр.). Все эти механизмы работали по разомкнутому принципу.

Основу современных систем автоматического управления положили 2 работы:

а) Регулятор уровня воды в котле Ползунова.

б) Регулятор скорости маховика Уатта.

В последнем устройстве скорость вращения передавалась через регулятор на заслонку, регулирующую подачу пара в машину.

Основу современной теории АУ положили работы Вышнеградского, который исследовал устойчивость паровых машин. Также проблемами устойчивости занимались: Жуковский, Вознесенский, Ляпунов.

Циолковский разработал устройство управления рулем дирижабля, положил начало разработки автопилота.1-й автопилот разработал Барановский. Давыдов в 1912 году перед гражданской войной разработал устройство слежения орудия за подвижными и неподвижными целями (1-ая следящая система).

Под управлением в широком смысле этого слова понимается организация какого-либо процесса для достижения поставленной цели.

Управление в технических системах.

Цели упровления в технических системах.

1.Поддержание заданного курса корабля, самолета или другого средства передвижения.

2.Поддержание толщины прокатываемого металла.

3.Поддержание стабильного напряжения и частоты в сети.

4.Управление различными технологическими процессами.

5.Многое другое.

Определение.Технические объекты, в которых происходят процессы, подлежащие регулированию называются объектами регулирования или управления.

На объект управления действуют возмущающие воздействия. Которые выводят его из заданного режима. Для того чтобы поддерживать заданный режим на объекте управления, он снабжается рабочим или управляющим органом(РО). Воздействие на рабочий орган может быть ручным или автоматическим. Если это воздействие автоматическое, то возникает система автоматического управления.

Упрощенная функциональная схема САУ.

ХЗ – задающий вектор.

ХУ – управляющее воздействие.

У – управляемый сигнал.

Z – контролируемое возмущение.

F – неконтролируемое возмущение.

УУ – управляющее устройство.

УО – управляющий орган.

ОУ – объект управления.

В.С. Верхняя связь – компенсирует наиболее сильно влияющие воздействия.

Н.С. Нижняя связь (ОС – обратная связь) – информация о входной величине У поступает в УУ. УУ по информации, поступающей от В.С. и Н.С. вырабатывает управляющий сигнал ХУ.

1. По наличию априорной(до опытной) информации.

а.) адаптивные.

б.) обыкновенные.

В адаптивных системах полная информация об объекте отсутствует. Её необходимо собирать в процессе функционирования объекта.

Причины: 1.малоизученный сложный объект.

2.технические характеристики объекта меняются в процессе эксплуатации.

3.изменяются условия функционированния объекта.

«Самонастраиваемая» система – адаптивная система АУ с изменяющимися параметрами управляющего устройства (УУ). В такой системе изменяется структура управляющего устройства.

Обыкновенные системы:

Вся информация об объекте управления известна заранее и система автоматического управления строится с учетом всей информации.

2. По числу входов и выходов.

а.) одномерные (1 вход, 1 выход).

б.) многомерные, также их называют многосвязные (много входов и выходов).

3. По выполнению принципа суперпозиции.

а.) линейные (выполняется принцип суперпозиции).

б.) нелинейные (не выполняется принцип суперпозиции).

Y(t) = Y1(t) + Y2(t) - условие выполнения суперпозиции.

Линейные системы описываются линейными диференциальными уравнениями (обыкновенными дифференциальными . уравнениями с коэффициентами, не зависящими от входного сигнала).

Нелинейные системы описываются нелинейными дифференциалными уравнениями.

4. По виду сигналов, действующих в системе.

а.) непрерывные.

б.) дискретные.

5. По виду сигнала в САУ.

а.) детерминированный (определенный).

б.) случайный (стохастический).

6. По целям или задачам управления.

а.) Система оптимального управления – это система, работающая наилучшим образом при определенных условиях. Бывают системы оптимальные по точности, по быстродействию и др.

б.) Экстремальные системы – это системы, в которых некоторые показатели качества поддерживаются максимальными.

Q – производительность.

Требуется: Q – максимальна, найти Х.

Решение.

Система снабжается устройством автоматического поиска (УАП).

УАП подает пробные воздействия на объект в одну и другую сторону от некоторой начальной точки, например t1 и таким образом определяет положение экстремума.

в.) Системы автоматического регулирования (САР).

Решается задача поддержания выходного сигнала объекта на заданном уровне или изменение его по некотрому закону.

1. 1. Y(t) – const следовательно данная система – система стабилизации (Y(t) – выходная величина).

2. 2. Закон изменения Y(t) известен следовательно это система програмного управления.

3. 3. Закон изменения Y(t) не известен следовательно это следящая система.

1. Разомкнутый принцип (регулирование по возмущению).

XAP = f( X3 , ZB1 )

где ХАР – регулирующий сигнал автоматического регулятора.

Х3 – задающее воздействие.

ZB1 – контролируемое возмущаюшее воздействие.

Достоинства:

Система всегда устойчива при устойчивом объекте регулирования.

Недостатки:

Низкоя точность САР.

2. Замкнутый принцип (регулирование по отклонению (с отрицательной обратной связью)).

ХАР = f( X3 , Y ).

X0 = X3(t) – Y(t) – сигнал отклонения или ошибки

Х3 – задающее воздействие.

Y(t) – регулируемая величина.

Достоинства:

Более высокая точность, нежели в разомкнутой системе.

Недостаток:

Система может стать неустойчивой даже при устойчивом объекте.

3. Разомкнуто-замкнутый принцип регулирования (комбинированный).

XAP = f( X3 , ZB1 , Y).

XAP – регулирующий сигнал.

X3 – задающее воздействие.

ZB1 – контролируемое возмущающее воздействие.

Y – регулируемая величина.

Достоинства:

Точность более высокая чем в 2-ух вышеописанных системах.

Недостатки:

Система может быть неустойчива при устойчивом объекте.

Законы регулирования.

Законы автоматического регулирования – законы по которым работает автоматический регулятор (АР). Законы делятся на линейные и нелинейные.

Линейные законы.

XAP = f(X0)

Х – может быть различным.

1. Пропорциональный закон регулирования (“П”).

XAP = KP*X

KP – коэффициент усиления регулятора.

Достоинство системы: простота.

Недостаток системы: в замкнутой системе с таким регулятором возникает статическая ошибка.

2. Интегральный закон регулирования («И»).

KИ – коэффициент усиления интегратора.

ТИ – постоянная времени

Достоинства:

Статическая ошибка в замкнутой системе равна нулю.

Относительная простота.

Недостаток:

Затягивает преходной процесс в системе.

4. 4. Пропорционально-интегральный закон регулирования («ПИ»).

Достоинство:

Нулевая статическая ошибка.

Недостаток:

Затянутый переходной процесс.

4. Пропорционально-интегрально-дифференциальный закон регулирования («ПИД»).

– коэффициент усиления дифференциатора.

– постоянная времени .

Достоинства:

1. Нулевая статическая ошибка.

2. Повышенное быстродействие.

Недостатки:

1. Относительная сложность.

2. Ухудшенная помехо-устойчивость.


Сейчас читают про: