9129

Общие сведения о системах автоматического регулирования

Научная статья

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Общие сведения о системах автоматического регулирования. Существует чрезвычайно большое разнообразие автоматических систем, выполняющих те или иные функции по управлению самыми различными физическими процессами во всех областях техники. В этих систе...

Русский

2013-02-24

266.5 KB

32 чел.

Общие сведения о системах автоматического регулирования.

Существует чрезвычайно большое разнообразие автоматических систем, выполняющих те или иные функции по управлению самыми различными физическими процессами во всех областях техники. В этих системах сочетаются весьма разнообразные по конструкции механические, электрические и другие устройства, составляя, в общем, сложный комплекс взаимодействующих друг с другом звеньев. Автоматические устройства можно разделить на два больших класса:

 1. Автоматы, выполняющие определенного рода одноразовые или многоразовые операции (автомат включения освещения, билетный автомат, станок-автомат, ружье-автомат, автомат переключения скоростей и т.д.).

 2. Автоматические системы, которые в течение достаточно длительного времени нужным образом изменяют (или поддерживают неизменными) какие-либо физические величины (координаты движущегося объекта, скорость движения, электрическое напряжение, частоту, температуру, давление, громкость звука и т.д.) в том или ином управляемом процессе. Сюда относятся автоматические регуляторы, следящие системы, автопилоты, некоторые вычислительные устройства, некоторые измерительные приборы, системы дистанционного управления, телеуправления, самонаведения и т.д.

В курсе теории автоматического регулирования и управления (ТАРУ) рассматриваются только системы второго класса. Они в свою очередь делятся на незамкнутые и замкнутые автоматические системы.

Общая структурная схема незамкнутой системы в двух вариантах представлена на рис. 1 и 2. Это простейшие схемы управления: полуавтоматические, когда источником воздействия является человек, и автоматические, если источником воздействия является изменение каких-либо внешних условий, в которых работает система.

Рис. 1 Схема разомкнутой системы

Вторая схема на рис. 2 отличается от первой наличием контрольных приборов, позволяющих наблюдать за протеканием процесса в управляемом объекте. Характерным для незамкнутой системы является то, что процесс работы системы не зависит непосредственно от результата её воздействия на управляемый объект.

Рис. 2 Схема разомкнутой системы с контрольными приборами

Естественным дальнейшим усовершенствованием автоматической системы является замыкание её выхода (контрольные приборы) с входом (источник воздействия) таким образом, чтобы контрольные приборы, измеряя некоторые величины, характеризующие определенный процесс в управляемом объекте, сами служили бы одновременно и источником воздействия на систему, причем величина этого воздействия зависела бы от того, насколько отличаются измеренные величины на управляемом объекте от требуемых значений. Таким образом, возникает замкнутая система автоматического регулирования, изображенная в компактной форме на рис. 3.

Рис. 3. Замкнутая система автоматического регулирования

В замкнутой системе имеется полная зависимость работы всех звеньев друг от друга. Протекание всех процессов в замкнутой системе коренным образом отличается от процессов в незамкнутой системе. В разомкнутой системе состояние предыдущих звеньев не зависит от состояния следующих, а в замкнутой зависит через цепь обратной связи. Поэтому замкнутая система совершенно по-другому реагирует на внешние возмущающие воздействия. Различные ценные свойства замкнутых автоматических систем делают их незаменимыми во многих случаях, когда требуются точность и быстродействие для управления. Поэтому при создании замкнутых автоматических систем особое значение приобретают динамические расчеты.

Введем терминологию САРУ согласно рис. 4. На нем введены обозначения: g(t) –задающее воздействие (входной сигнал, команда), величина, значения которой должна поддерживать или воспроизводить управляемая величина; y(t) – регулируемая или управляемая величина (входная величина, реакция, отклик системы), величина, которой необходимо управлять в объекте; x(t) = h(t) - z(t) – рассогласование, отклонение или “ошибка”, разность между заданным и фактическим значением управляемой величины; u(t) – управляющее, регулирующее воздействие (управление - воздействует на объект управления);  f(t) – возмущающее воздействие (нагрузка, помеха, шум), величина, которая вызывает нежелательное изменение управляемой величины.

Рис. 4. Схема замкнутой системы

УВК – устройство ввода команды, ЧЭ – чувствительный элемент (датчик рассогласования), УПУ – усилительно-преобразовательное устройство, ИО – исполнительный орган, ОУ  - объект управления (регулирования), МОС – устройство местной обратной связи, ГООС – устройство главной отрицательной обратной связи

Управляющее устройство – устройство, предназначенное для выполнения задачи управления. Включает в себя измерительные устройства, усилительно-преобразовательные устройства, исполнительный орган. Задачи, которые решает система автоматического управления САУ: стабилизация, выполнение заданной программы, слежение. Автоматический регулятор – устройство, предназначенное для решения задачи регулирования. В общем случае САУ состоит из двух основных частей: устройство управления (управляющее устройство) и объект управления. В общем случае система автоматического регулирования (САР) состоит из двух основных частей: автоматический регулятор и объект регулирования.

Строго говоря, под ошибкой следует понимать разницу между заданным (идеальным) значением регулируемой величины и ее фактическим значением, т.е. e(t) = yзад(t ) - y(y). В частности, yзад(t) = g(t). Однако, x(t) и e(t) качественно связаны пропорциональной зависимостью, так что при x(t) )® 0 имеем  e(t)® 0. Поэтому рассогласование отождествляется с ошибкой и слово “ошибка” для рассогласования обычно используется без кавычек.

В данной замкнутой системе связь выхода с входом осуществляется через измеритель регулируемой величины и датчик рассогласования. Устройство ввода команды и измеритель регулируемой величины служат для масштабирования или приведения к одинаковым по физической природе величинам сигналов команды и регулируемой величины. В простейшем случае g(t) = h(t); y(t) = z(t) и x(t) = g(t) - y(t). Укрупненная схема замкнутой системы с единичной отрицательной обратной связью имеет вид, показанный на рис. 5. Знак “минус” около стрелки означает, что сигнал вычитается. При необходимости ставится и знак “плюс”. Если он не стоит, то подразумевается (по умолчанию). Вместо знака “минус” часто сектор сумматора, к которому подводится сигнал, заштриховывается. Звено в прямой цепи соответствует разомкнутой системе. На рис. 6 изображена обобщенная схема этой же системы. В схеме не показана обратная связь. Она ”спрятана” внутри замкнутой системы.

Укрупненная функциональная система САР имеет вид (рис 7).

Рис. 7. Функциональная схема системы автоматического регулирования

Заметим, что различают функциональные и структурные схемы. В электронике на функциональной схеме прорисовывают все функциональные элементы (конструктивные элементы).

В теории регулирования на функциональной схеме изображаются основные (укрупненно) элементы, несущие функциональную нагрузку и включающие несколько конструктивных элементов (например, двигатель и редуктор объединятся в исполнительное устройство). В ряде случаев двигатель, а не нагрузка, принимается за объект регулирования.

На структурной схеме каждой математической операции соответствует определенное звено. В зависимости от представления уравнений структурные схемы могут отличаться друг от друга. Например, двигатель в системе регулирования скорости обычно описывается дифференциальным уравнением второго порядка (соответственно,  на структурной схеме двигатель – одно звено). Но уравнение второго порядка можно представить в виде системы дифференциальных уравнений первого порядка. Соответственно, на структурной схеме двигатель будет изображен в виде двух звеньев. Первая структурная схема ближе к функциональной схеме.

Согласно определениям из учебного пособия “Системы автоматического управления” Д.В. Васильев, В.Г. Чуич: функциональные схемы характеризуют систему по составу входящих в неё элементов, рассматриваемых с точки зрения их назначения, т.е. выполняемых ими функций; структурные схемы, состоящие из звеньев направленного действия, описывают математически динамические свойства системы.







EMBED Visio 2000 Drawing 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22260. Лечение постперфузионной энцефалопатии 26 KB
  У каждого больного после искусственного кровообращения страдает церебральная ауторегуляция и происходит ишемия и отек головного мозга.В первые пять суток после развития потери сознания или судорог терапия должна быть направлена на поддержание нормального давления крайне нежелательна и даже губительна гипертензия и на максимально возможное подавление функциональной активности головного мозга. Падение ликворного давления на 34 сутки может являться результатом вклинения ствола мозга и декомпенсации отека.
22261. МОЗГОВОЙ КРОВОТОК 66.5 KB
  Торакальная и люмбальная порции спинного мозга не имеют в такой степени расширенного кровотока. Цереброваскулярное сосудистое русло постоянно находится под влиянием определенного количества физических и химических стимулов которые алаптируют калибр мозговых сосудов потребностям различных отделов головного мозга в зависимости от их функциональной активности. Конечной целью присходящих процессов яваляется: поддержание и быстрое изменение локального МК в зависимости от метаболической потребности различных отделов головного мозга; обеспечение...
22262. ИНФЕКЦИОННЫЕ БОЛЕЗНИ (ИБ) 43.5 KB
  Легкая форма гриппа характеризуется острым катаром верхних дыхательных путей. Эта форма длится несколько дней и завершается полным выздоровлением. Тяжелая форма гриппа имеет две разновидности: первая связана с резкой интоксикацией вторая легочными осложнениями при присоединении вторичной инфекции. Папулопустулезная форма характеризуется появлением на коже сыпи в виде узелков папула и гнойничков пустула на лице голове шее груди спине.
22263. КИШЕЧНЫЕ ИНФЕКЦИИ (КИ) 40.5 KB
  ДИЗЕНТЕРИЯ ШИГЕЛЛЕЗ острое кишечное инфекционное заболевание с поражением толстой кишки и признаками интоксикации антропоноз. Шигеллы размножаются в энтероцитах толстой кишки что ведет к некрозу клеток. Местные изменения развиваются в слизистой толстой кишки в основном в прямой и сигмовидной что проявляется дизентерийным колитом. Просвет кишки сужен.
22264. Совершенствование системы документооборота в ООО «РАЙЖИВСОЮЗ» 242 KB
  Дать определение понятия «документооборот», определить какие существуют виды документооборота, и какие функции они выполняют. Разобрать теоретические аспекты данной темы; Дать полную характеристику организации (ООО «РАЙЖИВСОЮЗ»), на основе которой будет выполняться данная курсовая работа; Предложить методы совершенствования существующей системы документооборота организации, показать и доказать их экономическую эффективность.
22265. ОПУХОЛИ СИСТЕМЫ КРОВИ (ГЕМОБЛАСТОЗЫ) 39 KB
  Это происходит следующим образом: сначала лейкозные клетки разрастаются в органах кроветворения красный костный мозг селезенка лимфоузлы затем происходит выход лейкозных клеток в кровь где их можно обнаружить в большом количестве на следующем этапе который рассматривается как метастазирование лейкозные клетки из крови попадают в органы и образуют лейкозные инфильтраты по ходу сосудов в строме что ведет к атрофии и дистрофии органа. лейкозные клетки вытесняют нормальные клетки крови эритроциты лейкоциты тромбоциты...
22266. ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫЕ ЛИМФОМЫ 27 KB
  Лимфосаркома злокачественная опухоль из клеток лимфоцитарного ряда. Микро характерно диффузное разрастание атипичных лимфоидных клеток которые могут выходить за пределы ткани лимфоузла т. За счет пролиферации опухолевых клеток рисунок лимфоузла стирается в ткани возникают очаги некроза и склероза. Они состоят из пролиферирующих лимфоидных клеток гистиоцитов плазмоцитов и атипичных клеток.
22267. НАРУШЕНИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ. ПОЛНОКРОВИЕ (ГИПЕРЕМИЯ) 43.5 KB
  Это проявляется асцитом расширением вен передней брюшной стенки голова Медузы расширением вен пищевода что опасно кровотечением. КРОВОТЕЧЕНИЕ ГЕМОРРАГИЯ Определение кровотечение геморрагия это выход крови из просвета сосуда или полости сердца наружу наружное кровотечение или в полости тела внутреннее кровотечение. Наружное кровотечение: кровохарканье кровотечение из носа рвота кровью маточное кровотечение метроррагия мелена кровь с калом.
22268. НАРУШЕНИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ. Тромбоз 42.5 KB
  Неблагоприятный: септический аутолиз тромба рассасывание тромба под действием микробов что опасно сепсисом и кровотечением отрыв тромба тромбоэмболия которая может привести к инфаркту. Значение: тромбоз может привести к нарушению кровоснабжения органа и развитию инфаркта гангрены. ТЭЛА может привести к красному инфаркту легкого или к внезапной смерти. ИНФАРКТ Определение: инфаркт это сосудистый ишемический некроз который возникает вследствие прекращения...