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

29 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

69310. Поняття файла і файлової системи 34 KB
  Логічний визначає відображення файлової системи призначене для прикладних програм і користувачів фізичний особливості розташування структур даних системи на диску й алгоритми які використовують під час доступу до інформації.
69311. Організація інформації у файловій системі 61.5 KB
  У сучасних ОС файли у файловій системі не прийнято зберігати одним невпорядкованим списком (зазначимо, що можливі винятки, наприклад, для вбудованих систем). Десятки гігабайтів даних, що зберігаються зараз на дисках, вимагають упорядкування, файли, в яких перебувають ці дані...
69312. Методи розв’язування систем нелінійних рівнянь 146 KB
  Методи розв’язування систем нелінійних рівнянь Нехай маємо деяку систему нелінійних рівнянь 6.54 де Для розв’язку нелінійної системи 6. Якщо при k→∞ xik→αi i = 12n то кажуть що метод сходиться до деякого розв’язку.
69313. Методи розв’язування алгебраїчних рівнянь 85 KB
  Описана процедура повторюється n раз, поки не будуть виключені всі корені. Однак часто поліноми мають комплексно–спряжені корені. У цьому випадку початкове значення вибирається також комплексно–спряженим zk = xk + jyk і після визначення пари таких коренів виключається...
69314. Однокрокові методи розв’язування диференційних рівнянь 802.5 KB
  Методи чисельного інтегрування диференціальних рівнянь у залежності від числа використовуваних у формулі (8.8) попередніх значень функції чи її похідної підрозділяються на однокрокові (коли використовується інформація тільки про одну попередню точку)...
69315. БАГАТОКРОКОВІ МЕТОДИ РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ДИФЕРЕНЦІЙНИХ РІВНЯНЬ 555 KB
  В главі 8 було розглянуто однокрокові алгоритми обчислення наближеного розв’язку в точці tn + 1 з використанням інформації про розв’язувану задачу тільки на відрізку (tn,tn + 1) завдовжки в один крок. Логічно припустити, що можна підвищити точність методу...
69316. ЧИСЕЛЬНЕ ІНТЕГРУВАННЯ ЖОРСТКИХ СИСТЕМ ДИФЕРЕНЦІЙНИХ РІВНЯНЬ. ЧИСЕЛЬНІ МЕТОДИ РОЗВ’ЯЗУВАННЯ КРАЄВИХ ЗАДАЧ 1.14 MB
  При побудові і дослідженні математичних моделей об’єктів для підвищення їх точності й адекватності необхідно враховувати велику кількість факторів і явищ, що неминуче приводить до явища жорсткості і описуючих його жорстких рівнянь.
69317. ОБЧИСЛЮВАЛЬНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ТА ЙОГО ЕТАПИ 308 KB
  В результаті розміри і складність математичних моделей істотно зростають а їх розв’язок в аналітичному вигляді стає неможливим. розв’язок системи лінійних в загальному випадку лінеаризованих рівнянь; 2. розв’язок нелінійних алгебраїчних рівнянь...
69318. Розв’язування СЛАР на основі LU-розладу матриці 542 KB
  До цієї задачі належать задачі обчислення визначників і обчислення елементів оберненої матриці. Іноді обчислення визначників і елементів оберненої матриці називають другою і третьою основними задачами лінійної алгебри. 2 заснований на використанні оберненої матриці...