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

30 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

74816. Поэты пушкинской эпохи и понятие «Плеяды». Общее и особенное в их авторских стратегиях: А.А. Дельвиг, П.А.Вяземский, Е.А.Боратынский, Д.В. Веневитинов, Н.М. Языков. Влияние их творческих исканий на дальнейшее развитие отечественной словесности 18.16 KB
  Термин пушкинская плеяда по мере изучения поэзии Пушкина романтической эпохи и конкретных поэтов стал считаться уязвимым поскольку вопервых возник по аналогии с наименованием французской поэтической группы Плеяда Ронсар Жодель Дюбелле и др. давая повод для неправомерных ассоциаций и неуместных сближений Пушкина с Ронсаром. Следовательно если принимать понятие пушкинская плеяда нужно отчетливо осознавать что в этом созвездии названном именем Пушкина последний является самой крупной звездой в то время как другие светила...
74817. Теория «официальной народности», социально-исторические концепции славянофилов и западников и их отражение в словесности второй половины 1830- х – первой половины 1850-х годов 15.67 KB
  Уваров доказывал что просвещение может быть не только источником зла революционных потрясений как это случилось в Западной Европе а может превратиться в элемент охранительный к чему следует стремиться в России. Поэтому всем служителям просвещения в России предлагалось исходить исключительно из соображений официальной народности. По мнению консерваторов николаевской эпохи в России не было причин для революционных потрясений. Бенкендорф прошедшее России было удивительно ее настоящее более чем великолепно что же касается ее...
74818. Традиции и новаторство М.Ю. Лермонтова - лирика в разработке смысла жизни, назначения поэзии, мотивов свободы и любви к Родине 14.69 KB
  Лермонтова лирика в разработке смысла жизни назначения поэзии мотивов свободы и любви к Родине. Лермонтова по праву считается одним из вершинных явлений в русской литературе. Кроме того в творчестве Лермонтова присутствуют такие темы и мотивы которые были несвойственны творчеству его старшего современника тема одиночества и бездомности тема потерянного поколения; тема земли и неба; тема маски скрытого или утраченного лица. В поэзии Лермонтова постоянно борются две противоположные стихии принимая разные обличья земли и неба...
74819. Становление психологического прозаического романа в творчестве М.Ю. Лермонтова. «Герой нашего времени» – квинтэссенция основных философско-этических идей писателя 15.46 KB
  Лермонтов вводит в роман в качестве центральной фигуры именно герояпсихолога. Ему во многом помогает раскрыть характер главного героя такая форма психологического анализа как монологисповедь в виде дневника в виде дневника написаны Тамань Княжна Мери и Фаталист В своих записках Печорин описывает психологическую игру которую он ведет с окружающими. Выделяется и меткость точность языка который противопоставляется готовым пышным фразам Грушницкого драпирующегося в манерноромантического героя. Раскрывает особенности...
74820. Н.В. Гоголь и развитие «высокой» комедии. Тематика «Ревизора» в свете социальных, этических и религиозных взглядов писателя 15.3 KB
  Гоголь и развитие высокой комедии. В начале декабря 1835 года Гоголь окончил Ревизора. Гоголь создает необычную для пьесы ситуацию: вместо одной личной или домашней интриги изображается жизнь целого города что значительно расширяет социальный масштаб пьесы и позволяет осуществить поставленную цель: ldquo;Собрать в одну кучу все дурное в Россииrdquo;. Гоголь создает новаторскую ситуацию когда раздираемый внутренними противоречиями город становится способным к цельной жизни благодаря общему кризису общему чувству страха низших перед...
74821. Мертвые души – центральное произведение Н.В. Гоголя. Образ автора и общая концепция поэмы о возрождении души 15.84 KB
  Образ автора и общая концепция поэмы о возрождении души Литературная критика XIX века начиная с Белинского стала называть Гоголя зачинателем нового периода развития русской реалистической литературы. Если для Пушкина была характерна гармония и объективность художественного мира то в творчестве Гоголя на смену этому приходит критический пафос который определяет стремление художника отразить реальные противоречия действительности проникнуть в самые темные стороны жизни и человеческой души. Поэма Мертвые души является одним из самых...
74823. Основные этапы развития драматургии А.Н. Островского. Новаторство А.Н. Островского. Его традиции в современном театре 16.03 KB
  Обладая незаурядным общественным темпераментом Островский всю жизнь деятельно боролся за создание реалистического театра нового типа за подлинно художественный национальный репертуар за новую этику актёра. Как драматург и режиссёр Островский содействовал формированию новой школы реалистической игры выдвижению плеяды актёров особенно в московском Малом театре : семья Садовских С. Только через шесть лет после того как Островский начал печататься 14 января 1853 года поднялся занавес на первом представлении комедии Не в свои сани не садись...
74824. Философская и политическая лирика Ф.И. Тютчева 16.07 KB
  С одной стороны поэт утверждает что человек ничтожен в сравнении с природой что все в его жизни предсказуемо и трагично. Как видим поэт мыслит глобально. Великий поэт Ф. И второе: поэт особенное внимание уделял проблемам международной роли России ее месту в мировой историю будущему русского народа и славянофильства в целом.