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

33 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

16588. Изучение результатов искусственного отбора 2.35 MB
  Лабораторная работа № 6 Тема: Изучение результатов искусственного отбора Цель: выявить черты сходства и различия сортов растений как результат реализации задач поставленных человеком в ходе искусственного отбора. Оборудование: муляжи различных сортов яблок гр
16589. Митоз в клетках корешков лука 382 KB
  Лабораторная работа № 4 Тема: Митоз в клетках корешков лука Цель работы: выявить отличительные особенности стадий митотического деления клеток. Оборудование: микроскоп спиртовка микропрепарат Митоз в клетках корешков лукафильтровальная бумагапрепарова
16590. Изучение приспособленности организмов к среде обитания 394.5 KB
  Лабораторная работа № 7 Тема: Изучение приспособленности организмов к среде обитания Цель: выяснить механизм образования приспособлений к среде обитания и их относительный характер сделать вывод о том что приспособленность результат действия естественного о
16591. Каталитическая активность ферментов в живых клетках 38 KB
  Лабораторная работа № 9 Тема: Каталитическая активность ферментов в живых клетках Цель: выявить каталитическую функцию белков в живых клетках сформировать знания о роли ферментов в клетках закрепить умение работать с микроскопом проводить опыты и объяснять резу...
16592. Изучение фенотипов местных сортов растений 55.5 KB
  Лабораторная работа № 12 Тема: Изучение фенотипов местных сортов растений Цель: расширить знания о задачах современной селекции. Оборудование: пакетики семян различных сортов томатов два экземпляра натуральных или гербарных образцов злаковых растений одного ...
16593. Сравнение строения тканей многоклеточных организмов (на примере: растений, грибов, животных и человека).Типы тканей и их функции 1.21 MB
  Лабораторная работа № 3 Тема: Сравнение строения тканей многоклеточных организмов на примере: растений грибов животных и человека.Типы тканей и их функции. Ткань это группа клеток и межклеточное вещество объединенные общим строением функцией и происхождение...
16594. Строение половых клеток. Изучение мейоза в пыльниках цветковых растений 697.5 KB
  Лабораторная работа № 5 Тема: Строение половых клеток. Изучение мейоза в пыльниках цветковых растений. Цель работы: выявить отличительные особенности строения половых клеток. Увидеть на препаратах процесс деления наследственного материала хромосом во время фор
16595. СОВРЕМЕННЫЕ МОЛОДЕЖНЫЕ ПРОГРАММЫ НА ТЕЛЕВИДЕНИИ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ: ПОИСК ОПТИМАЛЬНОЙ МОДЕЛИ 1.79 MB
  Термином «молодежные программы» часто определяются передачи, предназначенные для молодежной аудитории. Но для того, чтобы понять реальные телеинтересы и телепотребности нынешних молодых телезрителей, попробуем разобраться в особенностях молодежной аудитории
16596. Определение ароморфозов и идиоадаптаций в эволюции растений и животных 101.5 KB
  Лабораторная работа № 8 Тема: Определение ароморфозов и идиоадаптаций в эволюции растений и животных Цель: выявить ароморфозы и идиоадаптации у растений Оборудование: гербарные растения чучела хордовых рыб земноводных птиц пресмыкающихся млекопитающих...