 |
Классификация систем управления
|
|
|
|
Все системы управления и регулирования делятся по различным признакам на следующие основные классы.
1. По принципу действия:
а) разомкнутые системы;
б) замкнутые системы;
в) комбинированные системы;
г) адаптивные системы
2. По виду задающего воздействия g(t):
а) системы стабилизации, если g(t)=const;
б) системы программного управления, если g(t) – наперед заданная функция времени;
в) следящие системы, если g(t) – случайная величина.
3. По математическому описанию:
а) линейные системы;
б) нелинейные системы.
Линейные системы - это системы, которые описываются линейными уравнениями (алгебраическими и дифференциальными или разностными). Если система описывается обыкновенными линейными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами, то систему называют обыкновенной линейной системой. Закон управления линейной системы формируется линейными математическими операциями.
Необходимые и достаточные условия линейности системы:
1) в установившемся процессе выходной сигнал должен в некотором масштабе повторять входной сигнал;
2) сумме двух входных воздействий должна соответствовать сумма соответствующих выходных переменных.
К линейным системам применим принцип суперпозиции, в соответствии с которым выходной сигнал линейной системы на любое произвольное входное воздействие можно определить через ее реакцию на определенное элементарное воздействие.
Нелинейные системы описываются нелинейными дифференциальными уравнениями. Закон управления в такой системе представляет собой нелинейную функцию.
4. По характеру передачи сигналов:
а) непрерывные системы, такие, у которых все координаты или переменные являются непрерывными функциями времени;
|
|
|
б) дискретные системы - это системы, в составе которых имеется хотя бы один квантователь сигналов по времени.
5. По реакции системы на входное воздействие:
а) детерминированные системы - это системы, отвечающие на один и тот же входной сигнал всегда одним и тем же вполне определенным выходным сигналом;
б) стохастические системы - это системы, у которых реакция на входное воздействие представляет собой случайный выходной сигнал в соответствии с некоторым распределением вероятностей;
в) стационарные системы - это системы, реакция которых не зависит от момента времени подачи входного воздействия;
г) нестационарные системы - системы, реакция которых зависит от момента приложения входного воздействия.
6. По виду используемой энергии:
а) электрические системы, обладают удобством и легкостью обработки и передачи информации;
б) пневматические системы, используют энергию сжатого газа и обеспечивают высокое быстродействие;
в) гидравлические системы, используют энергию жидкости и обеспечивают высокую мощность;
г) электропневматические системы;
д) электрогидравлические системы.
7. По числу управляемых величин.
а) одномерные системы, имеют одну управляемую величину;
б) многомерные или многосвязные системы - это системы, имеющие много входов и выходов.
Структура и основные элементы системы автоматического
Управления
Система управления представляет собой совокупность объекта управления, регулятора и датчика рассогласования. Типовая автоматическая система может быть представлена в следующем виде (рис.1.6).
Рис. 1.6. Функциональная схема типовой автоматической системы
Координаты (переменные) системы:
g(t) –задающее воздействие;
y(t) – управляемая величина;
f(t) – возмущающее воздействие;
x(t) = g(t) - y(t) – рассогласование;
u(t) – управляющее воздействие.
|
|
|
Функциональные элементы системы:
ОУ – объект управления;
ЗУ – задающее устройство;
ИПУ – измерительно-преобразовательное устройство;
СУ1, СУ2 – сравнивающие устройства;
РО – регулирующий орган, представляет собой техническое устройство, которое действует на объект управления и непосредственно изменяет управляемую величину y(t);
ИМ – исполнительный механизм, представляет собой техническое устройство, воздействующее на регулирующий орган; в состав исполнительного механизма, как правило, входит какой-либо двигатель;
УМ – усилитель мощности, представляет собой техническое устройство, которое питает энергией исполнительный механизм;
АУ – амплитудный усилитель, устройство, обеспечивающее требуемую чувствительность системы и, в конечном счете, точность ее работы;
КУ1, КУ2 – корректирующие устройства, включаются в систему для того, чтобы сформировать требуемый закон управления для реализации заданного качества управления;
ГОС – главная обратная связь, реализуется измерительно-преобра-зовательным устройством и обеспечивает передачу информации об управляемой величине на вход системы;
МОС – местная или внутренняя обратная связь.
В настоящее время для управления широко используется вычислительная техника, которая позволяет программно реализовать задающее устройство, амплитудный усилитель, сравнивающие и корректирующие устройства. Остальные функциональные элементы реализуются аппаратно.
ЗУ, ИПУ и СУ1 образуют датчик рассогласования ДР. Все остальные функциональные элементы за исключением объекта управления составляют регулятор R. Регулятор, в котором датчик рассогласования может непосредственно (без дополнительного источника энергии) воздействовать на регулирующий орган, называется регулятором прямого действия.
Таким образом, любую систему управления, рассматриваемую как совокупность объекта управления ОУ, датчика рассогласования ДР и регулятора R, можно изобразить в виде упрощенной функциональной схемы (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Функциональная схема системы
Элементы системы:
ОУ – объект управления;
ДР - датчик рассогласования;
R – регулятор.
Координаты (переменные) системы:
g(t) – задающее воздействие;
|
|
|
y(t) – управляемая (регулируемая) величина;
f(t) – возмущающее воздействие;
x(t) - рассогласование (ошибка);
u(t) – управляющее воздействие.
Еще в более общем виде систему управления можно рассматривать как ”черный ящик” (рис. 1.8), преобразующий задающее воздействие в управляемую величину.
Рис. 1.8. Кибернетическая модель системы управления
При таком представлении система задается оператором А, устанавливающим связь между входом и выходом:
y(t) = A{g(t)}, (1.7)
где A – оператор системы.
ВОПРОСЫ К РАЗДЕЛУ 1
1. Что изучает теория управления?
2. Определите понятия управление и объект управления.
3. Назовите виды автоматических устройств.
4. Перечислите принципы управления и поясните их.
5. Что представляет собой закон управления?
6. Каково назначение регулятора в системе?
7. По каким признакам классифицируются системы управления?
8. Дайте классификацию систем по виду задающего воздействия.
9. Назовите необходимые и достаточные условия линейности систем.
10.Что представляет собой система управления? Перечислите основные элементы системы автоматического управления.
Содержание Глоссарий
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
|
|
|
