Теория систем автоматического регулирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Параллельное корректирующее устройство

2. Апериодическое звено систем автоматического управления. Основные характеристики

3. Основные понятия и определения систем автоматического управления. Классификация САУ

Список литературы



1. Параллельное корректирующее устройство

Для того, чтобы добиться желаемого качества процессов управления (устойчивость, качество переходного процесса, точность отработки заданного входного воздействия) в систему вводят, как правило, дополнительные динамические устройства (звенья), которые называются корректирующими устройствами.

Основная задача корректирующих устройств состоит:

- Сделать систему управления устойчивой, если она без них была неустойчивой.

- Обеспечить требуемые качества переходных процессов.

- Обеспечить заданную точность отработки известных входных воздействий. звено автоматический управление алгоритм

Различают следующие основные виды корректирующих устройств:

1) Последовательное корректирующее устройство. Его передаточную функцию обозначим как. Оно включается в контур управления динамическим объектом с передаточной функцией

Возможно и другое включение последовательного корректирующего устройства. Передаточная функция части автоматической системы не подлежит изменению. Для такого включения последовательного корректирующего устройства передаточная функция разомкнутой системы будет.

2) Параллельные корректирующие устройства. Параллельные корректирующие устройства представляют собой дополнительные местные обратные связи. Передаточную функцию параллельного корректирующего устройства обозначим как. Параллельное корректирующее звено в контур управления автоматической системы может быть включено.

Передаточные функции корректирующих устройств и могут иметь произвольный вид. Важно, чтобы они допускали наиболее простую техническую реализацию. В контуре управления динамическим объектом с передаточной функцией могут быть:

- Только последовательные корректирующие устройства.

- Только параллельные корректирующие устройства.

- Совокупность и параллельных и последовательных корректирующих устройств.

Параллельные корректирующие устройства осуществляют изменение динамических свойств автоматической системы за счет местных обратных связей. Обобщенная структурная схема с параллельным корректирующим устройством может быть представлена так, как показано на рисунке 9.

Рассмотрим следующие основные виды параллельных корректирующих устройств:

- Жесткая обратная связь.

- Инерционная обратная связь.

- Гибкая обратная связь.

- Инерционная гибкая обратная связь.

Возможны и более сложные передаточные функции корректирующих параллельных устройств.

Преимущества параллельных корректирующих устройств:

- Уменьшение зависимости динамических свойств системы от изменения параметров и характеристик входящих в ее состав элементов. Требования к стабильности характеристик элементов менее жесткие, чем у параллельных корректирующих устройств.

- В элементах системы, близких к ее выходу, развиваются большие мощности. Их питание, если они потребляют значительную энергию, не представляет затруднений.

- Менее подвержены влиянию помех, часто содержащихся в сигнале ошибки, элементы системы играют роль фильтров низких частот.

Недостатки параллельных корректирующих устройств:

- Состоят из дорогих и громоздких элементов.

- Требование, чтобы обратная связь не нагружала предварительные каскада усилителей.

- Необходимы высокие коэффициенты усиления.

2. Апериодическое звено систем автоматического управления

Основные характеристики

Управление объектом с помощью технических средств без участия человека называется автоматическим управлением. Теория автоматического управления (ТАУ) это наука, которая изучает процессы управления и проектирования систем автоматического управления, работающих по замкнутому циклу с обратной связью. Совокупность объекта управления и средств автоматического управления называется системой автоматического управления (САУ).

Основной задачей автоматического управления является поддержание определенного закона изменения одной или нескольких физических величин в объекте управления.

Апериодическое (инерционное) звено первого порядка

Апериодическим называется такое звено, у которого выходная величина после подачи на вход ступенчатого воздействия изменяется монотонно, достигая некоторого установившегося значения.

1.70

Дифференциальное уравнение в операторной форме

1.71



Апериодические звенья первого порядка наиболее часто применяются в практике автоматического регулирования.

Примеры звеньев:

1)нагрев тела

2)RC-цепь

Передаточная функция

1.72



Переходная функция.

1.73

Функция веса

1.74

Для рассматриваемого звена временной характеристикой может служить решение дифференциального уравнения (1.70).

1.75



Из выражения (1.75) можно перейти к выражению (1.73), если на вход подать ступенчатое воздействие, а начальные координаты принять равные нулю.

Теоретически, переходный процесс у звеньев рассматриваемого типа, длится бесконечно долго. Практически же, для апериодического звена, переходный процесс может быть завершенным, если выходная величина достигает значения 0,95-0,99 от установившегося. Такой промежуток времени определяется значениями (3Т...5Т).

Частотные характеристики.

1.76

1.77

Вид частотных характеристик.

АФХ АЧХ ФЧХ



Выражение для ЛАЧХ.

1.78

Выражение для аналитической ЛАЧХ.

1.79

Вид логарифмических характеристик

Апериодическое звено второго порядка

Апериодическое звено второго порядка выражается следующим уравнением в операторной форме

Физический смысл последнего неравенства заключается в том, что потери энергии в звене очень велики и колебания в нем не возникают. Апериодическое звено может быть представлено, как два последовательно включенных звена первого порядка.

Временная характеристика апериодического звена второго порядка

АФЧХ

Уравнение передаточной функции и АФЧХ апериодического звена второго порядка записываются выражениями:



К апериодическому звену второго порядка относятся нагревательные установки, отопительные печи, сушильные агрегаты, теплицы, животноводческие помещения и т. п.

3. Основные понятия и определения систем автоматического управления. Классификация САУ

Автоматическим управляющим устройством (АУУ) называют техническое устройство, осуществляющее воздействие на объект управления, в соответствии с заложенным в нем алгоритмом управления. АУУ воздействует на ОУ через орган управления. Совокупность ОУ и АУУ взаимодействующих между собой, в соответствии с алгоритмом управления называют системой автоматического управления (САУ).

Из всех операций управления ТП объединенных определением САУ наибольший интерес для практических целей представляют операции по поддержанию или изменению показателей процесса.

Такого рода операций получили название процесса регулирования. Техническое устройство, предназначенное для автоматического поддержания постоянного значения показателей процесса регулирования или изменения этих показателей по какому-либо требуемому закону называют автоматическим регулятором (АР). Совокупность ОР с АР называют системой автоматического регулирования (САР).

Классификация систем автоматического управления

Большое разнообразие, используемых в технике систем АУ требует применение различных признаков классификации таких систем.

Рассмотрим классификации:

1. По характеру алгоритма функционирования:

1.1 Система стабилизации.

Они поддерживают требуемое значение управляемой величины с заданной точностью. В этих системах задающих воздействие x(t)=const. Стабилизация выходной величины ОУ осуществляет автоматический регулятор.

1.2 Системы программного управления.

Они предназначаются для изменения управляемой величины по определенному предписанию программе, которое составляется заранее на основании требований технического процесса. Сама программа задается при помощи задатчика и представляет собой последовательность команд в соответствии с алгоритмом функционирования ОУ.

1.3 Следящие автоматические системы.

Они предназначаются для изменения управляемой величины по закону, заранее неизвестной функции времени. В таких системах применяется своя терминология:

- входная величина - ведущая

- выходная - ведомая

- окончание процесса - отработка и т.д.

2. По способности САУ к самоприспосабливаемости.

САУ в составе которых имеются дополнительное автоматическое управление, изменяющее алгоритм функционирования основного АРУ, таким образом, чтобы система в целом осуществляла ЗАФ, называется самоприспосабливающимся. Такие системы обладают свойством адаптации, т.е. свойством автоматического приспособления к непредвиденным изменениям параметров объекта регулирующих устройств и внешней среды.

2.1 Системы экстремального управления.

Они обеспечивают отыскание и поддержания таких регулирующих воздействий на ОУ, при которых управляемая величина достигает наибольшего или наименьшего значения. Они действуют по принципу "поиска", т.е. обязательно с подачей поисковых сигналов. По получению отклика на сигнал поиска определяется знак и значение dy/du или dy/dt и затем определяется экстремум.

2.2 Системы с перестраивающимися устройствами.

Эти системы, у которых параметры или их структура автоматики изменяется в зависимости от управляющих и возмущающих воздействий или переменных параметров объекта.

2.3 Аналитические самонастраивающиеся системы.

Это системы, у которых их перестройка осуществляется на основе аналитического определения их динамических характеристик. В состав этих систем обязательно входит вычислительные машины.

3. По характеру управления во времени.

3.1. Непрерывные САУ.

3.2. Дискретные САУ (импульсные системы, релейные и позиционные системы)

4. По математическому описанию.

4.1 Линейные САУ.

4.2 Нелинейные САУ.

5. По числу управляемых величин.

5.1 Одномерные системы.

5.2 Многомерные системы.

6. По принципу действия.

6.1 Системы прямого действия. Это системы в которых чувствительный элемент (датчик) действует непосредственно на управляемый орган.

6.2 Системы непрямого действия. Это системы у которых после чувствительного элемента установлены усилители и сервоприводы.

7. По виду зависимости между управляемой величиной и нагрузкой на ОУ.

7.1 Системы статического регулирования.

Статическая система - это система, в которой при возмущающем или задающем воздействии, стремящемся к постоянной величине, отклонение управляемой величины также стремится к постоянной величине зависящей от этого воздействия. Для реализации такой системы используют статический регулятор. Такие системы функционируют с некоторым отклонением - статической ошибкой или статизмом системы.

7.2 Система астатического регулирования.

Астатическая система - это система, в которой при возмущении или задании отклонения управляемой величины в установившемся режиме, при постоянном значении, возмущения или задания равно нулю. Функционирует такая система при помощи астатических регуляторов, значения коэффициента астатизма равны нулю.



Список литературы

1. Мирошник И.В. Теория автоматического управления. Линейные системы: Учебное пособие для вузов. СПб.: Питер, 2005. - 336 с.

2. Туманов М.П. Теория автоматического управления: Лекции.

3. Туманов М.П. Теория управления. Теория линейных систем автоматического управления: Учебное пособие. - МГИЭМ. М., 2005, 82 с.

4. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1975.

5. Желтиков О.М. Основы теории управления. Конспект лекций. - Самара, СГТУ, 2008.

Размещено на Allbest.ru