Принципы построения САУ

Управление техническими системами

Курс лекций 3 курс

Литература

1. Брюханов В.Н. и др. “ТАУ”, 2000.

2. “ТАУ” под ред. Воронова А.А., 1977, 1986.

3. Воронов А.А. и др. “Основы теории автоматического регулирования и управления”.

4. Бесекерский В.А., Попов Е.П. “Теория систем автоматического регулирования”.

5. Юревич Е.И. “ТАУ”.

6. Куропаткин П.В. “ТАУ”.

Основные понятия и определения

Все операции, составляющие технологический процесс можно разбить на 2 группы:

- силовые или энергетические;

- информационные.

К силовым относятся основные операции по обработке изделия и транспортировке, требующие для своего совершения затрат энергии. К информационным относят операции контроля параметров технологического процесса, регулирования режимов тех. процесса, управление очередностью силовых операций.

В немеханизированном и неавтоматизированном производстве энергетические операции выполняются за счет мускульной силы человека, а информационные засчет его умственной деятельности.

Процесс освобождения человека от силовых операций называется механизацией производства (машины-двигатели, машины-орудия). Процесс освобождения человека от участия в информационных операциях производства называется автоматизацией производства.

Различают следующие уровни автоматизации:

- ручное управление;

- автоматизированное управление (ЭВМ выдает рекомендации, но окончательное решение за человеком);

- автоматическое управление (человек полностью освобождается от участия в информационных операциях, за ним остаются функции наладки и контроля работоспособности);

В любых системах автоматического управления можно выделить две основные части:

- объект управления (ОУ);

- устройство автоматического управления (УАУ);

Объектом управления называется совокупность технических средств(механизмов, машин, процессов), которая нуждается в специально организованном воздействии для достижения поставленной цели.

Управление – это целенаправленное изменение состояния объекта. Состояние объекта характеризуется рядом параметров, которые отражают изменение внутреннего состояния объекта и влияние внешней среды на объект. В ТАУ обычно абстрагируются от конкретной физической природы и конструкции объекта и представляем его в виде некого “черного” или “серого” ящика.

X={x₁, x₂, …, x_n} – вектор внутренних параметров.

Y={y₁, y₂, …, y_m} – вектор выходных параметров (через эти параметры ОУ влияет на окружающую среду).

Выходные параметры, которые измеряются, называются контролируемыми, а остальные – неконтролируемыми. Контролируемые параметры, по которым формируются цели управления, называются управляемыми.

Параметры, отражающие влияние внешней окружающей среды на ОУ, называются воздействиями. Воздействия на ОУ, которые формируются устройством управления, называются управляющими.

U={u₁, u₂, …, u_k} – управляющие воздействия.

Воздействия, которые не зависят от УАУ, называются возмущающими (возмущениями).

F ={f₁, f₂, …, f_l} – вектор возмущений.

Возмущения делятся на нагрузки и помехи. Наличие нагрузки связано с работой объекта и от нее нельзя защититься. Наличие помех связано с различными побочными эффектами, уменьшение которых улучшает работу системы.

Характерной особенностью элементов СУ является направленное прохождение сигналов, что отражается стрелками на рисунках. В этом случае у элементов системы можно выделить вход и выход. Вход – это место, точка, где к элементу прикладывается внешнее воздействие. Выход – это место, точка, где оценивается реакция элемента на входное воздействие. Входов и выходов может быть несколько.

УАУ – это устройство, которое формирует в соответствии с заложенным в нем алгоритмом(законом) управляющее воздействие на объект.

ОУ + УАУ = САУ (ОР+АР=САР)

Задачи ТАУ:

В процессе разработки и проектирования САУ можно выделить следующие этапы:

1. Изучение ОУ – это определение его характеристик, параметров, условий работы и воздействий, которые он испытывает (задача идентификации – цель ее – получение теоретическими и экспериментальными методами математической модели ОУ и других элементов системы).

2. Формулировка требований, предъявляемых к САУ. Обычно они формируются в техническом задании на проект (задача оценки качества САУ).

3. Выбор структуры САУ и параметров элементов системы для удовлетворения поставленных требований (задача структурного и параметрического синтеза).

4. Исследование спроектированной САУ для проверки удовлетворения поставленным требованиям (задача анализа). Здесь обычно выделяют следующие подзадачи:

- исследование устойчивости САУ;

- исследование точности в установившемся режиме;

- определение показателей качества переходным процессов.

Принципы построения САУ

Несмотря на все разнообразие САУ по конструкции, существует ограниченное количество способов их построения.