Теория автоматического регулирования (ТАР).

Кибернетика – наука об управлении и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе.

Теория автоматического управления (ТАУ) – раздел кибернетики, связанный с техническими системами.

Технические системы – материальный объект искусственного происхождения, который состоит из упорядоченного взаимодействия элементов, предназначенных для выполнения определённых полезных функций (автомат, самолёт, корабли, станки). ТАУ решает также проблемы оптимизации и адаптации.

Предметом изучения этого курса является автоматическая система (АС).

Автоматическая система (АС) – это техническое устройство, в котором рабочие операции и операции управления выполняются без участия человека.

Автоматизированные системы – это системы, в которых операции (сбор и анализ информации) выполняет компьютер, но управляет всей системой человек – оператор, который и принимает решения.

Глава 2. Этапы развития АС.

· Первый факт об АС датируется III веком до н.э. Древнегреческий математик и механик Ктесибий изобрёл водяные часы – клепсидры.

· В 17 веке был изобретён математический маятник

· I век до н.э. – древнегреческий математик изобрёл двери, автоматический театр кукол и автомат для продаж (эти устройства были пневматическими и гидравлическими). Первый его труд «Пневматика и гидравлика».

· 18 век (1744 год) – швейцарский часовщик Пьер Жакез-Дро и его сын Анри продемонстрировали изобретённого ими механического художника и пианистку.

· 18-19 век – промышленная революция, возникает фабричное производство.

· 1765 год – Иван Ползунов изобрёл первый автоматический регулятор уровня воды в котле паровой машины (первый промышленный регулятор).

· 1784 год – Джеймс Уатт изобрёл первый центробежный регулятор скорости вращения паровой машины (второй промышленный регулятор).

· 1805 год – Жозеф Жаккар изобрёл устройство для управления ткацким станком, использующее перфокарту (третий промышленный регулятор).

· Вторая половина 19 века – начало формирования теории автоматического регулирования. Основоположники: Джеймс Максвелл и Иван Вышнеградский.

· Вторая половина 20 века – развитие компьютерной техники. Появились цифровые АС и адаптированные Системы Управления (СУ).

Глава 3. Структура АС.

АС любой сложности состоит из двух основных частей:

1. ОУ – объект управления

2. УУ – управляющее устройство.

Центробежный регулятор Уатта (для стабилизации частоты вращения паровой машины).

· ОУ – устройство, требуемый режим работы которого поддерживаться извне специально организованными управляющими воздействиями.

· УУ (Регулятор) – автоматическое устройство, которое вырабатывает управление на основе поступающей информации о требуемом и фактическом состоянии ОУ.

· Привод – исполнительный механизм, который усиливает и преобразует сигнал управления.

· Датчики – это измерительная система, определяющая фактическое состояние объекта управления.

· Х (задающее воздействие) – воздействие на систему, определяющее требуемый закон изменения регулируемой величины

· U – управляющее воздействие

· Y – выходная (управляемая) величина

· f (внешние возмущения) – препятствуют нормальному функционированию АС.

· m (шумы измерений) – ошибка измерений датчиков.

Лекция 2.

Структура автоматической системы управления.

Замкнутая система – система, в которой присутствует обратная связь между выходом ОУ и входом УУ

· УУ – управляющее устройство

· ОУ – объект управления

· СУ – сигнал управления

Такая схема показывает управление по ошибке (по отклонению).

Рассогласование – (δ y(t)=x(t)-y(t)) – ошибка (ошибка управления) – это разница между фактическим значением (y) и заданным значением (x) регулирующей величины.

Выходной сигнал равен сумме входных сигналов.

Закрашенный сектор в сумматоре означает, что данный входной сигал берётся с противоположным знаком.

Отрицательная обратная связь – обратная связь, которая используется для уменьшения разницы между заданным и фактическим состоянием объекта управления.

Положительная обратная связь – когда положительная обратная связь используется для увеличения рассогласования (генераторы, для поддержания незатухающих колебаний).

Разомкнутые системы.

Разомкнутая система (система программного управления) – это система, в которой отсутствует обратная связь между выходом объекта управления (ОУ) и входом управляющего устройства (УУ).

Система автоматической компенсации

Такую систему можно использовать, если есть возможность измерить внешнее воздействие.

Две системы объединяются в одну, чтобы увеличить точность измерения возмущений.