1. Основные понятия теории автоматического управления

Задачи, стоящие перед современными техническими устройствами, часто требуют изменения поведения самих устройств в процессе их работы (функционирования). Так, при обработке деталей сложной формы на токарном станке необходимо изменять глубину подачи резца и его продольное перемещение. Изменение поведения достигается с помощью управления.

Управление подразумевает наличие объекта управления (ОУ) (рис. 1.1) – это некоторый механизм, устройство, технологический, энергетический или транспортный процесс, желаемое поведение или протекание которого должно быть обеспечено.

Рисунок 1.1

Поведение объекта управления определяется некоторыми показателями. Чаще всего ими являются значения каких-либо физических величин, которые называют выходными величинами объекта управления y(t) (рис. 1.1) или управляемыми координатами.

В реальных условиях на ОУ оказывает многочисленные воздействия внешняя среда. Все воздействия учесть невозможно, поэтому рассматривают лишь те, которые оказывают наибольшее влияние на выходные величины. Их называют входными воздействиями.

Входные воздействия можно разделить (с точки зрения их влияния на выходные величины ОУ) на две принципиально различные группы. Часть из них обеспечивают желаемое изменение поведения объекта, достижение поставленных целей. Их называют управляющими воздействиями z(t) или управляющими координатами (см. рис. 1.1).

Другие входные воздействия, напротив, мешают достижению цели, и изменить их, как правило, невозможно. Такие воздействия называют возмущающими f(t) или помехами (см. рис. 1.1).

Задача управления заключается в формировании такого закона изменения управляющих воздействий z(t), при котором достигается желаемое поведение ОУ независимо от наличия возмущений f(t).

Если управляющие воздействия вырабатываются и (или) осуществляются при непосредственном участии человека, то такое управление называется ручным.

Если управляющие воздействия вырабатываются без непосредственного участия человека, то такое управление называется автоматическим.

Сочетание ручного и автоматического управлений образует автоматизированное управление.

Автоматически действующее устройство, предназначенное для формирования управляющих воздействий, называется регулятором (Р) (см. рис. 1.1).

Совокупность взаимодействующих регулятора и объекта управления образует систему автоматического управления (САУ) (см. рис. 1.1).

Желаемое поведение объекта управления определяется входным сигналом САУ, который называется задающим воздействием g(t) (см. рис. 1.1). С математической точки зрения любая САУ в идеале должна обеспечить равенство выходной величины задающему воздействию y(t) = g(t) независимо от наличия возмущений f(t). Иными словами, целью функционирования любой САУ является отработка задающих воздействий и подавление возмущений.

В настоящее время системы автоматического управления используются буквально во всех сферах деятельности человека – научных исследованиях, промышленном производстве, энергетике, транспорте, связи, образовании, медицине, в военной технике и в быту.

Примерами САУ являются: компенсационный стабилизатор напряжения; система автоматического поддержания заданного курса самолета (автопилот), радиолокационные станции слежения, системы регулирования температуры и т. д.