1.2.4. Комбинированное управление (сочетание принципов замкнутой и разомкнутой систем)

1.2.4.1. Комбинированная САУ по возмущению. В данной САУ с помощью измерительного элемента ИЭ2 (рис. 1.9) создана дополнительная связь по возмущению, которая компенсирует его влияние “в основном”. Замкнутый контур устраняет рассогласование, возникающее при изменениях задающего воздействия и вследствие неточности действия дополнительной связи.

Рисунок 1.9

1.2.4.2. Комбинированная САУ по задающему воздействию. В данной САУ (рис. 1.10) дополнительная связь по задающему воздействию обеспечивает его воспроизведение “в основном ”. Замкнутый контур устраняет рассогласование, возникающее из-за неточности действия дополнительной связи и от возмущений.

Рисунок 1.10

1.3. Понятие о качестве систем автоматического управления

Целью функционирования любой САУ является отработка задающих воздействий и подавление возмущений. Форма (вид) задающих воздействий может быть самой различной и определяется конкретными условиями работы той или иной САУ. Качество работы САУ принято оценивать по их реакции (поведению) на некоторые типовые воздействия и по точности в установившихся режимах.

К типовым воздействиям относятся:

а) единичная ступенчатая функция (рис. 1.11):

; (1.24)

Рисунок 1.11

б) линейная функция времени (говорят: “движение с постоянной скоростью”), (рис. 1.12)

; (1.25)

Рисунок 1.12

в) квадратичная функция времени (говорят: “движение с постоянным ускорением”) (рис. 1.13)

; (1.26)

Рисунок 1.13

г) гармоническое (синусоидальное) воздействие (рис. 1.14)

. (1.27)

Рисунок 1.14

Наибольшее распространение получили единичная ступенчатая функция и гармоническое воздействие. Функции вида и являются типовыми при исследовании следящих систем.

При подаче задающего воздействия на САУ выходная величина не может мгновенно стать равной задающему воздействию вследствие инерционности звеньев системы. Процесс перехода САУ из одного установившегося состояния в другое называется переходным процессом. Кривая переходного процесса при отработке единичной ступенчатой функции называется переходной характеристикой системы h(t) (рис. 1.15).

Рисунок 1.15

К основным показателям качества, определяемым по переходной характеристике, относят перерегулирование и время регулирования .

Перерегулирование – это максимальное отклонение переходной характеристики от установившегося значения выходной величины, выраженное в относительных единицах или процентах:

. (1.28)

Очевидно, что перерегулирование имеет место при колебательных переходных процессах и отсутствует при апериодических. В большинстве случаев требуется, чтобы .

Время регулирования – время, начиная с которого выходная величина будет оставаться близкой к установившемуся значению с заданной точностью:

, (1.29)

где , заданная в процентах от установившегося значения . Обычно .

Изменяющаяся в течение переходного процесса ошибка регулирования называется динамической ошибкой (рис. 1.16)

. (1.30)

Постоянное отклонение выходной величины от задающего воздействия в установившемся режиме называется статической ошибкой (рис. 1.16).

Рисунок 1.16

Если при постоянном внешнем воздействии статическая ошибка в САУ не равна нулю, то такая САУ называется статической. Если внешнее воздействие не создаёт установившейся ошибки, то система называется астатической относительно этого воздействия.

1.4. Классификация систем автоматического управления

1.4.1. Классификация по физической природе сигналов в регуляторе

Электрические, пневматические, гидравлические, электропневматические и электрогидравлические.

1.4.2. Классификация по принципу регулирования

Разомкнутые, замкнутые, комбинированные.

1.4.3. Классификация по цели управления (назначению)

1.4.3.1. Системы стабилизации, в которых задающее воздействие является постоянной величиной .

1.4.3.2. Системы программного управления, в которых задающее воздействие является известной, наперед заданной функцией времени.

1.4.3.3. Следящие системы, в которых задающее воздействие заранее неизвестно.

1.4.4. Классификация по характеру сигналов в системе

1.4.4.1. Непрерывные САУ – такие системы, в каждом из звеньев которых непрерывному изменению входной величины во времени соответствует непрерывное изменение выходной величины. Для этого необходимо, чтобы статические характеристики всех звеньев системы были непрерывными.

Примеры статических характеристик звеньев непрерывных САУ приведены на рисунке 1.17. Здесь e, r – соответственно входной и выходной сигналы звеньев.

а) б)

Рисунок 1.17

1.4.4.2. Системы с гармоническим модулированным сигналом. У элементов такой системы входной и выходной величинами является переменное напряжение некоторой частоты , называемой несущей частотой. Регулятор осуществляет модуляцию напряжения, т.е. в простейшем случае амплитуда (огибающая) и фаза напряжения изменяются соответственно величине и знаку выходного сигнала регулятора (рис. 1.18).

Рисунок 1.18

1.4.4.3. Дискретные САУ – такие системы, в которых выходной сигнал хотя бы одного звена (элемента) представляет собой последовательность импульсов, один из параметров которой (высота, длительность, период) зависит от значений входного сигнала в дискретные моменты времени. В дискретных САУ осуществляется квантование сигнала по времени; по уровню и смешанное – по уровню и по времени.

При квантовании по времени происходит преобразование непрерывных сигналов в дискретные через равные промежутки времени. Если при этом изменяется высота импульсов, а их длительность остается неизменной (рис. 1.19), то такой способ преобразования называется амплитудно-импульсной модуляцией.

Рисунок 1.19

Если, наоборот, изменяется длительность импульсов, а их высота остается неизменной (рис. 1.20), то такой способ преобразования называется широтно-импульсной модуляцией.

Рисунок 1.20

При квантовании по уровню происходит преобразование непрерывного сигнала в дискретные с выделением значений непрерывного сигнала в момент пересечения им равностоящих уровней (рис. 1.21).

Рисунок 1.21

При смешанном квантовании происходит преобразование непрерывного сигнала в дискретные через равные промежутки времени, но при этом выделяется ближайший уровень непрерывного сигнала (рис. 1.22).

Рисунок 1.22

В зависимости от типа квантования дискретные САУ разделяют на импульсные, релейные и цифровые. В импульсных САУ происходит квантование по времени, в релейных – по уровню, в цифровых – смешанное квантование. Соответственно элементы, осуществляющие квантование, называются импульсными элементами (звеньями), релейными элементами (реле) и цифровыми вычислительными устройствами.