1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

1.1. Основные понятия и определения

Основными частями системы автоматического управления являются объ-

ект управления	и управляющее устройство. 0бъeкт	управления (ОУ)
(рис. 1.1, a) – это	устройство, в котором протекает процесс, подлежащий
управлению.

Координаты y1, …, yp, которыми в объекте управления необходимо управлять, будем называть управляемыми (регулируемыми) координатами (выходные величины). Требуемый режим функционирования объекта управления нарушается из-за воздействия на него возмущений(колебания нагрузки, воздействия внешней среды и т.п.). Сигналы f1,..., fr , характеризующие действующие на

объект возмущения, будем называть возмущающими воздействиями, или про-

сто возмущeниями.

Группа величин u1,..., um носит название упpавляющих воздействий (сиг-

налов), с помощью которых можно изменять выходные координаты.

На схемах те или иные скалярные сигналы будем обозначать в виде одиночных стрелок, которые указывают направление действия сигнала. Координаты ui , fi , yi можно объединить в соответствующие вектора: U – вектор управ-

ления, F – вектор возмущения; Y – вeктоp выxода. В этом случае векторные сигналы изображены в виде двойных стрелок (рис. 1.1, б).

а б

Рис. 1.1

На рис. 1.2 схематично изображено уnpавляющеe устpойство (УУ), где сигналы представляют собой соответствующие векторы V и U.

6

		На	управляющее устройство		такж
		могут	действовать	некоторые возмуще-
		ния, характеризуемые		вектором G. Роль
		управляющего устройства – переработка
		информации, содержащейся в сигналах V
		и G и в соответствии с некоторым алго-
	Рис. 1.2	ритмом, зависящим от внутренней струк-
		туры управляющего устройства, – выра-
		ботка управляющих сигналов U.
Систему автоматического управления			можно представить как		совокуп-

ность объекта управления и управляющего устройства (рис. 1.3).

Полагаем, что в вектореF учтены возмущения, действующие как на объект

управления, так и на управляющее устройство. Штриховыми линиями пока-

зана возможность передачи информации

об объекте управления и о величинах возмущений на управляющее устройство.

В основу функционирования систем

	Рис. 1.3	автоматического	управления	положены
		три основных принципа управления.
	Принцип разомкнутого управления соответствует		структуре,	изображен-

ной на рис. 1.4. По этому принципу управляющее устройство формирует сигнал управления без учета информации о возмущениях и о результатах управления. Этот простейший принцип применим только в том случае, если возмущения определены и учтены на предварительной стадии при формировании алгоритма управления и объект управления строго исполняет предписанный алгоритм управления.

Второй принцип управления – это пpинцип компeнсaции (упpавлeниe по возмущeнию). Структура системы управления представлена на рис. 1.5.

Рис. 1.4

Рис. 1.5

В этом случае вся информация о действующих возмущениях непрерывно поступает на управляющее устройство и учитывается при выработке алгоритма управления. Недостатками этого принципа являются техническая сложность, а иногда невозможность измерить возмущение, а также – отсутствие информации о результатах управления.

7

Третий принцип управления – принцип обратной связи (управление по от-

клонению). Структура системы автоматического управления в данном случае представлена на рис. 1.6. В системе существует канал передачи информации о результатах управления – канал обратной связи. При этом косвенно через объект управления учитывается и влияние возмущений на вектор выхода. В этом случае алгоритм управления непрерывно учитывает результаты управления.

Возможно создание систем автоматического управления, использующих второй и третий принципы управления одновременно, – так называемых систем с комбиниpованным управлением.

На рис. 1.3, 1.5 и 1.6 место разветвления сигналов, обозначенное в виде точки, будем называть узлом.

В большинстве случаев управляющее устройство структурно можно разделить на две части: устpойство сpавнeния ( ∑ ) и peгулятоp (P), как показано на рис. 1.7.

+ å

Рис. 1.6 Рис. 1.7

Схематично устройство сравнения (сумматор) будем обозначать в виде прямоугольника со знаком суммирования внутри и при помощи знаков« + » и « – » указывать знак поступающей величины. Тогда на рис. 1.7 алгоритм работы устройства сравнения будет иметь видE = V – Y, а сигнал E, характеризующий отклонение выходного сигналаY от входа сигналаV, будем называть сигналом ошибки (сигнал рассогласования, ошибка).

При таком представлении управляющего устройства система управления, построенная по принципу обратной связи, будет иметь вид, изображенный на рис. 1.8.

Рис. 1.8

8

Канал передачи сигнала Y c выхода объекта управления на вход системы будем называть главной обpатной связью системы.

Если E = V – Y – обратная связь отрицательная, если E = V + Y – положительная.

1.2. Классификация систем автоматического управления

Классификацию систем автоматического управления осуществляют в -за висимости от признаков, в качестве которых могут быть принципы работы, алгоритмы функционирования, структуры систем, вид представления отдельных элементов, вид математических моделей, области применения и др.

По виду алгоритмов функционирования системы автоматического управления делятся на системы стабилизации (V = const, поддерживается некоторое постоянное значение выхода Y, рис. 1.8), системы программного управления

(вход V должен изменяться по заданной программе), следящие системы – закон изменения входного сигнала V неизвестен заранее. Примерами таких систем соответственно являются системы стабилизации скорости вращения и частоты; система автоматического управления промышленного робота, работающая в режиме отработки заданных(программных) движений; радиолокационные следящие системы измерения координат движущегося объекта. С развитием практики и теории автоматического управления появляются новые клас-

сы систем: системы с поиском экстремума показателя качества, системы оптимального упрaвления, адаптивныe систeмы.

Приведем классификацию систем по виду законов управления. Под законом управления будем понимать зависимость выходного сигнала регулятораU от сигнала ошибки E. Для простоты примем, что U и Е – скалярные величины, которые обозначим малыми буквами; тогда в общем случае закон управления бу-

дет иметь вид: u = f (e, e(1) , e(2) ,..., ò edt, ò ò edtdt,...) .

Простейшими случаями этого соотношения являются:

-пропорциональный закон (П–закон): u = Ke ;

-интегральный закон (И–закон): u = K T òedt;

-пропорционально-интегральный закон (ПИ–закон): u = K éëe + 1T òedtùû;

-пpопоpционально–интeгально–диффepeнциальный закон (ПИД–закон):

	é	1			de	ù
	u = K e +		ò	edt + T		ú	,
	ê	T1		2	dt
	ë					û

где К – коэффициент передачи; а T, T1, T2 – постоянные времени.

По количеству управляемых координат системы делятся наодномерныe ( p = 1) и многомеpныe, или многосвязныe ( p ³ 2 ) (см. рис. 1.1).

По характеру протекающих процессов системы делятся нанепрерывные

(все сигналы непрерывны во времени) и импульсные (хотя бы один из сигналов дискретизирован (квантован)) во времени. Если хотя бы один из сигналов в системе является квантованным по уровню, то она относится к релейным систе-

9