- •В.Ю. Островлянчик
- •Краткие сведения по истории развития теории автоматического управления (тау)
- •Глава 1. Основные принципы построения систем автоматического управления
- •Основные понятия и определения теории автоматического управления
- •Графическое изображение сау
- •Принципы автоматического управления
- •Принцип разомкнутого управления.
- •Принцип управления по отклонению (Принцип Ползунова-Уатта).
- •Принцип управления по возмущению.
- •Принцип комбинированного управления.
- •Принцип адаптации.
- •Принципы классификации сау
- •Глава 2. Методы математического описания и характеристики линейных сау
- •2.1 Математическое описание линейных сау
- •2.2 Уравнения звеньев системы. Линеаризация
- •2.3 Основные свойства преобразования Лапласа. Понятие о передаточной функции
- •2.4 Примеры составления передаточных функций и структурных схем сау
- •Типовые воздействия и временные характеристики систем (элементов) автоматического управления
- •Единичная ступенчатая функция 1(t).
- •Единичная импульсная функция δ(t).
- •Гармоническое воздействие.
- •Временные характеристики сау.
- •Логарифмические частотные характеристики
- •Глава 3. Характеристики и модели типовых динамических систем управления
- •Общая характеристика линейных динамических звеньев
- •Пропорциональное безинерционное (масштабное) звено
- •Интегрирующее звено
- •Дифференцирующее звено
- •Инерционное (апериодическое) звено
- •Реальное дифференцирующее звено (инерционно-дифференцирующее звено)
- •3.7 Форсирующее звено
- •Общее понятие о колебательном звене
- •Неминимально-фазовые звенья
- •Звенья с запаздыванием
- •Глава 4. Характеристики разомкнутых и замкнутых сау
- •Соединение линейных звеньев
- •Последовательное соединение звеньев.
- •Параллельное соединение звеньев.
- •Передаточные функции замкнутых систем. Встречно-параллельное включение звеньев.
- •Правила преобразования структурных схем
- •Перенос точки приложения возмущающего воздействия.
- •Перенос точки съема внутренних обратных связей.
- •Перемещение суммирующего узла через узел разветвления.
- •Передаточные функции разомкнутых и замкнутых сау
- •Построение частотных характеристик системы по частотным характеристикам звеньев
- •Построение логарифмических частотных характеристик разомкнутой одноконтурной системы
- •Глава 5. Статические режимы сау
- •Понятие статики в теории автоматического управления
- •2 Астатическое регулирование
- •Глава 6. Устойчивость систем автоматического управления
- •1 Понятие об устойчивости
- •Критерий устойчивости Рауса - Гурвица
- •Критерий устойчивости Михайлова
- •Критерий устойчивости Найквиста
- •Влияние на устойчивость параметров и структуры сау
- •Влияние на устойчивость последовательного включения апериодического звена.
- •Включение последовательно со статической сар двухкратноинтегрирующих звеньев.
- •Запас устойчивости сау
- •Суждение об устойчивости по амплитудным и фазовым характеристикам
- •Суждение об устойчивости по логарифмическим амплитудным и фазовым характеристикам
- •Влияние параметров системы на ее устойчивость. Исследование сар построением областей устойчивости (d-разбиения)
- •Построение области устойчивости в плоскости двух параметров
- •Глава 7. Оценка качества управления
- •Понятие о качестве переходных процессов
- •Частотные критерии качества переходного процесса
- •Оценка качества переходного процесса по высокочастотной характеристике замкнутой системы
- •Корневые критерии качества переходного процесса
- •Интегральные оценки качества
- •Глава 8. Коррекция динамических свойств сау
- •Понятие о коррекции динамических свойств сау
- •Последовательные корректирующие звенья в контуре сау
- •Коррекция с помощью интегрирующих звеньев.
- •Коррекция с помощью интегро-дифференцирующих устройств.
- •Параллельные корректирующие звенья. Жесткие корректирующие обратные связи
- •Гибкие обратные связи
- •Идеальная гибкая обратная связь.
- •Гибкая обратная связь по ускорению.
- •Гибкая инерционная обратная связь.
- •Охват обратной связью пропорционального звена с большим kо
- •Глава 9. Синтез корректирующих устройств
- •9.1 Синтез последовательных корректирующих устройств по логарифмическим характеристикам
- •9.2 Синтез параллельной коррекции по обратным афчх
- •9.3 Синтез параллельных корректирующих устройств по лах разомкнутой системы
- •9.4 Понятие о параметрическом синтезе систем автоматического управления
- •Общие принципы синтеза алгоритмической структуры системы управления
- •Осуществление инвариантности в стабилизирующих и следящих системах
- •Глава 10. Построение кривой переходного процесса
- •10.1 Общие соображения
- •10.2 Аналитические методы
- •10.3 Графические методы
- •10.4. Метод математического моделирования на аналоговых вычислительных машинах
- •Глава 11. Математическое моделирование систем автоматического управления на эвм
- •Основы построения цифровых моделей
- •Обзор методов моделирования
- •Методы цифрового моделирования систем автоматического управления электроприводами постоянного тока
- •Список рекомендуемой литературы Основная
- •Дополнительная
- •Содержание
Графическое изображение сау
Для графического изображения САУ пользуются функциональными и структурными схемами.
Функциональной называется схема, отражающая взаимодействие устройств, блоков, узлов и элементов САУ в процессе управления. Основными признаками, по которым составляется функциональная схема, являются функции, выполняемые элементами САУ.
Функциональная схема предназначена для пояснения идеи устройства и принципа действия автоматических систем.
Функциональная схема содержит только сигнальные связи между функциональными звеньями. Вспомогательные коммуникации, например цепи питания, опускаются.
Функциональная схема рассматривается обычно совместно с временными диаграммами работы САУ, иллюстрирующими временную взаимосвязь управляющих и информационных сигналов.
В зависимости от степени детализации различают несколько уровней функциональных схем: схема на уровне устройств, в которой эти устройства представлены в виде автономных схемных звеньев; на уровне блоков; на уровне узлов и на уровне элементов. Внутренняя структура каждого схемного звена не конкретизируется. Отражение структуры каждого элемента входит в понятие структурной схемы.
Структурной называется схема, показывающая взаимосвязь составляющих частей САУ и характеризующая ее динамические свойства. При изучении динамики процессов, происходящих в САУ, в теории управления отвлекаются от конкретной физической природы управляемой величины и аппаратуры, а интересуются лишь математической моделью процессов управления. Поэтому, в отличие от функциональной схемы, структурная схема состоит из звеньев, которые характеризуются уравнениями, описывающими динамику и статику САУ. Причем, существует определенная форма записи этих уравнений в виде передаточных функций. Очевидно, что понятие о структурной схеме тесно связано с моделированием динамических процессов, происходящих в системе и, поэтому, к нему мы вернемся при изложении методов математического описания САУ.
Графическое построение структурной и функциональной схем должно давать наиболее наглядное представление о последовательности взаимодействия функциональных элементов САУ. Все составные и функциональные части САУ на схемах изображают в виде прямоугольников или условных графических обозначений и связей между ними. На линиях взаимосвязи стрелками обозначают направление хода процессов в системе.
На схемах должно быть показано наименование каждой функциональной части системы, если для ее обозначения применен прямоугольник. Если функциональная часть изображена в виде условного графического изображения, то ее наименование не указывают.
Одной из важнейших функций является сравнение заданного и полученного значений выходной переменной. Эта функция выполняется «элементом сравнения». Однако элемент сравнения заданного и действительного значений выходной переменной иногда не имеет собственного конструктивного исполнения. Примером может служить операционный усилитель, на входе которого можно осуществить суммирование многих выходных величин.
В технической литературе встречается несколько вариантов условного изображения элемента сравнения на схемах (рисунок 1.2). На рисунке 1.2 а и рисунке 1.2 б знак «+» соответствует суммированию входных величин, знак «-» - вычитанию входных величин. Суммированию входных величин соответствует также схема, представленная на рисунке 1.2 г, вычитанию - схема на рисунке 1.2 в. В дальнейшем будем использовать изображение суммирующего узла так, как это показано на рисунке 1.2 в, г.
На рисунке 1.3 представлена схема САУ, составленная в соответствии с рисунком 1.1. Элементы системы изображены в виде прямоугольников, в которые вписаны первые буквы названия элемента (О - объект управления, ЧЭ - чувствительный элемент, УЭ - усилительный элемент, ПЭ - преобразовательный элемент, ЗЭ - задающий элемент). Обычно функциональное назначение элементов отображают в виде графиков статических или динамических характеристик, а сверху обозначают названия элементов.
Итак, основными понятиями теории автоматического управления являются: управляемый объект, алгоритм функционирования, автоматическое управляющее устройство, закон управления, управляющее и возмущающее воздействия, система автоматического управления. Эти понятия применимы к автоматическим системам любой физической природы.
Для графического изображения САУ используется в основном два вида схем - функциональные и структурные. Структурная схема наиболее полно отображает динамику процессов в системе и является основной при исследовании систем автоматического управления.
Рисунок 1.2 Варианты условного изображения элемента сравнения на схемах
Рисунок 1.3 Функциональная схема САУ.