Конспект лекций по курсу
«Основы теории управления»
Линейные системы Классификация автоматических систем по назначению
В
современной технике используется
громадное число разнообразных
автоматических
устройств и систем, отличающихся друг
от друга физической
природой,
принципом действия, схемными и
конструктивными решениями и т.д. Все
эти устройства и системы предназначены
для решения следующих основных задач
автоматизации: сигнализация; контроль;
блокировка и защита; пуск и остановка;
управление.
Важнейшими (и наиболее сложными) среди перечисленных автоматических систем являются системы автоматического управления.
Системы автоматического управления предназначены для управления работой тех или иных технических агрегатов или протеканием каких-либо процессов без непосредственного участия человека.
Управлением в широком смысле слова называется организация какого-либо процесса, обеспечивающая достижение поставленной цели. Управляемым процессом может быть, например, процесс движения транспорта (водного, воздушного, наземного). Цель управления: достижение заданного конечного пункта маршрута в определенное время при наименьшей затрате энергоресурсов. Управляемым процессом может быть процесс производства какого-либо продукта или изделия. Цель в создании изделия с заданными характеристиками и свойствами при минимальной себестоимости и т.д. Управляемые процессы и цели управления могут быть весьма разнообразными. Это влечет за собой громадное разнообразие систем автоматического управления, которые классифицируются по различным признакам.
В зависимости от назначения все системы автоматического управления могут быть разбиты на системы автоматического регулирования и кибернетические системы.
Системы автоматического регулирования решают задачу автоматического регулирования работы тех или иных технических агрегатов.
Кибернетические системы предназначены для решения существенно более сложных задач, к которым относятся экстремальное регулирование, самонастройка и самоорганизация каких-либо систем, обеспечение оптимального функционирования технических устройств, при меняющихся внешних условиях, выбор наилучших режимов работы систем управления и др.
Прикладная инженерная дисциплина, изучающая принципы построения и методы расчета систем автоматического управления, называется теорией автоматического управления.
Системы автоматического регулирования представляют собой частный случай систем автоматического управления, а изучающая их наука - теория автоматического регулирования - является одним из разделов теории автоматического управления.
Появление кибернетических систем существенно расширило возможности современной автоматики. Однако до сих пор наиболее важным и многочисленным представителем в технике остаются системы автоматического регулирования. Их мы и рассмотрим.
Понятие об автоматическом регулировании
Автоматическим регулированием называется изменение какой-либо физической величины по требуемому закону без непосредственного участия человека.
Физическая величина, подлежащая регулированию, называется обычно регулируемой величиной, а технический агрегат, на котором осуществляется автоматическое регулирование, - регулируемым объектом.
Автоматическое регулирование является частным случаем автоматического управления. Управляемым процессом в этом случае является процесс изменения регулируемой величины. Этот закон может быть различным. (Примеры) Закон может быть и не известен заранее.
Обозначим через x(t) функцию, описывающую изменение во времени регулируемой величины. Пусть g(t) - функция, характеризующая требуемый закон ее изменения – задающее воздействие. Тогда основная задача автоматического регулирования сводится к обеспечению равенства
x(t)=g(t)
во все моменты времени работы системы с заданной степенью точности.
В реальных объектах регулирования всегда существуют причины, отклоняющие регулируемую величину от требуемого закона изменения. Они называются возмущающими воздействиями f1(t), f2(t),… .
Для борьбы с возмущениями объект регулирования (ОР) обычно снабжается регулирующим органом (РО), воздействуя на который (вручную или автоматически), можно изменить регулируемую величину, компенсируя ее нежелательные изменения, обусловленные влиянием возмущений. Воздействие на регулирующий орган называется регулирующим воздействием .
Общая схема любого объекта регулирования приведена на рисунке.
Устройство, автоматически решающее задачу регулирования в данном объекте, называется автоматическим регулятором. Объект регулирования и автоматический регулятор в совокупности образуют систему автоматического регулирования (САР).
Любой регулятор предназначен для создания регулирующего воздействия на ОР, обеспечивающего с заданной точностью изменение регулируемой величины x(t) по требуемому закону g(t). Несмотря на громадное разнообразие используемых в технике регуляторов, все они строятся на базе одного из двух основных принципов регулирования:
-
по возмущению (по возмущающему воздействию),
-
по отклонению (по ошибке).