- •Московский государственный открытый университет в.П.Грехов, м.Н. Зарицкий, г.А.Ключникова, а.В.Куприков теория автоматического управления
- •1. Основные понятия и определения
- •2. Математическое описание звеньев и систем автоматического управления
- •2.1. Передаточные функции линейных звеньев и систем автоматического управления
- •Формула преобразования Лапласа
- •2.2. Передаточные функции соединения звеньев
- •2.3. Структурные схемы линейных сау и их преобразование
- •3. Характеристики линейных звеньев и систем
- •3.1. Временные характеристики
- •3.2. Частотные характеристики
- •3.3. Типовые динамические звенья и их передаточные функции
- •В) Идеальное дифференцирующее звено
- •3.4. Временные характеристики типовых динамических звеньев
- •3.5. Частотные характеристики типовых динамических звеньев
- •3.6. Построение логарифмических частотных характеристик последовательного
- •4. Устойчивость линейных систем автоматического управления с постоянными параметрами
- •4.1. Введение в теорию устойчивости линейных стационарных сау
- •Математическое определение понятия “устойчивость”
- •4.2. Алгебраические критерии устойчивости
- •4.3. Частотный критерий устойчивости Найквиста
- •4.4. Анализ устойчивости по логарифмическим частотным характеристикам. Запасы устойчивости
- •4.5. Влияние структуры и суммарного коэффициента системы на устойчивость
- •5. Синтез замкнутых систем регулирования
- •5.1. Содержание технических требований
- •Ступенчатого воздействия fз
- •5.2. Общий порядок синтеза корректирующего устройства и вид желаемой лачх
- •С вч – участком (-40 дб/дек)
- •(-60 Дб/дек) рис. 5.3.А - –20, -20, -60 дб/дек; рис.5.3.Б - -40, -20, -60 дб/дек
- •5.3. Передаточные функции типовых замкнутых систем регулирования
- •5.4. Пример синтеза системы регулирования Задача
- •Технические требования к системе регулирования
- •Передаточные функции двигателя по управляющему воздействию и по возмущению.
- •Определение параметров желаемой передаточной функции.
- •Определение передаточной функции корректирующего устройства
- •Техническая реализация корректирующего устройства
- •В синтезированной системе электропривода
- •6. Многоконтурные системы регулирования
- •6.1. Многоконтурные системы с подчиненным регулированием координат
- •I, , - регулируемые координаты,f1, f2, f3 - возмущения
- •6.2. Принципы оптимизации в системах подчиненного регулирования
- •Модульный оптимум настройки контуров регулирования
- •Симметричный оптимум настройки контуров регулирования
- •6.3. Порядок синтеза контуров в системах с подчиненным регулированием координат
- •6.4. Тиристорный преобразователь и шир – регуляторы как динамические звенья
1. Основные понятия и определения
Предметом ТАУ является изучение процессов поддержания на требуемом уровне или изменения во времени по заданному закону каких-либо величин в машинах, аппаратах или в других технических устройствах, протекающих без непосредственного участия человека с помощью специальных приспособленных для этой цели приборов - автоматических регуляторов, а также изучение способов проектирования и расчета таких систем.
ТАУ базируется на трех принципах, являющихся базой для всей кибернетики.
1) Принцип независимости выводов и основных положений теории управления от физической природы устройств и протекающих в них процессов.
Изучаются не сами устройства, а процедура преобразования сигнала этими устройствами, выражаемая в самом простом случае связью между входной и выходной величинами. Это означает, что необходимо получить математическую модель (уравнение), определяющую свойства устройства в переходном (динамическом) и установившемся режимах.
Система автоматического управления обычно состоит из ряда устройств, т.е. может быть представлена рядом звеньев, имеющих между собой связи.
Широко используется метод схематического изображения систем: на этих схемах звенья изображаются прямоугольниками, а сигналы - связывающими их линиями.
2) Принцип передачи сигналов в математической модели устройства или системы управления заключается в том, что в каждом звене имеет место одностороннее распространение информации. Одностороннее распространение информации позволяет прослеживать пути прохождения сигналов в системах, как показано на рис.1.1.
Рис.1.1. Схема распространения сигналов
Согласно этому принципу обратное распространение информации обусловлено только за счет обратной связи, т.е. передачи информации с выхода звена на вход одного из предыдущих звеньев.
3) Принцип обратной связи состоит в том, что любая система автоматического управления (САУ) имеет обратную связь, сигнал которой поступает с выхода на управляющий вход.
Рис.1.2.
В общем случае САУ, как показано на рис.1.2, состоит из объекта управления ОУ, устройства обратной связи ОС, задающего устройства ЗУ, сравнивающего устройства СУ, регулятора Рег и исполнительного механизма (ИМ).
Автоматическое управление возможно тогда, когда САУ построена таким образом, что задающее воздействие fз(t) воспроизводится в регулируемую величину x(t) в соответствии с требуемым алгоритмом функционирования. Для этого применяют обратную связь. Воздействие выхода САУ на ее вход называют обратной связью. Введение обратной связи позволяет управлять при действии на ОУ возмущающих воздействий fв(t). Возмущающие воздействия могут быть внешними (например, сила или момент сопротивления) или внутренними (они обусловлены изменениями параметров ОУ, например, из-за нагрева).
Комплекс устройств, присоединяемых к ОУ и обеспечивающих автоматическое поддержание заданного значения его управляемой величины и изменение последней по определенному закону, называют устройством управления (УУ).
Алгоритм функционирования УУ сводится к следующему: измерение фактического значения управляемой величины, сравнение фактического значения с заданным, выработка управляющего воздействия.
Таким образом, использование текущей информации об управляющих воздействиях и переменных на выходе систем управления позволяет создать основной класс систем управления - класс замкнутых систем управления с отрицательной обратной связью, в которых можно обеспечить достижение заданных целей управления при большой неопределенности возмущающих воздействий и изменения во времени параметров системы за счет управления по отклонению управляемой величины от предписанного закона ее изменения.
Управление - процесс организации такого целенаправленного воздействия на объект, в результате которого объект переходит в требуемое (целевое) состояние. Более частным случаем понятия “управление” является понятие “регулирование”. Регулирование состоит в достижении такого функционирования системы, при котором выравниваются все отклонения на выходе системы от заданного значения этого состояния, т.е. от нормы. Обеспечение только требуемых значений параметров, определяющих желаемый ход технологического процесса в том или ином объекте (например, металлорежущем станке) без участия человека, осуществляется системой автоматического регулирования. Заданное значение или норма состояния выхода системы может быть постоянной или переменной величиной. Следовательно, регулирование есть выравнивание отклонений от нормы, каждое значение которой определяется управлением.