Целевым назначением курса «Основы теории управления» является изучение основных положений теории систем автоматического управления объектами и технологическими процессами; анализа и синтеза систем управления; принципов построения и особенностей проектирования цифровых систем

Разделы

Основные сведения о САУ

Математические методы теории автоматического управления

Анализ показателей качества работы САУ

Основные методы синтеза САУ

Нелинейные и импульсные САУ

Раздел 1. Общие сведения о сау

1. Назначение и принцип действия замкнутой автоматической системы

Допустим, имеется устройство, состояние которого может быть описано функцией . Назовем ее управляемой величиной, а само устройство – объектом управления (ОУ).

Задачей управления является обеспечение изменения функции в соответствии с некоторой функцией , называемой задающим воздействием.

При этом в идеале

в соответствующие моменты времени.

Чтобы физически обеспечить такое равенство, должно существовать некоторое управляющее устройство (УУ), непосредственно соединенное с ОУ. На выходе УУ должно формироваться управляющее воздействие u(t), воздействующее на ОУ.

Таким образом, простейшая схема системы автоматического управления (САУ) может быть представлена следующим образом:

УУ совместно с ОУ образует САУ

Существуют САУ, в которых управляющее устройство не получает информации о состоянии объекта управления. Такие системы называются разомкнутыми; функциональная связь между управляющим воздействием и управляемой величиной заранее известна. Подобные системы ненадежны, нестабильны, неточны.

В подавляющем большинстве САУ управляющее воздействие вырабатывается на основе сравнения управляемой величины и задающего воздействия . Такие САУ называются замкнутыми.

Управляющее воздействие – функция – характеризуется двумя параметрами – величиной и знаком. Т.к. если , необходимо уменьшать , и наоборот.

К сожалению, практически невозможно добиться безукоризненного выполнения равенства

Всегда существует некоторая ошибка, по которой система и работает.

Ошибка – это разница между задающим воздействием и управляемой величиной в некоторый момент времени.

Следовательно, обязательным элементом САУ является датчик рассогласования или дискриминатор, основной задачей которого и является обнаружение существующей ошибки.

Развернутая функциональная система САУ выглядит так:

Здесь:

ДР - датчик рассогласования, формирующий сигнал ошибки,

ЧЭ – чувствительный элемент

ДР и ЧЭ образуют дискриминатор – устройство, определяющее отклонение управляемой величины от задающего воздействия и преобразующее это отклонение в форму, необходимую для дальнейшей работы системы.

В рассматриваемых нами системах, дискриминатор вырабатывает электрическую величину (напряжение), пропорциональную отклонению y(t) от g(t).

Дискриминаторы обычно являются маломощными устройствами, поэтому в большинстве систем необходим усилитель, в котором сигнал с выхода дискриминатора (или УУ) согласуется по мощности с сигналом, которым может управляться исполнительное устройство.

На выходе УУ должен быть сформулирован такой сигнал, который способен управлять ОУ.

Обратная связь, обеспечивающая сравнение управляемой величины и задающего воздействия, называется главной обратной связью.

1.2 Составные части замкнутых автоматических систем и их характеристики

Элементом автоматики называется конструктивно законченный элемент, используемый для формирования (построения) автоматической системы – простейший пример – усилитель

ЭА характеризуется назначением, принципом действия, конструкцией, характеристиками.

Схематически ЭА представляют в виде:

Зависимость выходной величины от входной называется характеристикой. Различают статистические и динамические характеристики.

Статистическая характеристика – это взаимосвязь между входной и выходной величинами ЭА в установившемся режиме.

Динамическая характеристика - это связь между входной и выходной величинами ЭА в переходном режиме.

Звено – это ЭА, описываемый некоторым математическим выражением, которое связывает входную и выходную величины.

Многие ЭА описываются одними и теми же формулами и следовательно являются одинаковыми звеньями, но конструктивно устроенными по-разному. Примеры: усилитель, двигатель.

Классификация звеньев по виду статической характеристики

1. Линейное звено

2. Нелинейные звенья (Ограниченно-линейные)

2.1 Звено с зоной нечувствительности