5.1.2 Автоматическая система и ее структура.

Система автоматического управления представляет собой совокупность объектов управления (ОУ) и устройств управления (УУ). (ОУ) – может быть физическое тело, устройство и система применительная к производственным объектам.

1. Рабочие органы технологических машин

- манипуляторы

- шпиндели

- столы

- суппорты и т.д.

2. Технологическая машина или станок в целом.

3. Система технологических машин.

- складские

- транспортные

- промышленные роботы.

У

y(t)

У – это совокупность средств механизмов обеспечивающих процесс управления. Для осуществления процесса управления ОУ должен иметь управляющее устройство (УУ).

x(t)

U(t)

ОУ

УУ

ЧЭ

f(t)

Рисунок 14 – Одномерная САУ

Одномерная САУ имеющая одну управляемую переменную y(t), одно задающее воздействие x(t), одно возмущающее воздействие f(t) и одно управляющее воздействие u(t). ЧЭ – чувствительный элемент.

Состояние объекта управления характеризуется переменной величиной y(t). Переменная x(t) определяет закон изменения y(t). Возмущающее воздействие f(t) в технологической системе может изменить эту закономерность. Это:

- качество покупных материалов.

- неравномерность припусков и твердости поверхностного слоя.

- колебание напряжения и т.д.

УУ

x(t)

УЛУ

ИМ

ЧЭ

u(t)

Рисунок 19- Схема УУ

Рассмотрим все элементы системы УУ. ЧЭ – служит для измерения задающего воздействия x(t). УПУ – усилительно – преобразовательное устройство формирует алгоритм управления. То есть производится сравнение информации о действительном и желаемом состоянии объекта и выполняет необходимые математические и логические операции по выработке управляющего сигнала.

ИМ – исполнительный механизм приводит в движение управляющий орган, оказывающий управляющее воздействие u(t) на объект управления.

Основные требования, предъявляемые к УУ производственными процессами:

1. Обеспечение заданной точности управляющих параметров.

2. Обеспечение быстродействия процесса управления.

3. Обеспечение устойчивости и заданной производительности процессов управления.

4. УУ должно легко переналаживаться и обеспечивать ручное и автоматическое управление.

5.1.3 Классификация автоматических систем управления.

Рисунок 15- Классификация автоматических систем

САУ по способу противодействия влияния внешних возмущающих факторов, ухудшающих работу САУ, подразделяются на обыкновенные и адаптивные.

Обыкновенные имеет неизменную структуру САУ постоянный алгоритм управления и постоянные коэффициенты передачи. При изменении внешних условий работы, качество управления таких САУ существенно изменяется.

Адаптивные – автоматически приспосабливаются к внешним условиям работы и к изменениям свойств объектов. Они могут улучшать свою работу по мере накопления опыта, т.к. имеют в своем составе кибернетические устройства и даже менять структуру САУ.

По принципу формирования управляющего воздействия, поступающего на управляющий орган САУ, обыкновенные делятся на системы: разомкнутого, замкнутого и комбинированного типов. На рисунке 14 приведена структурная схема САУ разомкнутого типа, в которой для выработки управляющего воздействия используется информация о цепи управления, а действительное значение регулируемой переменной не контролируется. Также имеются две разновидности САУ разомкнутого типа:

1. – когда управление производится по заранее рассчитанной программе x(t). Это управление от кулачков, упоров, командоаппаратов с шаговыми двигателями – эти САУ наиболее простые и широко применяются в технологическом оборудовании.

Точность управления их зависит от точности исполнения кулачков, упоров.

2я – когда управление формируется по измерению возмущающего воздействия f(t). Рисунок 5.1.

САУ замкнутого типа работают по принципу обратной связи. Рисунок 16

Комбинированная САУ – здесь используется одновременно принцип по возмущению и управлению.

По характеру управляющего воздействия системы АУ с одной управляемой величиной подразделяются на 3 типа:

1.Системы автоматической стабилизации.

2.Системы программного управления.

3.Следящие системы.

В системах автоматической стабилизации управляющее (входное) воздействие не изменяется во времени. Такая система отрабатывает возникающие отношение регулируемой величины от заданного. Именно такое регулирование обеспечивается в АСР.

В системах программного управления управляющее (входное) воздействие изменяется во времени по заданному закону. Такие системы применяются для управления процессами, характер протекания которых известен.

В следящих системах характер изменения управляющего воздействия определяется процессами, происходящими вне системы, и поэтому характер воздействия не может быть определен. Эти системы используются для обработки возмущений, характер которых неизвестен заранее. Пример: копировальные системы.

По глубине приспосабливаемости адаптивные системы подразделяются на:

- самонастраивающиеся

- самоорганизующиеся

- самообучающиеся

Самонастраивающиеся – имеют простую структуру, но в зависимости от изменения внешних условий изменяется коэффициент передачи звеньев, а, следовательно, изменяется управляющее воздействие.

Самоорганизующиеся – в зависимости от изменения внешних условий они изменяют свою структуру, т.е. добавляются отдельные звенья.

Самообучающиеся – в процессе управления изменяется не только структура САУ, но и алгоритм управления по которому они построены.

Системы стабилизации, компенсации, оптимизации – это вспомогательные системы, которые работают в комплекте с другими системами.

Системы стабилизации – поддерживают постоянство регулируемого параметра при изменении условий протекания процесса. Системы компенсации – эти системы автоматически изменяют регулируемый параметр по заданному закону.

Системы оптимизации – обеспечивают оптимальное выполнение процесса при различных условиях его протекания.

Если входная или выходная информация задаётся в вид аналога уровня напряжения, силы тока, то это аналоговая САУ.

Если информация задаётся по следованию импульса – импульсные системы. Достоинством импульсных систем САУ является точность управления.

Смешанные САУ – это комбинация аналоговых и импульсных систем.

Пример. Электронный датчик (аналоговая система), управляемый от импульсной системы.

Сложность современных автоматических систем не позволяет дать их однозначную классификацию, т. к. ряд классификационных признаков оказывается присущим САУ различных типов. С другой стороны, классификация способствует выработке методов изучения систем, объединенных общими признаками.

Мы рассмотрели лишь некоторые признаки, по которым можно классифицировать системы АУ.