1. ОсновНые понятия и определения теории автоматического управления

1.1. Обобщенная структурная схема сау

Система автоматического управления (рис 1.1) содержит: устройство управления (УУ) илирегулятор, на вход которого подаетсязадающее воздействие (входной сигнал или совокупность сигналов)х_вх(t).Задающее воздействие определяет требуемый закон управления. В результате этого воздействия на выходе регулятора вырабатываетуправляющее воздействие U(t), которое поступает на входобъекта управления(ОУ).

Под ОУ в данном курсе понимается любое техническое устройство (станок, самолет, турбина и т.д.), для функционирования которого необходимы специально организованные воздействия U(t).Качество управления оценивается по значениювыходной величины объектах_вых(t)– это обычно главный технологический параметр (скорость, мощность, производительность и т.д.).

Наряду с х_вх(t),  внешним по отношению к рассматриваемой САУ явяляютсявозмущающее воздействиех_возм(t), которое,  как иU(t), приложено к ОУ. К числу таких возмущений можно отнести  момент сопротивления при металлообработке, колебание напряжения в сети, ветровую нагрузку и т.д. Возмущающие воздействия искажают требуемый закон управления. Очевидно, что в первом приближении задача синтеза САУ состоит в разработке такого УУ, с которым и при наличии существенных возмущающих воздействий отклонение требуемого закона управления ОУ от фактического не превышает допустимых значений.

1.2. Классификация сaу

Системы автоматического регулирования классифицируются по различным признакам.

1.По принципу построения, различают разомкнутые системы, системы с управлением по отклонению (с обратной связью)  и системы с компенсацией возмущения.

Вразомкнутых системах(см. рис. 1.1) управляющее воздействиеU(t),формируемое на выходе УУ, определяется только входным сигналом системых_вх(t)и не зависит от выходной величины объекта регулированиях_вых(t). При наличии значительных возмущений или нестабильности параметров системы фактический закон изменения выходной величины может значительно отклоняться от заданного.

В соответствии с принципом управления по отклонениюуправляющее воздействиеU(t)зависит от отклонения фактического закона изменения  регулируемой величины от требуемого. Сигналх(t) = х_вх(t) - х_вых(t),

называемый ошибкой регулирования, формируется наэлементе сравнения(ЭС). Информация о текущем значении регулируемой величины поступает в ЭС по каналуобратной связи (ОС). Наличие канала ОС делает структуру системы замкнутой (рис. 1.2.).

В общем случае ОС может быть не только отрицательной,  но иположительной, при этом в ЭС входной и выходной сигналы системы складываюся.

Всистемах с компенсацией возмущения (рис. 1.3.) управляющее воздействиеU(t)на выходе УУ зависит как от входного сигнала системых_вх(t), так и от возмущающего воздействиях_возм(t).

2.По виду входного сигнала САУ делятся на:системы стабилизации,входной сигнал  которых является постоянной величиной (например, системы автоматической стабилизации скорости резания при металлообработке или системы стабилизации напряжения);системы программного управления,в которых входной сигнал является известной, заранее заданной функцией времени (например, система управления станков с ЧПУ);следящие системы, в которых входной сигнал заранее не определен и зачастую случаен (напри­мер, радиолокационные системы автоматического сопровождения цели).

3.Существенным при математическом описании систем является их деление налинейныеинелинейные. Для линейных систем выполняетсяпринцип суперпозиции, суть которого заключается в следующем: если на вход системы поступает управляющее воздействие, которое можно представить в виде суммыkпростых воздействий

,

то реакция системы (ее выходной сигнал) равна  сумме реакций на каждое слагаемое х_вхi(t), При этом значениеk и формах_вхi(t) могут быть любыми.

Все реальные системы в технике и в природе, как правило, являются в большей или в меньшей степени нелинейными.  Системы, нелинейность которых проявляется незначительно,  можно, с приемлемой для практики точностью, описывать как линейные,  используя более простые линеаризованныехарактеристики и уравнения. Очевидно, что длясущественно нелинейных системиспользование линеаризованных моделей недопустимо, и такие системы должны рассматриваться отдельно.

4.Различают стационарныеинестационарныеСАУ.  Параметры стационарных систем неизменны, а у нестационарных параметры являются функциями времени или сигналов системы.

5.По виду зависимости регулируемой величины от внешнего воздействия различаютстатическиеиастатические САУ.  В последних, после завершения переходного процесса, вызванного внешним воздействием, значение регулируемой величины устанавливается равным заданному, т.е. в установившемся режиме ошибка регулирования равна нулю. В статических  САУ регулируемая величина по окончании переходного процесса принимает значение, пропорциональное внешнему воздействию, при этом установившееся значение ошибки регулирования отлично от нуля.

6.Система относится кнепрерывным, если все сигналы в ней являются непрерывными функциями времени. Вдискретных САУ имеет место дискретный способ передачи и преобразования сигналов. Важнейшим классом  дискретных систем являютсяцифровые системы,в структуру  которых входят цифровые вычислительные устройства (контроллеры, микропроцессоры и т.п.).

7. В адаптивныхСАУ  управляющее устройство позволяет обеспечить изменение алгоритмов управления и параметров системы (например, коэффициентов усиления звеньев), в результате чего достигается высокое качество работы системы.