Презентация - Никитин А.А. Управление техническими системами
Подождите немного. Документ загружается.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ2. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ
А
ВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ
А
ВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ
Системы стабилизации, следящие системы, системы Системы стабилизации, следящие системы, системы
программного регулирования. Разомкнутые системы программного регулирования. Разомкнутые системы
программного управления Непрерывные и дискретные системыпрограммного управления Непрерывные и дискретные системы
программного
управления
.
Непрерывные
и
дискретные
системы
программного
управления
.
Непрерывные
и
дискретные
системы
автоматического управления. Самонастраивающиеся системы автоматического управления. Самонастраивающиеся системы
автоматического управления.автоматического управления.
Применяют разомкнутые и замкнутые системы автоматическогоПрименяют разомкнутые и замкнутые системы автоматического
Применяют
разомкнутые
и
замкнутые
системы
автоматического
Применяют
разомкнутые
и
замкнутые
системы
автоматического
управления. В разомкнутых системах автоматического управления. В разомкнутых системах автоматического
управления управляющее воздействие не сравнивается с управления управляющее воздействие не сравнивается с
тек
у
щим значением
р
ег
у
ли
ру
емой или
у
п
р
авляемой величины. тек
у
щим значением
р
ег
у
ли
ру
емой или
у
п
р
авляемой величины.
у ру ру уру ру ру ур
Закон управляющего воздействия выбирается исходя из цели Закон управляющего воздействия выбирается исходя из цели
управления, свойств управляемого объекта и предполагаемого управления, свойств управляемого объекта и предполагаемого
характера возмущающих воздействий.характера возмущающих воздействий.
Классификация систем автоматического регулирования по Классификация систем автоматического регулирования по
основным признакам основным признакам
––
в зависимости от закона задающего в зависимости от закона задающего
воздействия:воздействия:
б йб й
системы ста
б
илизации, в которых задающее возде
й
ствие системы ста
б
илизации, в которых задающее возде
й
ствие
имеет постоянное значение; они предназначены для имеет постоянное значение; они предназначены для
поддержания постоянного значения некоторого физического поддержания постоянного значения некоторого физического
параметра;параметра;
параметра;параметра;
системы программного регулирования, в которых задающее системы программного регулирования, в которых задающее
воздействие изменяется по какомувоздействие изменяется по какому--либо заранее известному либо заранее известному
закон
у
(
нап
р
име
р,
по оп
р
е
д
еленной п
р
ог
р
амме может закон
у
(
нап
р
име
р,
по оп
р
е
д
еленной п
р
ог
р
амме может
у ( рр, рд рру ( рр, рд рр
осуществляться изменение скорости вращения гидромотора, осуществляться изменение скорости вращения гидромотора,
изменение температуры изделия при его термической изменение температуры изделия при его термической
обработке и т. д.);обработке и т. д.);
йй
следящие системы, в которых закон задающего возде
й
ствия следящие системы, в которых закон задающего возде
й
ствия
заранее не определен.заранее не определен.
По характеру передачи сигналов системы автоматического По характеру передачи сигналов системы автоматического
регулирования разделяют на следующие:регулирования разделяют на следующие:
регулирования
разделяют
на
следующие:регулирования
разделяют
на
следующие:
непрерывные системы автоматического регулированиянепрерывные системы автоматического регулирования;;
дискретные системы (импульсные и цифровые);дискретные системы (импульсные и цифровые);
релейные системы автоматического регулированиярелейные системы автоматического регулирования
релейные
системы
автоматического
регулирования
.
релейные
системы
автоматического
регулирования
.
В непрерывных системах автоматического регулирования
передаваемые по контуру сигналы являются непрерывными
функциями времени.
Системой дискретного действия называется такая система, в Системой дискретного действия называется такая система, в
которой хотя бы в одном звене при непрерывном изменении которой хотя бы в одном звене при непрерывном изменении
входной величины выходная величина изменяется невходной величины выходная величина изменяется не
входной
величины
выходная
величина
изменяется
не
входной
величины
выходная
величина
изменяется
не
непрерывно, а имеет вид отдельных импульсов, появляющихся непрерывно, а имеет вид отдельных импульсов, появляющихся
через некоторые промежутки времени.через некоторые промежутки времени.
Системой релейного действия называется система в которойСистемой релейного действия называется система в которой
Системой
релейного
действия
называется
система
,
в
которой
Системой
релейного
действия
называется
система
,
в
которой
хотя бы в одном звене при непрерывном изменении входной хотя бы в одном звене при непрерывном изменении входной
величины выходная величина в некоторых точках процесса величины выходная величина в некоторых точках процесса
изменяется скачком. Такое звено называется релейным.изменяется скачком. Такое звено называется релейным.
По количеству контуров системы автоматического По количеству контуров системы автоматического
регулирования разделяют на одноконтурные и многоконтурные. регулирования разделяют на одноконтурные и многоконтурные.
Одноконтурные системы автоматического регулирования Одноконтурные системы автоматического регулирования
характеризуются наличием в замкнутом контуре одногохарактеризуются наличием в замкнутом контуре одного
характеризуются
наличием
в
замкнутом
контуре
одного
характеризуются
наличием
в
замкнутом
контуре
одного
регулируемого объекта и одного регулятора. Многоконтурные регулируемого объекта и одного регулятора. Многоконтурные
системы автоматического регулирования при одном системы автоматического регулирования при одном
р
ег
у
ли
ру
емом объекте имеют два или несколько
р
ег
у
лято
р
ов.
р
ег
у
ли
ру
емом объекте имеют два или несколько
р
ег
у
лято
р
ов.
ру ру ру рру ру ру р
По наличию или отсутствию способности приспосабливаться По наличию или отсутствию способности приспосабливаться
системы автоматического регулирования разделяют на жесткие системы автоматического регулирования разделяют на жесткие
(неприспосабливающиеся) и адаптивные (неприспосабливающиеся) и адаптивные
( р с осаб аю ес ) К ес ссе а оосс( р с осаб аю ес ) К ес ссе а оосс
(
п
р
и
с
п
осаб
лив
аю
щи
ес
я
)
.
К
ж
ес
тким
с
и
с
т
е
м
а
м
о
тн
ос
ят
с
я
(
п
р
и
с
п
осаб
лив
аю
щи
ес
я
)
.
К
ж
ес
тким
с
и
с
т
е
м
а
м
о
тн
ос
ят
с
я
системы автоматического регулирования, свойства которых в системы автоматического регулирования, свойства которых в
процессе эксплуатации не претерпевают контролируемых процессе эксплуатации не претерпевают контролируемых
изменений. Адаптивные системы характеризуются тем, что визменений. Адаптивные системы характеризуются тем, что в
изменений.
Адаптивные
системы
характеризуются
тем,
что
в
изменений.
Адаптивные
системы
характеризуются
тем,
что
в
них в зависимости от внешних условий происходят них в зависимости от внешних условий происходят
контролируемые изменения свойств регулятора.контролируемые изменения свойств регулятора.
По возможности применения математической моделиПо возможности применения математической модели
По
возможности
применения
математической
модели
,
По
возможности
применения
математической
модели
,
основанной на линейных или нелинейных уравнениях, системы основанной на линейных или нелинейных уравнениях, системы
автоматического регулирования и управления принято автоматического регулирования и управления принято
разделять на линейные и нелинейные. Если математическое разделять на линейные и нелинейные. Если математическое
бб
описание системы сводится к о
б
ыкновенным описание системы сводится к о
б
ыкновенным
дифференциальным уравнениям, то их называют системами с дифференциальным уравнениям, то их называют системами с
сосредоточенными параметрами. Системы, математические сосредоточенными параметрами. Системы, математические
модели которых содержат уравнения в частных производныхмодели которых содержат уравнения в частных производных
модели
которых
содержат
уравнения
в
частных
производных
,
модели
которых
содержат
уравнения
в
частных
производных
,
относятся к системам с распределенными параметрами. относятся к системам с распределенными параметрами.
Линейные и нелинейные системы могут быть описаны Линейные и нелинейные системы могут быть описаны
дифференциальными, разностными или и теми и другими дифференциальными, разностными или и теми и другими
СС
уравнениями.
С
оответственно такие системы определяют как уравнениями.
С
оответственно такие системы определяют как
непрерывные, дискретные и дискретнонепрерывные, дискретные и дискретно--непрерывные. непрерывные.
Коэффициенты в уравнениях могут быть постоянными или Коэффициенты в уравнениях могут быть постоянными или
функциями времени В первом случае системы называютсяфункциями времени В первом случае системы называются
функциями
времени
.
В
первом
случае
системы
называются
функциями
времени
.
В
первом
случае
системы
называются
стационарными, во втором стационарными, во втором –– нестационарными.нестационарными.
3. ЗАКОНЫ УПРАВЛЕНИЯ3. ЗАКОНЫ УПРАВЛЕНИЯ
Алгоритмы регулирования: временные и Алгоритмы регулирования: временные и
параметрические. Линейные и нелинейные параметрические. Линейные и нелинейные
законы регулирования Системы сзаконы регулирования Системы с
законы
регулирования
.
Системы
с
законы
регулирования
.
Системы
с
переменной структурой. Оптимальное переменной структурой. Оптимальное
р
ег
у
ли
р
ование.
р
ег
у
ли
р
ование.
руррур
В общем случае регулирующее воздействие В общем случае регулирующее воздействие
формируется в зависимости от изменения формируется в зависимости от изменения
регулируемой величины, от возмущающего и регулируемой величины, от возмущающего и
задающего воздействий, а также от изменения задающего воздействий, а также от изменения
производных и интегралов по времени от этих производных и интегралов по времени от этих
величин. Зависимость, определяющая необходимое величин. Зависимость, определяющая необходимое
р
ег
у
ли
ру
ю
щ
ее воз
д
ействие
,
называется законом
р
ег
у
ли
ру
ю
щ
ее воз
д
ействие
,
называется законом
fd
d
d
df
dg
dy
f
F
ру рущ д ,ру рущ д ,
(алгоритмом) регулирования(алгоритмом) регулирования::
fd
tg
d
ty
d
t
dt
df
dt
dg
dt
dy
f
g
y
F
u ,,,,,,,,
3.1
Известны следующие алгоритмы регулирования:Известны следующие алгоритмы регулирования:
пропорциональный; пропорциональный;
(3.2)(3.2)
K
интегральный; интегральный;
ε
П
K
u
(3.3) (3.3)
d
t
Ku ε
И
дифференциальный. дифференциальный.
И
(3.4)(3.4)
d
d
K
u
ε
Д
В системах автоматического регулирования широко применяется В системах автоматического регулирования широко применяется
принцип регулирования по отклонению регулируемой величины. принцип регулирования по отклонению регулируемой величины.
dt
Д
4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
ЛИНЕЙНЫХ НЕПРЕРЫВНЫХ СИСТЕМЛИНЕЙНЫХ НЕПРЕРЫВНЫХ СИСТЕМ
ЛИНЕЙНЫХ
НЕПРЕРЫВНЫХ
СИСТЕМЛИНЕЙНЫХ
НЕПРЕРЫВНЫХ
СИСТЕМ
Понятие о математических моделях систем. Описание систем в Понятие о математических моделях систем. Описание систем в
форме “входформе “вход--выход” и в пространстве переменных состояний. выход” и в пространстве переменных состояний.
Математические модели линейных систем.Математические модели линейных систем.
Изучение свойств систем автоматического Изучение свойств систем автоматического
z
1
регулирования можно проводить регулирования можно проводить
экспериментальными или теоретическими экспериментальными или теоретическими
методами. Для экспериментальных методами. Для экспериментальных
исследований создается физическая модельисследований создается физическая модель
m
1
z
2
исследований
создается
физическая
модель
исследований
создается
физическая
модель
системы автоматического регулирования, системы автоматического регулирования,
отличающаяся от последней размерами. отличающаяся от последней размерами.
Физическая модель подвергается Физическая модель подвергается
p
всесторонним испытаниям для проверки всесторонним испытаниям для проверки
влияния различных факторов на влияния различных факторов на
устойчивость, качество и точность устойчивость, качество и точность
регулирования Перенос результатоврегулирования Перенос результатов
p
1
p
2
2
регулирования
.
Перенос
результатов
регулирования
.
Перенос
результатов
исследований, полученных на модели, к исследований, полученных на модели, к
натурным условиям осуществляется с натурным условиям осуществляется с
использованием законов теории подобия. использованием законов теории подобия.
2
Рис. 4.1. Гидромеханическая
система
Математическое описание системы может быть представлено в Математическое описание системы может быть представлено в
форме уравнений “входформе уравнений “вход--выход” или с использованием выход” или с использованием
переменных состояния.переменных состояния.
В качестве примера проведем математическое описание простой В качестве примера проведем математическое описание простой
гидромеханической системы, схема которой показана на рис. гидромеханической системы, схема которой показана на рис.
4141
4
.
1
.
4
.
1
.
Уравнение движения массы подвижных элементов системы имеет Уравнение движения массы подвижных элементов системы имеет
вид, вид,
(4.1)(4.1)
2
2
2
ÒÐ
Ä
ÏÐ
zd
mFF
g
mF
где и где и –– силы, приложенные к массе силы, приложенные к массе mm соответственно со стороны соответственно со стороны
пружины 1 и гидравлического демпфера 2; пружины 1 и гидравлического демпфера 2; –– суммарная сила суммарная сила
трения между поршнем и цилиндром и между штоком итрения между поршнем и цилиндром и между штоком и
2
ÒÐ
Ä
ÏÐ
d
t
g
трения
между
поршнем
и
цилиндром
и
между
штоком
и
трения
между
поршнем
и
цилиндром
и
между
штоком
и
цилиндром; цилиндром; zz2 2 –– перемещение массы перемещение массы mm, измеренное от , измеренное от
положения равновесия.положения равновесия.
Уравнение (4.1) обычно приводят к стандартному виду: Уравнение (4.1) обычно приводят к стандартному виду:
2
(4.2)(4.2)
uKy
dt
d
y
T
dt
y
d
T
1
2
2
2
2
Для математического описания системы с использованием Для математического описания системы с использованием
переменных состояния дифференциальное уравнение (4.2) переменных состояния дифференциальное уравнение (4.2)
второго порядка заменим системой двух уравнений первого второго порядка заменим системой двух уравнений первого
dt
dt
порядка:порядка:
(4.3)(4.3)
x
dt
dx
2
1
и соотношением и соотношением
(4.4)(4.4)
u
T
K
x
T
T
x
T
dt
dx
dt
2
2
2
1
1
2
2
1
(4.4)(4.4)
T
T
T
dt
222
y
x
1