Что характеризует функциональная схема системы автоматического управления

2.2. Типовая функциональная схема системы автоматического управления.

e(t) – отклонение (ошибка) управляемой величины от задающего воздействия.

Структура САУ:

1  Задающее устройство, которое преобразует входной сигнал U(t) в сигнал, удобный для дальнейшего использования;

 2  сравнивающее устройство, вырабатывает сигнал ошибки (отклонения) как разность задающего сигнала и управляемой величины;

3  преобразующее устройство, преобразует сигнал ошибки в другую форму, удобную для дальнейшего использования, при этом не выполняются функции усиления и коррекции (пример: электрическаямеханическая);

4 и 8  корректирующие устройства, улучшают динамические свойства регулирования и повышают устойчивость. В зависимости от включения бывают параллельными или последовательными. 4  последовательная коррекция, 8  па­раллельная коррекция.

 5  сравнивающее устройство местной обратной связи;

6 усилительное устройство, усиливает мощность сигнала;

7  исполнительное устройство, вырабатывает управляющее воздействие x(t) непосредственно на объект управления;

9  чувствительный элемент, фиксирует (измеряет) управляемую величину y(t);

10  элемент главной обратной связи, преобразует управляемую величину y(t) в вид, удобный для сравнения с задающим сигналом;

ОУ  объект управления.

Блоки 1, 10, 9 образуют датчик, а блоки 3, 4, 5, 6, 7, 8 – сервомеханизм.

Тогда, с учетом укрупнений, получим:

Датчик измеряет управляемую величину и задающую. Сервомеханизм вырабатывает и реализует управляющее воздействие.

Реальная САУ может не содержать некоторые из рассматриваемых пронумерованных блоков. Некоторые блоки могут объединяться. То, что называли блоками, носит название звеньев. И регулятор, и ОУ могут состоять из нескольких звеньев.

Два сигнала – входной и выходной.

2.3. Классификация систем автоматического управления.

Классификационные признаки САУ выделяют три крупные группы:

1. Классификация по характеру динамических процессов в системе.
2. Классификация по характеристикам управления.
3. Классификация по другим признакам.

2.3.1. Классификация по характеру динамических процессов в системе

1. Непрерывность.

а) САУ бывают непрерывныеэто такие системы, в которых во всех звеньях непрерывному во времени входному сигналу соответствует непрерывный во времени выходной сигнал. Для того чтобы система была непрерывная, необходимо наличие непрерывных статических характеристик системы. б) дискретные САУ это такие системы, в которых хотя бы в одном звене непрерывному входному сигналу соответствует дискретный выходной сигнал (или импульс). Такое звено, называется импульсным. К дискретным системам, как разновидность, относятся цифровыеСАУ, в которых функции регулятора выполняет цифровое устройство, а выходная величина представляет собой цифры. в)релейные САУ (системы релейного действия)  это системы, в которых хотя бы в одном звене непрерывной входной величине соответствует выходная величина, изменяющаяся скачком. Статическая характеристика релейных систем имеет точку разрыва.

Функциональные схемы САУ

Функциональная схема представляет собой графическую модель системы. Она состоит из блоков соответствующих функциональным, физически существующим элементам, и стрелок, указывающих на направление передачи сигналов между элементами.

Рис23. Детализация функциональной схемы САУ.

· Блоки обозначается прямоугольником, в котором указывается обозначение элемента системы.

· Если в блок поступает несколько однотипных сигналов, которые на входе складываются или вычитаются, то в функциональную схему часто включают элемент, называемый сумматором. Сумматор обозначается кружком, разбитым на секторы:

Рис.24. Изображение сумматора

· Входные и выходные сигналы обозначаются в виде стрелок, а узлы разветвлений — в виде точек.

Поскольку блоки это физические элементы, то функциональная схема САУ единственна и может отличаться лишь детализацией элементов.

Элементами схемы являются: объект управления (О) и управляющее устройство (УУ), управляющий орган (УО), исполнительный механизм (ИМ) и чувствительный элемент (ЧЭ) – датчик.

· Объект управления – это система, требуемый режим функционирования которой должен поддерживаться извне специально организованными управляющими воздействиями. В качестве ОУ может служить какой либо технологический процесс (например, процесс изготовления цемента) или технический объект (машина, прибор, робот, станок, и т.п.).

· Управляющее устройство — устройство, осуществляющее воздействие на объект управления с целью обеспечения требуемого режима работы. Управляющее устройство является средством автоматического управления.

Все сигналы, обозначаемые на функциональной схеме стрелками можно разделить на следующие виды:

· u(t) – управляющий сигнал (управляющее воздействие) – это сигнал управляющего устройства. Управляющий сигнал является входным, внешним воздействием по отношению к объекту управления. Входной сигнал подают на вход объекта с целью изменения управляемой (выходной) величины.

· y(t) – управляемый сигнал (переменная) – это реакция объекта, отклик на воздействие. Она являются выходным по отношению к объекту управления.

· x(t) — задающее воздействие — это величина, в соответствии с которой должна изменяться управляемая величина объекта. Задающая (отслеживаемая) величина подается на вход системы. Она так же является внешней по отношению к объекту управления.

· z(t) – возмущающее воздействие. Эта величина характеризует совокупность факторов, причин, воздействующих на объект управления и препятствующих его требуемому поведению. Она так же является внешней по отношению к объекту управления.

Если выходной сигнал САУ подается на вход системы, то говорят, что система охвачена главной обратной связью, как показано на рисунке. Обратной связью может быть охвачена не вся система, а только часть ее элементов (не главная обратная связь).

Главная обратная связь является отрицательной – сигнал на выходе сумматора равен разности задающей и управляемой величины:

Сигнал ε(t) называется ошибкой управления.

В зависимости от наличия или отсутствия обратной связиСАУ могут быть:

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

28. Функциональные схемы теории автоматического управления;

Функциональная схема элемента — схема системы автоматического регулирования и управления, составленная по функции, которую выполняет данный элемент. Выходные сигналы — параметры, характеризующие состояние объекта управления и существенные для процесса управления. Выходы системы — точки системы, в которых выходные сигналы могут наблюдаться в виде определенных физических величин. Входы системы — точки системы, в которых приложены внешние воздействия. Входные сигналы: • помехи — сигналы, не связанные с источниками информации о задачах и результатах управления. • полезные — сигналы, связанные с источниками информации о задачах и результатах управления.

29. Понятия и принципы системы автоматического управления;

ОТВЕТ: Обратная связь — связь, при которой на вход регулятора подаётся действительное значение выходной переменной, а также заданное значение регулируемой переменной. • жёсткая — такая ОС, при которой на вход регулятора поступает сигнал, пропорциональный выходному сигналу объекта в любой момент времени. • гибкая — такая ОС, при которой на вход регулятора поступает не только сигнал, пропорциональный выходному сигналу объекта, но и сигнал, пропорциональный производным выходной переменной. Управление по принципу компенсации возмущений — на вход регулятора попадает сигнал, пропорциональный возмущающему воздействию. Отсутствует зависимость между управляющим воздействием и результатом этого действия на объект. Управление по принципу отклонения управляемой переменной — обратная связь образует замкнутый контур. На управляемый объект подаётся воздействие, пропорциональное сумме (разности) между выходной переменной и заданным ∆ = ( ) значением – , так, чтобы эта сумма (разность) уменьшалась. зад – называется отклонением или ошибкой управления.

Управление по принципу комбинированного регулирования — используется одновременно регулирование по возмущению и по отклонению, что обеспечивает наиболее высокую точность управления.

Типовая функциональная схема САУ

Приведенные примеры позволяют представить типовую функциональную схему САУ (рис. 1.10). Рассмотрим назначение каждого из элементов этой схемы.

Задающее устройство 1 преобразует воздействие у₃(/) в сигнал у(/), а сравнивающее устройство 2 в результате сравнения сигнала y(t) и регулируемой величины x(t) (предполагается, что элементы 10 и 11 не искажают сигнал х(/)) вырабатывает сигнал ошибки е(/). Сравнивающее устройство также называют датчиком ошибки, отклонения, рассогласования.

Рис. 1.10. Типовая функциональная схема САУ:

1 — задающее устройство; 2, 5 — сравнивающие устройства; 3 — преобразующее устройство; 4,8 — корректирующие устройства (регуляторы); б — усилительное устройство; 7— исполнительное устройство; 9 — объект управления; 10 — чувствительный (измерительный) элемент; 11 — элемент главной обратной связи;

Преобразующее устройство 3 служит для преобразования одной физической величины в другую, более удобную для использования в процессе управления (во многих системах преобразующее устройство отсутствует).

Регуляторы 4, 8 служат для обеспечения заданных динамических свойств замкнутой системы. С их помощью обеспечивается высокая точность се работы в установившемся режиме, а также демпфируются сильные колебательные процессы (например, летательных аппаратов). Более того, введение в систему регулятора позволяет устранить незатухающие или возрастающие колебания управляемой величины. Иногда регуляторы вырабатывают управляющие сигналы (команды) в зависимости от возмущающих воздействий, что существенно повышает качество работы систем, увеличивая их точность.

Из приведенной схемы САУ видно, что в хорошо спроектированной системе ошибка е(/) очень мала, в то время как на управляемый объект должны поступать воздействия с мощностью, достаточной для питания двигателя. В связи с этим важным элементом САУ является усилительное устройство 6, предназначенное для усиления мощности сигнала ошибки г(/), т.е. управления энергией, поступающей от постороннего источника. На практике широко используются электронные, магнитные, гидравлические и пневматические усилители.

Следующим важным элементом САУ является исполнительное устройство 7, предназначенное для воздействия на управляющий орган. Исполнительные устройства могут быть пневматические, гидравлические и электрические, которые подразделяются, в свою очередь, на электромоторные и электромагнитные.

Пневматические исполнительные устройства имеют сравнительно малые габариты и массу, но требуют большого расхода сжатого газа. Гидравлические исполнительные устройства способны преодолевать большие нагрузки и практически безынерционны. Их недостаток — большая масса. Электрические исполнительные устройства достаточно универсальны и отличаются удобством подведения к ним энергии. Вместе с тем их использование требует наличия достаточно мощного источника тока. В некоторых САУ исполнительный механизм как таковой отсутствует, и воздействие на объект осуществляется изменением состояния управляющей величины (тока, напряжения) без помощи механических устройств.

Чувствительный (измерительный) элемент — датчик 10 необходим в САУ для преобразования управляемых переменных в сигналы управления (например, угла в напряжение).

Элемент, который подвергается управлению, является объектом управления. При проектировании объектом управления считают всю неизменяемую часть САУ (т.е. все элементы, кроме регулятора). Это могут быть электрическая печь для закаливания металла, самолет, ракета, космический аппарат, двигатель, ядер- ный реактор, станок для обработки металла и т.д. В связи с большим разнообразием объектов управления разными могут быть и управляемые переменные: напряжение, число оборотов, угловое положение, курс, мощность и т.д.

Из анализа рис. 1.10 можно сделать вывод о том, что САУ представляет собой замкнутую систему, обладающую свойством однонаправленности и реагирующую на сигнал ошибки е(/).

Определим сигналы, представленные на рис. 1.10.

Сигнал y(t) является преобразованным задающим воздействием (т.е. входным сигналом).

Сигнал х(/) — управляемая переменная (т.е. выходная величина системы, реакция).

Сигнал е(/) — сигнал ошибки (рассогласования).

Сигналы и,(/) и u₂(t) — команды управления.

Дадим несколько определений.

Система, в которой сигнал у(/) — известная функция (детерминированный сигнал) на всем промежутке управления, называется системой программного управления.

Система, в которой задающее воздействие y(t) = const, называется системой стабилизации.

Система, в которой задающее воздействие y(t) — случайная функция, называется следящей системой.

Таким образом, одномерные системы могут быть системами программного управления, системами стабилизации и следящими системами.

Кроме того, на практике используются:

• • системы с поиском экстремума показателя качества;
• • системы оптимального управления;
• • адаптивные системы.