Классификация автоматических систем и роботов

Содержание

Слайд 2

Классификация САУ по объёму априорной и рабочей информации. Классификация САУ по

Классификация САУ по объёму априорной и рабочей информации.
Классификация САУ по виду

оператора D (x).
Классификация роботов
Слайд 3

Классификационные признаки важнейшие для САУ. 1 Объём априорной информации о среде

Классификационные признаки важнейшие для САУ.

1 Объём априорной информации о среде в

которой будет функционировать САУ.
2 Объём рабочей информации, т.е. информации о состоянии самой САУ, которая используется в законе управления системы.
3 Вид оператора D(x), связывающего входные и выходные координаты САУ.
Слайд 4

По объёму априорной информации САУ делят на: А. Обыкновенные САУ –

По объёму априорной информации САУ делят на:

А. Обыкновенные САУ – не

могут учитывать изменений среды и, потому, требуют знания полного объёма априорной информации.
Слайд 5

Обыкновенные системы по объёму рабочей информации делятся на: А-I. Разомкнутые САУ,

Обыкновенные системы по объёму рабочей информации делятся на:

А-I. Разомкнутые САУ, в

которых для управления используется лишь информация о входной величине X (t) и иногда некоторых возмущениях.
Слайд 6

Их можно разделить на: А-I-1 Системы программного управления – используется лишь X(t).

Их можно разделить на:

А-I-1 Системы программного управления – используется лишь X(t).

Слайд 7

А-I-2 Системы c компенсацией возмущений. .

А-I-2 Системы c компенсацией возмущений.

.

Слайд 8

Разомкнутые САУ не совершенны, т.к. возмущений много, их сложно измерить. Подавляющее

Разомкнутые САУ не совершенны, т.к. возмущений много, их сложно измерить.
Подавляющее большинство

систем замкнутые и реализуют принцип регулирования по отклонению или, иначе говоря, принцип обратной связи.
Слайд 9

А-II. Обыкновенные замкнутые САУ В законе управления используется информация не только

А-II. Обыкновенные замкнутые САУ

В законе управления используется информация не только о

задаче управления X(t), но и о результатах управления Y(t).
Слайд 10

Структурная схема обыкновенной замкнутой САУ .

Структурная схема обыкновенной замкнутой САУ

.

Слайд 11

Принцип обратной связи исключительно универсален, т.к. где бы ни подействовали возмущения

Принцип обратной связи исключительно универсален, т.к. где бы ни подействовали возмущения

W(t) и V(t), он всегда будет устремлять Y(t)→ X(t) иначе говоря - рассогласование Е(t) → 0
Слайд 12

По виду сигнала X(t) системы А-II можно разделить на: А-II-1 Системы

По виду сигнала X(t) системы А-II можно разделить на:

А-II-1 Системы автоматического

регулирования (САР) иначе говоря, системы стабилизации. В САР X(t)=const, но V(t)≠0, W(t)≠0 и цель стабилизации состоит в том, чтобы E(t)=X(t)-Y(t) → 0
Слайд 13

А-II-2 Системы программного управления (СПУ), когда X(t)=var, V(t)≠0, W(t)≠0, но закон

А-II-2 Системы программного управления (СПУ), когда X(t)=var, V(t)≠0, W(t)≠0, но закон

изменения X(t) заранее известен. Цель управления E(t)=X(t)-Y(t) → 0
Типичный пример станки с ЧПУ.
Слайд 14

А-II-3 Следящие системы (СС) - X(t)=var по заранее не известному закону.

А-II-3 Следящие системы (СС) - X(t)=var по заранее не известному закону.

При V(t)≠0, W(t)≠0 необходимо E(t)=X(t)-Y(t) → 0
Типичный пример
Слайд 15

Б Самонастраивающиеся САУ Это системы, которые должны сами изменять свои свойства

Б Самонастраивающиеся САУ

Это системы, которые должны сами изменять свои свойства

(самонастраиваться), т.к. заранее не известно точно как поменяются условия их функционирования.
Слайд 16

Самонастраивающиеся САУ делятся на: Б-I Экстремальные САУ - сами вычисляют и

Самонастраивающиеся САУ делятся на:

Б-I Экстремальные САУ - сами вычисляют и поддерживают

в процессе работы наивыгоднейшие (экстремальные) для данного момента времени значения выходной координаты Y(t)
Слайд 17

В ходе движения ракеты изменяются вес Q, высота H, скорость V,

В ходе движения ракеты изменяются вес Q, высота H, скорость V,

так, что расход топлива R на единицу пути между точками А и В является сложной функцией этих переменных, т.е. R AB =R(Q,V,H…..).
Бортовая ЭВМ должна так рассчитывать переменные Q,V,H, чтобы R AB →min
Слайд 18

Б-II Системы с самонастройкой корректирующих устройств .

Б-II Системы с самонастройкой корректирующих устройств

.

Слайд 19

Системы с самонастройкой корректирующих устройств (КУ) – сами анализируют качественные показатели

Системы с самонастройкой корректирующих устройств (КУ) – сами анализируют качественные показатели

переходных процессов в САУ, т.е. Y(t) и изменяют параметры КУ так, чтобы эти показатели (перерегулирование σ, быстродействие, колебательность) удовлетворяли заданным требованиям.
Слайд 20

Б-III Системы с переменной структурой .

Б-III Системы с переменной структурой

.

Слайд 21

Системы с переменной структурой – это САУ в которых конкурируют между

Системы с переменной структурой – это САУ в которых конкурируют между

собой две структуры, так что они взаимоисключают друг друга. В результате появляется новое качество в СПС (способность совершать скользящие движения).
Рассмотрим идею СПС на примере САУ второго порядка, когда возможно применить фазовую плоскость (ФП). Пусть блок изменения структуры (БИС) делит ФП на две части (в верхней работает регулятор 1, в нижней - регулятор 2).
Пусть фазовая траектория САУ с регулятором 1 – эллипс. (А6- начало движения, стрелки указывают направления движения изображенной точки.)
Пусть для САУ с Р2 – фазовые траектории – гиперболы очевидно, что на линии S-S возникают скользящие движения.
Слайд 22

В. Игровые САУ Создаются в условиях, когда систему можно представить в

В. Игровые САУ

Создаются в условиях, когда систему можно представить в виде

игры двух сторон. Об одной стороне (своей) известно всё, а о другой стороне (чужой) известно очень мало. Процесс управления строится по шагам (дискретно) и на каждом шаге анализируется ситуация и вырабатываются такие управляющие воздействия, которые дают наибольшую выгоду. Ядром игровой САУ является её ВМ с мощным программным обеспечением (игра в шахматы, ПВО страны….).
Слайд 23

II. Классификация САУ по виду оператора D(Y). Любую САУ можно представить

II. Классификация САУ по виду оператора D(Y).

Любую САУ можно представить

как некоторый преобразователь входной величины Х в выходную У. Аналогичным образом любой элемент САУ можно представить в виде такого преобразователя. Обозначим, оператор преобразования через D и произведем классификацию САУ по виду преобразования сигналов, т.е. по виду оператора D.
Слайд 24

По виду оператора D САУ делятся на: 1. Линейные САУ -

По виду оператора D САУ делятся на:

1. Линейные САУ - это

системы, в которых выполняется принцип суперпозиции, т.е. реакция системы на сумму входных сигналов равна сумме реакций на каждый входной сигнал в отдельности:
D ( C1X1+C2X2+…CnXn ) = C1D(X1) +C2D(X2) +…CnD(Xn)
Т.о. в линейных САУ входные сигналы проходят на выход независимо друг от друга, что существенно упрощает исследование.
Слайд 25

2. Нелинейные САУ – это системы, в которых принцип суперпозиции не

2. Нелинейные САУ – это системы, в которых принцип суперпозиции не

выполняется, т.е.:
D ( C1X1+C2X2+…CnXn ) ≠C1D(X1) +C2D(X2) +…CnD(Xn) и даже D(C1X3) ≠C1D(X3)
Т.о., в нелинейных САУ прохождение сигналов зависит от других сигналов, и даже от их масштабов, что многократно усложняет анализ и синтез САУ.
Слайд 26

3. Стационарные САУ – системы, реакция которых на некоторое входное воздействие

3. Стационарные САУ – системы, реакция которых на некоторое входное воздействие

не зависит от времени появления последнего, т.е.:
D(X; t) =D(X; t+τ)

В стационарных САУ структура остается постоянной (“жесткой”) во времени, а параметры неизменными

Слайд 27

4. Нестационарные САУ – системы, реакция которых на некоторое входное воздействие

4. Нестационарные САУ – системы, реакция которых на некоторое входное воздействие

зависит от времени его появления, т.е.:
D(X; t) ≠D(X: t+τ)
В нестационарных САУ либо структура, либо параметры меняются с течением времени, а значит, меняются и динамические свойства. Пример: (энергосистема, робототехника).
Слайд 28

Слайд 29

5. Детерминированные САУ – системы, в которых на некоторый входной сигнал

5. Детерминированные САУ – системы, в которых на некоторый входной сигнал

возможна лишь одна вполне определенная реакция.
6. Стохастические (недетерминированные) САУ – системы, в которых на некоторый входной сигнал возможна одна из множества различных реакций, каждая из которых имеет определенную вероятность появления, т.е. реакция САУ носит случайный (стохастический) характер.
Слайд 30

7. Непрерывные САУ – системы, сигналы в которых представляют собой непрерывные

7. Непрерывные САУ – системы, сигналы в которых представляют собой непрерывные

функции времени.
8. Дискретные САУ - системы, сигналы в которых представляют собой дискретные функции времени. Дискретные сигналы образуются из непрерывных путем различного рода квантований.
Слайд 31

Различают: 8-а. Квантование по уровню – непрерывная функция заменяется дискретной (разрывной),

Различают:

8-а. Квантование по уровню – непрерывная функция заменяется дискретной (разрывной), принимающей

определённые квантованные уровни. Если уровней квантования 2-3, то такие САУ называют релейными.
Слайд 32

.

.

Слайд 33

8-б. Квантование во времени (импульсные САУ) свою очередь делят на: 8-б-1.Системы

8-б. Квантование во времени (импульсные САУ) свою очередь делят на:
8-б-1.Системы с

амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ). Непрерывный сигнал здесь заменяется амплитудно-модулированным сигналом в виде равноотстоящих импульсов одинаковой длительности с амплитудами, пропорциональными величине непрерывной функции.
Слайд 34

Слайд 35

8-б-2.Системы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Здесь: A=const T=const tn=x (t)

8-б-2.Системы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).
Здесь:
A=const
T=const
tn=x (t)

Слайд 36

8-б-3. Системы с времяимпульсной модуляцией (ВИМ). Эти системы имеют место в радиолокации, гидролокации, светолокации и тд.

8-б-3. Системы с времяимпульсной модуляцией (ВИМ). Эти системы имеют место в

радиолокации, гидролокации, светолокации и тд.
Слайд 37

8-в. Квантование по времени и по уровню (цифровые САУ). Непрерывный сигнал

8-в. Квантование по времени и по уровню (цифровые САУ). Непрерывный сигнал

заменяется последовательностью равноотстоящих импульсов, амплитуда которых квантируется по уровню с некоторой дискретностью ∆ А так, чтобы ошибка между А и X(+) была наименьшей.
Слайд 38

9. По характеру сигнала X(t) САУ делятся на: 9-а. Системы автоматического

9. По характеру сигнала X(t) САУ делятся на:

9-а. Системы автоматического регулирования

(САР) или системы автоматической стабилизации.
Слайд 39

9-б. Системы программного управления. Здесь Y3 (+)-Var, но по заранее известному закону. Пример: станки с ЧПУ.

9-б. Системы программного управления. Здесь Y3 (+)-Var, но по заранее известному

закону. Пример: станки с ЧПУ.
Слайд 40

9-в. Следящие системы В этих ситемах X(t)=Var изменяется, но по заранее

9-в. Следящие системы

В этих ситемах X(t)=Var изменяется, но по заранее неизвестному

закону. Пример: ПВО (ПВО на кораблях).
Слайд 41

По принципу действия автоматические системы делятся на: 10. Статистические САУ –

По принципу действия автоматические системы делятся на:

10. Статистические САУ – системы,

которые имеют принципиальную ошибку в статистическом режиме, т.е.:
ε=X(t)-Y(t)≠0 при Y(t) =const
11. Астатические САУ – системы, которые не имеют принципиальной ошибки при Y(t)=const
Слайд 42

Ш.Классификация роботов. Класс А Манипуляционные (для выполнения функций рук человека) А-1.

Ш.Классификация роботов.

Класс А
Манипуляционные (для выполнения функций рук человека)
А-1. Автоматические (действующие без

участия человека).
А-1-1. Программные (1-го поколения, не имеют сенсорики, сами не могут менять программу движений, но их можно быстро перепрограммировать!!!)
А-1-2. Адаптивные (2-го поколения, имеют сенсорику и сами могут поменять программу движения.)
А-1-3. Интеллектуальные (3-го поколения, имеют не только хорошую сенсорику, но и мощную ЭВМ, способны сами разработать программу в сложных непредсказуемых условиях.)
Слайд 43

А-2. Биотехнические (с непрерывным во времени участием человека) А-2-1. Командные (управляемые

А-2. Биотехнические (с непрерывным во времени участием человека)

А-2-1. Командные (управляемые с

пульта по отдельным степеням подвижности.)
А-2-2. Копирующие (имеют кинематически подобный исполнительному манипулятору, задающий манипулятор.)
А-2-3. Полуавтоматические (управляемые от рукоятки (джойстика) через ЭВМ.)
Слайд 44

А-3. Интерактивные (с частичным участием человека) А-3-1. Автоматизированные (чередование во времени

А-3. Интерактивные (с частичным участием человека)

А-3-1. Автоматизированные (чередование во времени

автоматических и биотехнических режимов.)
А-3-2. Супервизорные (с целеуказанием от оператора.) *
А-3-3. Диалоговые (с двусторонним обменом информацией между роботом и человеком.)
Слайд 45

Класс Б - Мобильные (локомоционные, транспортные – для выполнения функций ног)

Класс Б - Мобильные (локомоционные, транспортные – для выполнения функций ног)


Б-1. Шагающие (с движителями подобными ногам человека – для сложного рельефа)
Б-1-1. Программные (не меняют походки сами.)
Б-1-2. Биотехнические (с непрерывным участием человека – «Калифорнийская Лошадь».)
Б-1-3. Интеллектуальные (способные сами поменять походку).

Слайд 46

Б-2. Самодвижущиеся (с любыми движителями – колеса, реактивные двигатели и т.д.)

Б-2. Самодвижущиеся (с любыми движителями – колеса, реактивные двигатели и т.д.)

Б-2-1.

Программные
Б-2-2. Адаптивные
Б-2-3.Интеллектуальные *
Слайд 47

Б-3.Экзоскелетоны (внешние скелеты – для усиления конечностей человека) Б-3-1. Открытые –

Б-3.Экзоскелетоны (внешние скелеты – для усиления конечностей человека)

Б-3-1. Открытые –

без герметизации
Б-3-2. Скафандровые – с герметизацией (под водой, тушение пожаров, в радиоактивной среде).
Б-3-3. Прыгающие (когда тяготение мало, напр. на Луне).
Слайд 48

Класс В Информационные (для добывания информации из экстремальных сред) В-1. Исследователи

Класс В Информационные (для добывания информации из экстремальных сред)

В-1. Исследователи

(для изучения свойств сред или предметов)
В-1-1. Непрерывные
В-1-2. Накапливающие
В-1-3. Адаптивные
Слайд 49

В-2. Искатели – определители (для поиска предметов и определения их свойств)

В-2. Искатели – определители (для поиска предметов и определения их свойств)

«Лортодромия»

В-2-1. Контактные (нужен контакт)
В-2-2. Дистанционные пассивные (когда искомый предмет излучает энергию).
В-2-3. Дистанционные активные (сами зондируют пространство излучениями – ультразвук, радио-волны, лазерное излучение, …).

Слайд 50

Класс Г Творческо – игровые (для решения интеллектуальных задач) Г-1. Проектировщики

Класс Г Творческо – игровые (для решения интеллектуальных задач)

Г-1. Проектировщики (САПР,

АРМ, …).
Г-1-1. Программные
Г-1-2. Интерактивные
Г-1-3. Интеллектуальные
Слайд 51

Г-2. Игровые (решение задач из «Теории игр») Г-2-1. Позиционные игры (шахматы)

Г-2. Игровые (решение задач из «Теории игр»)

Г-2-1. Позиционные игры (шахматы)
Г-2-2. Динамические

игры (ПВО….)
Г-2-3. Определение эффективности систем и мероприятий (тренажеры)
Слайд 52

Г-3. Композиционные Г-3-1. Автоматический переводчик Г-3-2. Референт, библиограф, кассир Г-3-3. Композитор, поэт. *

Г-3. Композиционные

Г-3-1. Автоматический переводчик
Г-3-2. Референт, библиограф, кассир
Г-3-3. Композитор, поэт. *

Слайд 53

* Гефест – бог кузнечного ремесла. «…. и к мехам обратился

*
Гефест – бог кузнечного ремесла.
«…. и к мехам обратился
Их на

огонь он направил и действовать дал приказанье
Сколько их было, все двадцать мехов задышали в горнило
Разнообразнейшим, сильно огонь раздувавшим дыханьем,
Те – помогая, когда он спешил, а другие иначе,
Как желалось Гефесту, чтоб дело закончить получше.»
Гомер, «Илиада» 8-12 вв. до н.э.