Теория Автоматического Управления

изучающая:
принципы построения систем автоматического управления;
закономерности переходных процессов, протекающих в системах;
методы анализа и синтеза;
методы структурных преобразований, обеспечивающих требуемое качество и точность систем автоматического управления.

таких понятиях, как
система автоматического управления (САУ),
объект управления (ОУ),
устройство управления (УУ),
принципы управления,
задающее воздействие,
управляемая величина,
возмущающее воздействие,
управляющее воздействие и др.

устройств и систем.
Автоматическое управление – совокупность операций, необходимых для пуска и остановки процесса, а также для поддержания или изменения в требуемом направлении величин, характеризующих процесс.
Совокупность операций управления, которые относятся к поддержанию или изменению показателей процесса, представляют собой регулирование.

Общие понятия

которой поддерживается устройством управления.

Общие понятия

Автоматическое устройство, осуществляющее автоматическое регулирование, называется автоматическим регулятором.

Объект управления (ОУ) вместе с присоединенным к нему устройством управления образует систему автоматического управления.

- Контролируемые (управляющие воздействия)
- Неконтролируемые (возмущающие воздействия)
Выходные параметры характеризуют текущее состояние системы. Выходными величинами являются текущие расходы готовых продуктов, любой физический, химический или органолептический показатель готового продукта, а также режимные показатели, такие как температура, давление и т.д.
Изменения качественных параметров называют отклонениями.

При автоматизации любого объекта его технические данные определяют входные (количественные) и выходные (качественные) параметры.

Общие понятия

проще объект управления, тем проще исключить человека)

Управление– целенаправленное воздействие на объект (автомобиль, станок, атомный реактор, фирму, завод…) приводящее его в требуемое состояние.

вектор выходных координат
F(t) – возмущающее воздействие (помехи)
G(t) – задающее воздействие

3 типа управления:
1)Ручное (YX, человек)
2)Автоматизированное (АСУ, ИУС)
3 ) Автоматическое (САУ)

Регулирование – частный случай управления техническими системами. Регулирование направлено на поддержание объектом заданного состояния.

режимы:

В зависимости от места расположения командной аппаратуры управления в автоматизированном и ручном режимах может быть местным (аппаратура управления устанавливается непосредственно у оборудования) либо дистанционным.

ручное управление – ручной режим, при котором все операции по управлению осуществляются оператором.

полуавтоматическое управление (автоматизированное) – полуавтоматический режим, при котором реализация основных командных операций по управлению возлагается на оператора;

автоматическое управление – автоматический режим, при котором управление происходит без участия оператора, но по его заданию и при его контроле;

Основные определения и понятия

управляемой величины у, характеризующей работу объекта управления .

Возмущающее воздействие f приложено к ОУ и вызывает нежелательные отклонения управляемой величины от требуемого значения.

Управляющее воздействие уу формируется УУ согласно закона управления и направлено на компенсацию отклонения фактического значения управляемой величины у от требуемого значения уз.

Система автоматического управления
совокупность объекта управления и устройства управления, которые взаимодействуют между собой в соответствии с целью управления.

Объект управления – любой технический объект, который подлежит управлению в целях организации требуемого режима работы с помощью управляющих воздействий.

Устройство управления – это совокупность устройств, формирующих управляющее воздействие на объект управления и обеспечивающее управление соответствующими технологическими параметрами.

управляющее воздействие уу.

В общем случае закон управления можно представить функцией

где - отклонение (ошибка, рассогласование) требуемого значения управляемой величины уз от её фактического значения у.

Система автоматического управления

необходимости его реализация путем увеличения или уменьшения расхода горячей воды;

Пример: последовательность действий при установке и поддержании желаемой температуры воды на выходе из смесителя.

Недостатки: рутинность, т.е. если выполнять данные действия долгий промежуток времени, человек устанет, а следовательно снизится качество

Качество регулирования зависит:
1. характера возмущений расходов и давлений горячей и холодной воды. 2 опыта (интеллекта) человека

исключить человека из процесса управления).

Автоматизированное управление

Управление экономическими объектами как правило автоматизированное.

Например: процесс производства тепла и электроэнергии в энергетическом блоке котел-турбина или выработка пара в котле.
Автоматизированная система является сложным комплексом, который состоит из множества систем дистанционного управления, САР, программного или оптимального управления.
Главная особенность автоматизированных систем – наличие человека-оператора

и т.д.
Пример: в быту - электрический утюг или холодильник, в которых поддерживается постоянная температура нагрева и охлаждения.
2. Программное управление или программное регулирование режимом работы объекта по заранее заданной  программе.
Широко применяется в процессах плавного пуска и останова технологического оборудования
Пример: управление с целью изменения температуры воды на выходе из смесителя по заданной программе, например медленное, со скоростью 5 С в минуту, увеличение температуры.

Автоматическое управление

Основные виды автоматического управления:

требованиям технологии, экономики или по другим соображениям.
В теории автоматического управления алгоритм функционирования считают заданным. Алгоритм функционирования САУ задается видом «уставки» (т. е. требуемым характером управляемой величины).

Алгоритм управления (регулирования) показывает, как должно изменяться управляющее (регулирующее) воздействие u(t), чтобы обеспечить заданный алгоритм функционирования – x(t).

Принципы управления

б) регулирование по возмущению
в) регулирование в замкнутой системе на ошибке или задержке
г)комбинированное управление

стабилизации
б)системы программного управления
в) следящие системы

действия
4) По виду математического описания
а) линейные
б) нелинейные
5) По уровню организации
а)обычные системы
б)адаптивные системы (самонастраивающиеся, самообучающиеся, самоорганизующиеся)

– САУ многоканальные (с несколькими управляемыми величинами).

7. По виду используемой энергии:

– электрические;
– гидравлические;
– пневматические;
– электрогидравлические;
– электропневматические.

Системы Автоматического Управления

Классификация САУ

(регулирования):
принцип разомкнутого управления (регулирования);
принцип компенсации возмущений – управление (регулирование) по возмущению;
принцип обратной связи –
управление (регулирование) по отклонению.

Принципы управления

САУ, различают САУ без обратной связи (разомкнутые), САУ с обратной связью (замкнутые) и комбинированные САУ.

Для разомкнутой САУ закон управления

Это выражение не учитывает характер изменения управляемой величины у и возмущения f, что является существенным недостатком разомкнутой САУ. Поэтому в таких САУ применяют элементы и устройства, имеющие стабильные характеристики.

функционирования и не контролируется другими факторами – фактическим значением управляемой величины или величиной возмущения.

При наличии значительных возмущающих воздействий f величина x может заметно отклоняться от заданной, при этом управление станет непригодным и следует использовать другие принципы управления.

Схема управления имеет вид разомкнутой цепи, это и дало основание названию принципа.

возмущений (управление по возмущению)

Для повышения точности управления можно, измерив возмущения, ввести по результатам измерения коррективы в алгоритм управления, которые компенсировали бы вызываемые возмущениями отклонения алгоритма функционирования.

могут воздействовать несколько возмущений f1, f2, но учёт всех возмущающих воздействий в законе управления является сложной и зачастую невыполнимой задачей. Как правило, в законе управления удаётся учесть лишь некоторые возмущения

Такая задача называется задачей компенсации возмущающего воздействия f1. При компенсации возмущающего воздействия САУ становится независимой или инвариантной к этому возмущающему воздействию.

б) Принцип управления по возмущению

без измерения возмущений. В этом случае коррективы в алгоритм управления вносятся по фактическому значению регулируемой величины.

В соответствии с этим принципом воздействие на регулирующий орган объекта (РО) вырабатывается как функция отклонения ɛ(t) управляемой величины х(t) от уставки g(t):

Схема имеет вид замкнутой цепи, что дало основание назвать осуществляемый в ней принцип принципом управления по замкнутому контуру. Так как направление передачи воздействий в дополнительной связи обратно направлению передачи основного воздействия на объект эту цепь называют цепью обратной связи.

в) Принцип обратной связи. Управление по отклонению

управляемой величины от требуемого значения.

Возможность получения такого закона управления обусловлена наличием главной отрицательной обратной связи (ГООС), которая обеспечивает измерение управляемой величины и сравнение её на входе УУ с задающим воздействием.

связи (управление по отклонению) и принцип компенсации возмущений (управление по возмущению), т. н. комбинированные САУ (САР).

г.) Комбинированное управление

комбинированного управления

при постоянном внешнем воздействии, стремящемся с течением времени к некоторому установившемуся значению, ошибка также стремится к постоянному значению, зависящему от величины управляющего воздействия.

Система автоматического управления именуется астатической по отношению к управляющему воздействию, если при воздействии, стремящемся к установившемуся значению, ошибка стремится к нулю независимо от величины воздействия.
На основании этого можно сделать заключение о том, что по точности астатические системы лучше статических и поэтому последние годы находят более широкое применение.

Статические и астатические системы

стабилизации
G=const
б)системы программного управления
G=f(t)
в) следящие системы
G=?

Хвх(t) = const);
– системы программного управления (задающее воздействие Хвх(t) известная, заранее заданная функция времени);
– следящие системы (задающее воздействие Хвх(t) является случайной функцией времени).

Системы стабилизации применяются для поддержания постоянства управляемых величин различных объектов, например, напряжения генератора, угловой скорости вращения вала электродвигателя, температуры, давления в гермокамере и т. д.

Системы программного регулирования применяются для программного управления технологическими процессами, программного регулирования температуры, программного управления станками и т. п.

Следящие системы находят применение для управления, например, пусковой установкой, которая должна занять положение, соответствующее прибору наведения (прицелу), управляемому человеком-оператором.

действия
4) По виду математического описания
а) линейные
б) нелинейные
5) По уровню организации
а)обычные системы
б)адаптивные системы (самонастраивающиеся, самообучающиеся, самоорганизующиеся)

– САУ многоканальные (с несколькими управляемыми величинами).

7. По виду используемой энергии:

– электрические;
– гидравлические;
– пневматические;
– электрогидравлические;
– электропневматические.

Классификация систем автоматического управления

принцип управления по отклонению.

по отклонению.

регулятора, а сам регулятор –
П-регулятором. Очевидно, что увеличение сигнала рассогласования Δu ведёт к увеличению управляющего сигнала uу и наоборот.

Это достаточно «простое» управление не учитывает инерционности элементов САУ и управляющий сигнал будет запаздывать по отношению к изменению сигнала рассогласования. Поэтому может оказаться, что сигнал рассогласования уменьшается, а управляющий сигнал увеличивается, в результате чего переходный процесс становится всё более колебательным, иногда вплоть до расходящегося процесса.