Теория автоматического управления презентация

изучения дисциплины студенты должны:

знать основы теории построения замкнутых систем автоматического управления, основные методы анализа и синтеза систем управления;

уметь применять теоретические знания для анализа и синтеза систем управления электромеханическими объектами.

Высшая математика

Информатика

Теоретические основы электротехники

Электрические машины

Теория автоматического управления

Специальные дисциплины

– М.: Изд-во «Наука». Главная редакция физ.-мат. литературы, 1975. – 768 с. (переизд. 2003, 2004)

2. Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования. Книга 1. Математическое описание, анализ устойчивости и качества систем автоматического регулирования. Под ред. д.т.н., проф. Солодовникова В.В. – М.; Изд-во «Машиностроение», 1967. – 770 с.

3. Синтез вентильних приводів постійного струму: Навч. посібник / Коцегуб П.Х. – К.: ІЗМН, 1997. – 122 с.

4. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления. – Москва.: ЛБЗ, 2002. – 832 с.

5. Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.1. Линейные системы. – М.: Физматлит, 2003. – 288 с.

6. Филлипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью. – М.: ЛБЗ, 2001. – 616 с., ил.

Литература

Чувствительна к возмущениям
Нуждается в периодической настройке

Достоинства
Проста в разработке
не дорогая
не влияет на устойчивость
быстрая отработка задания

устойчивости
Возможна медленная отработка задания

Достоинства
Не чувствительна к изменению параметров
Не чувствительна к возмущениям

Датчик скорости

+

-

Измеренная
скорость

R

E

D

U

Y

Регулятор

ACTUATOR

Объект

SENSOR

единицы

Пусть k1=10

Пусть k1=99

природы и процессы, наблюдаемые в них, обладающая свойством целеустремленности.

Любой процесс управления подразумевает наличие объекта управления (управляемой подсистемы) и управляющей подсистемы.

Поведение всякой системы управления определяется целью управления, внешними условиями (окружающей обстановкой) и внутренними условиями (свойствами управляемой системы и объекта управления).

Система управления образуется управляемой и управляющей подсистемами, находящимися во взаимодействии друг с другом.

Наличие цели управления (целеустремленности) является фундаментальным признаком системы.

u2, …, um - управляющие воздействия

f1, f2, …, fk - возмущающие воздействия

Воздействия

Координаты

x1, x2, …, xn – выходные координаты (переменные состояния)

y1, y2, …, yl - наблюдаемые координаты (переменные)

Система управления называется автоматической, если основные функции управления, необходимые в процессе работы системы для достижения цели управления, осуществляются без непосредственного участия человека

на которую действуют управляющие и возмущающие воздействия, полностью определяющие ее текущее состояние (значения переменных состояния x1, x2, …, xn).

В роли объекта управления может выступать любой предмет, устройство, объект, процесс.

В зависимости от реакции на входные воздействия ОУ подразделяют на

устойчивые

нейтральные

неустойчивые

Начальные условия

На время Т происходит изменение одного из воздействий с последующим возвратом к начальным условиям

Результирующее состояние

или

и fi), в общем случае являющиеся функциями времени t, могут рассматриваться как компоненты многомерных вектор-функций:

вектор состояния

вектор наблюдения

вектор управления

вектор возмущения

Математическая модель системы – некоторое математическое описание, которое адекватно отображает реальные установившиеся и переходные процессы в объекте (с учетом реальной сложности поставленной задачи управления).

Для непрерывных систем

В зависимости от числа n вводимых в рассмотрение составляющих вектора состояния, различают одномерные (n=1), двухмерные (n=2) и многомерные САУ.

ориентированная на замкнутые активные динамические системы направленного действия.

Система автоматического регулирования (САР) – динамическая система, обеспечивающая отработку заданного сигнала с требуемой точностью при помощи использования результатов сравнения заданных и действительных значений регулируемых координат для управления источниками энергии.

ПУ – (усилительно-)преобразующее устройство, предназначено для преобразования слабого по мощности сигнала y(t) в мощное силовое воздействие u(t) на объект. Реализуется в основном на основе вычислительных и усилительных элементов.

КУ – корректирующее устройство предназначено для выработки управляющего сигнала малой мощности y(t), в зависимости от задающего сигнала g(t) и текущего состояния САР. В общем случае может состоять из требуемого количества датчиков измерения координат, узлов сравнения и узла формирования сигнала y(t).

ОУ;

2. Выбор преобразующих устройств для воздействия на ОУ;

3. Разработка математических моделей ОУ, датчиков и ПУ;

4. Проектирование корректирующего устройства на основе разработанных моделей и принятых критериев качества;

5. Оценка результатов синтеза САР аналитически, путем математического моделирования и, наконец, на экспериментальном стенде (путем физического моделирования);

6. Если испытание экспериментального образца дает неудовлетворительные результаты, следует повторить этапы 1 – 5.

допустимых пределах значений ошибок между требуемыми и действительными изменениями регулируемых величин.

Как правило, чем жестче требования к точности (чем выше требуемое качество регулирования), тем сложнее окажется САР. Поэтому нужно стремиться к разумному компромиссу между достижением возможно более высокого качества работы системы и использованием при этом возможно более простых технических средств.

Категории требований, предъявляемых к САР

требования к запасу устойчивости системы (обусловливает необходимость компенсации возмущений);

требования к величине ошибок в установившемся состоянии (для обеспечения статической точности САР);

требования к поведению системы в переходном режиме (условия качества);

требования к величине ошибок при наличии непрерывно меняющихся воздействий (для обеспечения динамической точности САР);

требования по ограничению на чувствительность САР к изменению параметров ОУ.

реализации;

не требует КУ (обычно);

качество регулирования определяется свойствами ОУ;

важный недостаток – высокая параметрическая чувствительность

возмущение f(t) достаточно просто и недорого можно измерить с помощью соответствующих датчиков (идентификаторов, наблюдателей);

параметры ПУВ для компенсации возмущения f(t) выбираются т.о., чтобы составляющая Δu(t) управляющего воздействия u(t), обусловленная действием канала компенсации возмущения, обеспечивала нейтрализацию возмущения f(t) в точке его приложения;

принцип неэффективен при большом числе возмущений и (или) невозможности их точного измерения;

в электромеханических системах принцип используют для компенсации противо-ЭДС электродвигателей, статического момента и некоторых др.

принцип состоит в формировании управляющего воздействия на основе сравнения требуемого изменения регулируемой переменной, определяемого управляющим воздействием, с действительным ее изменением;

эффективный метод борьбы с возмущениями;

существенно снижает чувствительность САР к изменению ее параметров.

Корректирующее устройство (автоматический регулятор) при наличии ПУ называют регулятором непрямого действия, при отсутствии ПУ – регулятором прямого действия

Альтернативное обозначение УС

регулируемой координаты – разность между ее значением в данный (текущий) момент времени и некоторым начальным ее значением (соответствующего моменту времени до подачи управляющего воздействия).

При неограниченно возрастающих управляющих воздействиях отклонение регулируемой величины является также неограниченно возрастающей функцией времени, тогда как ошибка ε(t) в удовлетворительно работающей системе всегда остается ограниченной

ε(t)= xЗ(t) – x(t)

и компенсацию отклонений, и компенсацию возмущений;

САР в этом случае представляет собой комбинацию систем согласно принципов 2 и 3

которых задающие воздействия g(t) представляют собой заданные постоянные величины;

системы программного регулирования, в которых одно или несколько задающих воздействий являются известными функциями времени, а остальные – заданными постоянными величинами;

следящие системы, в которых все или некоторые управляющие воздействия представляют собой заранее неизвестные функции времени;

экстремальные системы, задача которых состоит в поддержании некоторой регулируемой переменной, определяемой принятым критерием качества, на экстремальном уровне (например, регулирование с максимальным КПД и др.)

системы к другому:

непрерывные – сигналы на входе и на выходе всех элементов системы представляют собой непрерывные функции времени;

дискретные – сигналы на выходе некоторых элементов системы имеют дискретный характер:

Классификации САР

системы с гармонической модуляцией сигнала, содержащие модуляторы и демодуляторы (элементы, осуществляющие прямое и обратное преобразование непрерывного сигнала в гармонически модулированный);

(импульсные модуляторы и экстраполяторы) и осуществляющие квантование сигнала по времени;

Классификации САР

2. В зависимости от характера внутренних сигналов, передаваемых от одного элемента системы к другому:

релейно-импульсные, или кодово-импульсные, в которых происходит квантование сигнала как по времени, так и по уровню.

Классификации САР

2. В зависимости от характера внутренних сигналов, передаваемых от одного элемента системы к другому:

непрерывные – для математического описания используются дифференциальные уравнения;
дискретные – для математического описания используются разностные уравнения;
дискретно-непрерывные – для описания используются и тот, и другой вид уравнений.

4. В зависимости от характера воздействий:

детерминированные - параметры САР и приложенные к ней воздействия являются детерминированными функциями переменных состояния и времени;

статистические – параметры и воздействия являются случайными функциями.

в)
стационарные – все параметры САР не изменяются с течением времени;
нестационарные – некоторые параметры САР изменяются.