Автоматичні системи управління

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Курсова робота
Тема: «Автоматичні системи управління»

Зміст

Введення ................................................. .................................................. . 2
1.Історія розвитку .............................................. ........................................ 3
2.Основні поняття .............................................. ...................................... 10
2.1. Фундаментальні принципи управління ...................................... 11
2.2. Принцип розімкнутого управління ............................................... . 15
2.3. Принцип управління з відключення ............................................ 15
2.4. Принцип регулювання з відключення ...................................... 16
3.Основні види алгоритмів функціонування .................................. 18
3.1. Пошук екстремуму показника якості ......................................... 18
3.2. Принцип оптимального управління ............................................... 19
3.3. Принцип адаптації ................................................ .......................... 19
4.Класифікація систем автоматичного управління ......................... 20
4.1. Системи автоматичної стабілізації ........................................ 21
4.2. Основні елементи систем автоматичного регулювання ..... 22
4.3. Статичне і астатические регулювання ................................... 24
4.4. САУ безперервного, релейної дії ........................................ 25
4.5. Регулювання за збуренням ............................................... ......... 25
Висновок ................................................. .................................................. 27
Список літератури ................................................ ...................................... 29

Введення

В основних напрямах економічного і соціального розвитку стає завдання розвивати виробництво електронних пристроїв регулювання і телемеханіки, виконавчих механізмів, приладів і датчиків систем комплексної автоматизації складних технологічних процесів, агрегатів, машин і устаткування.
Досвід, накопичений при створенні автоматизованих і автоматичних систем управління, показує, що управління різними процесами грунтується на низці правил і законів, частина з яких виявляється загальною для технічних пристроїв, живих організмів і суспільних явищ. Вивчення процесів управління, отримання, перетворення інформації в технічних, живих і громадських системах складає предмет кібернетики, важливим розділом який є технічна кібернетика, включаючи аналіз інформаційних процесів управління технічними об'єктами, синтез алгоритмів керування та створення систем керування, що реалізують ці алгоритми.
Технічна кібернетика покликана вирішувати завдання теоретичного аналізу та розвитку методів технічного конструювання елементної бази систем управління. Виділення цього розділу технічної кібернетики в самостійну наукову дисципліну «Елементи систем автоматичного управління та контролю» стало наслідком накопичення великого обсягу матеріалу, присвяченого досліджень різноманітних пристроїв автоматики та його систематизації, яка вперше в нашій країні проведена
чл.-кор. АН СРСР Б. С. Сотсковим.


1. Історія розвитку
Теорія автоматичного регулювання та керування належить до числа наукових дисциплін, що утворюють в сукупності науку про управління. На початку вона створювалася з метою вивчення закономірностей у процесах автоматичного управління технічними процесами - виробничими, енергетичними, транспортними і т.п. . В даний час основне значення теорія автоматичного регулювання та управління має для вивчення технічних процесів, хоча в останні роки її висновками і результатами починають користуватися для вивчення динамічних властивостей систем управління не тільки технічного характеру.
Для здійснення автоматичного управління створюється система, що складається з керуючого об'єкта і тісно пов'язаного з ним керуючого пристрою. Як і всяке технічна споруда, систему управління прагнуть створити як би конструктивно жорсткою, динамічно «міцної». Ці чисто механічні терміни досить умовні і вжиті тут в тому сенсі, що система повинна бути здатна виконувати приписане їй програму дій, незважаючи на неминучі перешкоди з боку зовнішнього середовища.
Вперше, мабуть, з необхідністю побудови регуляторів зіткнулися творці високоточних механізмів, в першу чергу - годин. Навіть невеликі, весь час діють у них перешкоди приводили в кінцевому підсумку до відхилень від нормального ходу, неприпустимим за умовами точності. Протидіяти цим перешкод чисто конструктивними засобами, наприклад, поліпшуючи обробку деталей, підвищуючи їх масу або збільшуючи що розвиваються пристроями корисні зусилля, не вдавалося, і для вирішення проблеми точності до складу системи стали вводити регулятори. На рубежі нашої ери араби забезпечили поплавковим регулятором рівня водяний годинник. Гюйгенс в 1657 році вмонтував у години маятниковий регулятор ходу.
Ще однією причиною, що спонукає будувати регулятори, була необхідність керувати процесами, протекавшими при наявності настільки сильно змінюються перешкод, в першу чергу навантаження, що при цьому втрачається не лише точність, але і працездатність системи. Провісником регуляторів для подібних умов можна вважати застосовувалися ще в середні століття регулятори ходу водяних борошномельних млинів з відцентровими маятниковими елементами. Хоча окремі автоматичні регулятори з'являлися дані часи, вони залишалися цікавими для історії техніки епізодами і скільки-небудь серйозного впливу на формування техніки і теорії автоматичного регулювання не надали. Розвиток промислових регуляторів почалося лише на рубежі XVIII і XIX століть, в епоху промислового перевороту в Європі. Першими промисловими регуляторами цього періоду є автоматичний поплавковий регулятор живлення котла парової машини, побудований в 1765 р.
І. І. Ползуновим, і відцентровий регулятор швидкості парової машини, на який в 1784 р. Отримав Потент Дж. Уатт. Ці регулятори як би відкрили шлях потоку пропозицій щодо принципів регулювання і винаходів регуляторів, що тривала протягом XIX ст. У цей період з'явилися регулятори з впливом за швидкістю (Сіменса), за навантаженням (Понселе), сервомотори з жорсткою зворотним зв'язком (ФАРК), регулятори з гнучкою зворотним зв'язком (ізодромние), імпульсні регулятори «на відсічення пара», вібраційні електричні регулятори і т . п.
Парова машина не випадково стала першим об'єктом для промислових регуляторів, так як вона не володіла здатністю стійко працювати сама по собі, тобто не володіла «самовирівнювання». Її неприємні динамічні особливості часто приводили до неприємних несподіванок, коли підключений до машини регулятор діяв не так, як очікував конструктор: «розгойдував» машину або взагалі опинявся нездатним керувати нею. Все це, природно, спонукало до проведення теоретичних досліджень. Публікація цих досліджень починається з 30-х років (перша відома публікація Д. С. Чижова. Була в 1823 році). Проте до кінця 60-років теоретичні дослідження регуляторів відрізняються тим, що сьогодні називається «відсутністю системного підходу». Частина авторів ще не бачить, що в техніці виникло принципово новий напрямок; вони вважають, що регулятори - лише деяка різновид, приладове виконання «модераторів», «зрівнювачів ходу», класичним представником яких були насаджується на вал машини маховики. У деяких з цих робіт вважається, що регулятор діє ідеально, не володіючи власною інерцією. Кроком вперед були роботи, що враховують динаміку регулятора, але і в них регулятор розглядався окремо від машини. Автори домагалися доброго «заспокоєння» коливань самого регулятора, вважаючи, що це достатньо і для заспокоєння коливань машини. При такому підході теоретичні дослідження не могли стати фундаментом нової науки і були лише додатковими проробками в рамках прикладної механіки, придатком до її розділу про парових машинах.
Докорінна зміна у підході до проблеми і в методологію дослідження внесли три фундаментальні теоретичні роботи, що містили в собі, по суті, виклад основ нової науки: робота Д. К. Максвелла
«Про регуляторах» (1866) і роботи І. А. Вишнеградський «Про загальну теорії регуляторів» (1876) та «Про регуляторах прямої дії» (1877). Д. К. Максвелл і І. А. Вишнеградський здійснили системний підхід до проблеми, розглянувши регулятор і машину як єдину динамічну систему. Вони сміливо спростили завдання, перейшовши до дослідження малих коливань і лінеаризована складні диференціальні рівняння системи, що дозволило дати загальний методологічний підхід до дослідження самих різнорідних з фізики та конструкції систем, закласти основи теорії стійкості, особливо актуальною для того часу, і встановити ряд важливих загальних закономірностей регулювання за принципом зворотного зв'язку.
Виключно важливу роль у той час зіграла робота І. А. Вишнеградський, що відрізнялася глибоким інженерним підходом, розглядом найбільш актуальних для техніки тих років об'єктів і містила крім цінних практичних рекомендацій також витоки ряду сучасних методів дослідження стійкості та якості регулювання (діаграми стійкості і розподілу коренів, виділення областей стійкості і монотонності та ін.) саме І. А. Вишнеградський є основоположником теорії автоматичного регулювання.
Глибока робота Д. К. Максвелла залишилася в той час малозамеченной, тому що вона розглядала нехарактерний об'єкт, явно корисних практичних висновків не робила і навіть по умоглядних висновків рекомендувала практично непридатні для машин того часу астатические регулятора. Її роль була оцінена пізніше, коли теорія автоматичного регулювання вже сформувалася в самостійну наукову дисципліну.
Вже в ті роки теорія регулювання стала стимулювати розробки математичного плану. На заклик Д. К. Максвелла Раус розробив алгоритм для оцінки розташування коренів характеристичного рівняння і стійкості. На прохання А. Стодоли вивів детермінантних критерій стійкості Гурвіц.
Роботи словацького інженера і вченого А. Стодоли займають чільне місце в теорії стійкості регулювання парових і гідравлічних турбін. Він спробував врахувати вплив довгого трубопроводу на процес регулювання і отримав при цьому цікавий результат.
Великий внесок у теорію регулювання внесений Н. Є. Жуковським, автором праці «Про міцність руху» і першого російського підручника «Теорія регулювання ходу машин» (1909). М. Є. Жуковський дав математичний опис процесів в довгих трубопроводах, розглянув вплив сухого тертя у регуляторах, досліджував деякі процеси імпульсного регулювання.
У перші десятиліття XX століття теорія автоматичного регулювання, що вийшла з рамок прикладної механіки, формується як загальнотехнічна дисципліна. У цей період з'являється цілий ряд робіт, що розглядають додаток теорії і розповсюджує її висновки на найрізноманітніші технічні процеси. Особливо чітко думка про теорію регулювання, як дисципліни загальнотехнічного характеру, проводиться у ряді робіт І. М. Вознесенського (1922-1949), керівника однієї з великих радянських шкіл у цій галузі.
Зміна автоматично керованих систем, пов'язані з підвищенням інтенсивності процесів, ускладнення структури і підвищенням вимог, що пред'являються до швидкості протікання, точності і якості процесів, призводять до необхідності створення більш ефективних аналітичних методів дослідження систем. Думка дослідників звертається до частотних методів, що дозволяє поєднувати тонкі аналітичні та наочні графічні прийоми, теоретичні та експериментальні методи дослідження. Перші кроки в цьому напрямку робляться в передвоєнні роки. З'являються робота Х. Найквіста (1932), в якій пропонувався критерій стійкості радіотехнічних підсилювачів зі зворотним зв'язком, заснований на властивості частотної характеристики розімкнутої системи, і робота А. В. Михайлова «Гармонійний метод в теорії регулювання» (1938), що відкрила новий етап у теорії регулювання; в останній влаштувалася доцільність використання частотних методів в теорії регулювання і пропонувалися нові методи, в чесності «критерій Михайлова», що не вимагає попереднього розмикання ланцюга регулювання. У післявоєнний період частотні методи швидко увійшли в практику. У 1946 році Г. Боде. і Л. Мак Кількість ввели логарифмічні частотні характеристики. Флойд для дослідження якості запропонував наближену розбивку речовій частотної характеристики на трапеції. Г. Браун, А. Холл, Д. Кемпбелл, Г. Честнат, А. В. Михайлов, В. В. Солодовников та ін Завершили розробку частотних методів синтезу та розрахунку систем, надавши їм форму, зручну для інженерних розрахунків.
У ці ж роки зусилля дослідників спрямовуються на розробку загальних основ теорії нелінійних систем. Труднощі проблеми полягала в тому, що не існувало єдиного загального математичного апарату для розв'язання нелінійних задач. Просунутися в цьому напрямі вдалося тоді, коли з безлічі приватних видів нелінійних систем були виділені для дослідження вузькі з математичної точки зору, але досить широкі в практичних додатках класи - системи, в яких виділяється дві зв'язані частини: загальна (лінійна) частину і безінерційний елемент з нелінійної статичною характеристикою; приватний вид цього класу - кусково-лінійні системи з релейним нелінійним елементом (або кусково-лінійної статичної характеристикою). Переважна більшість робіт розглядає ці класи систем, хоча в окремих працях зустрічаються й інші системи.
Одне з важливих напрямків дослідження стійкості нелінійних систем, що грунтується на роботах А. М. Ляпунова (1896), розвивалося в СРСР у роботах Н. Г. Четаєва (1945), А. І. Лур (1944-1951), А.М. Лєтова (1955) і ін
Завершальним етапом розвитку цього напрямку можна вважати розробку теорії абсолютної стійкості. Проблема була висунута в роботах А. І. Лур 'є і В. М. Постнікова (1944), у більш виразною постановці - М. А. Айзерманом (1949,1963), і доведена до витонченого рішення румунським ученим В. М. Поповим (1959 ), в якому використовувалися частотні подання, В. А. Якубовичем і ін
Велике значення для якісного дослідження нелінійних систем мають методи, що базуються на представленні перехідних процесів траєкторіями у фазових площині і просторі. Основи напряму були закладені А. А. Андроновим і його школою у 30 - 40-і роки. Метод фазової площини, володіючи великою наочністю і глобальним охопленням всіх можливих рухів, незважаючи на обмеженість головним чином рівняннями другого і третього порядків, розкрив ряд специфічних особливостей процесів у нелінійних системах - наявність граничних циклів, ковзних режимів, загарбання коливань і т.п. Поєднання фазових уявлень з аналітичними методами дало можливість запропонувати і досліджувати новий важливий клас систем зі змінною структурою, що зберігають високу якість роботи в умовах значних змін параметра об'єкта (С. В. Ємельянов та ін, 60-ті роки). Робота в цьому напрямку визнана гідною Ленінської премії в 1971 р.
Я. З. Ципкін були розроблені основи теорії релейних (1955) та імпульсних (60-і роки) систем з різними видами модуляції. Цикл цих робіт удостоєний Ленінської премії в 1960 р.
Для визначення параметрів автоколивань наближеними методами М. М. Криловим та М. М. Боголюбовим був розроблений метод гармонійного балансу (1934). Л. С. Гольдфарбом був преложено графо-аналітичний метод знаходження частоти і амплітуди основної гармоніки автоколивань за допомогою частотних характеристик. Подальший розвиток цей метод одержав розвиток у роботах Є. П. Попова та ін
Розвиток теорії автоматичного регулювання в післявоєнні роки було виключно інтенсивним і багатогранним. Навіть згадати про багатьох напрямах і авторів у короткому огляді не представляється можливим. Обмежимося перерахуванням основних нових розділів, яким присвячені розробки нових фундаментальних принципів управління, виконані радянськими авторами. У працях Г. В. Щипанова, В. С. Кулебакіна, Б. Н. Петрова та інших були розроблені теорія автоматичного регулювання за збуренням, теорія компенсації збурень та інваріантності.
В. В. Казакевичем, А. П. Юркевичем, О. А. Фельдбаумом, А. А. Красовським та іншими були сформульовані і досліджені принципи екстремального керування і розроблена теорія екстремальних систем та пошуку дуального управління, що здійснює пошук показника екстремуму якості роботи системи. Роботами А. О. Фельдбаума, Л. С. Понтрягіна, М. М. Красовського і багатьох інших створено теорії оптимального управління, в яких досліджуються управляючі дії, що забезпечують максимальне значення функціонала, що виражає техніко-економічну ефективність динамічного процесу управління. Розробка теорії екстремальних та оптимальних принципів управління дала підставу розширити назву курсу «Теорія автоматичного регулювання», назвавши його «Теорія автоматичного регулювання та управління», оскільки аналізовані види управління не обмежуються тільки регулюванням.
Значення теорії автоматичного керування в даний час переросло в рамки безпосередньо технічних систем. Динамічно керовані процеси мають місце в живих організмах, в економічних і організаційних людино-машинних системах. Закони динаміки в них не є основними і засадничими принципи управління, як це властиво технічним системам, але тим не менше їх вплив найчастіше істотно і відмова від їх обліку призводить до великих втрат. В автоматизованих системах управління (АСУ) технологічними процесами роль динаміки безперечна, але вона стає все більш очевидною і в інших сферах дії АСУ в міру розширення їх не тільки інформаційних, але і керуючих функцій.

2. Основні поняття.
2.1 Фундаментальні принципи управління.
Цілеспрямовані процеси, виконувані людиною для задоволення різних потреб, являє собою організовану і впорядковану сукупність дій - операцій, які діляться на два основних види: робочі операції та операції управління. До робочих операцій належать дії, безпосередньо необхідні для виконання процесу у відповідності з тими природними законами , якими визначається хід даного процесу, наприклад, зняття стружки в процесі різання вироби на верстаті, переміщення екіпажа, обертання валу двигуна і т.п. Для полегшення і вдосконалення робочих операцій використовуються різні технічні пристрої, частково або повністю замінюють людини у цій операції. Заміна праці людини в робочих операціях називається механізацією. Мета механізації складається у вивільненні людини у важких операціях, що вимагають великих затрат фізичної енергії (земляні роботи, підйом вантажів), у шкідливих операціях (хімічні, радіоактивні процеси), в «рутинних» (одноманітних, утомливих для нервової системи) операціях (загвинчування однотипних гвинтів при складанні, заповнення типових документів, виконання стандартних обчислень і т.п.).
Для правильного і якісного виконання робочих операцій необхідні супроводжуючі їх дії іншого роду - операції управління, за допомогою яких забезпечуються в потрібні моменти початок, порядок проходження і припинення робочих операцій, виділяються необхідні для їх виконання ресурси, надаються потрібні параметри самого процесу - напрями, швидкості, прискорення робочому інструменту або екіпажу; температура, концентрація хімічному процесу і т.д. Сукупність керуючих операцій утворює процес управління.
Операції управління так само частково або повністю можуть виконуватися технічними пристроями. Заміна праці людини в операціях управління називається автоматизацією, а технічні пристрої, що виконують операції управління, - автоматичними пристроями. Сукупність технічних пристроїв (машин, знарядь праці, засобів механізації), що виконують даний процес, з точки зору управління є об'єктом управління. Сукупність засобів управління і об'єкта утворює системи управління. Система, в якій всі робочі та керуючі операції виконуються автоматичними пристроями без участі людини, називаються автоматичною системою. Система, в якій автоматизована тільки частина операцій управління, а інша частина (звичайно найбільш відповідальна) виконується людьми, називається автоматизованої (або напівавтоматичного) системою.
Коло об'єктів і операцій управління вельми широкий. Він охоплює технологічні процеси і агрегати, групи агрегатів, цехи, підприємства, людські колективи, організації і т.д.
Об'єкти управління та види впливу на них.
Об'єкти, в яких протікає керований процес, будемо називати об'єктами управління. Це різноманітні технічні пристрої та комплекси, технологічні або виробничі процеси. Стан об'єкта можна характеризувати однією або кількома фізичними величинами, що називаються керованими або регульованими змінними. Для технічного пристрою, наприклад, електричного генератора, регульованої змінної може бути напруга на його вихідних клемах; для виробничої дільниці або цеху - обсяг продукції, що випускається їм промислової продукції.
Як правило, до об'єкта управління докладено два види впливів: керуючі - r (t) і обурює f (t); стан об'єкта характеризується змінної x (t):
f (t)
r (t) об'єкт x (t)
управління

Зміна регульованої величини x (t) обумовлюється як керуючим впливом r (t), так і обурюють, або перешкодою f (t). Дамо визначення цих впливів.
Возмущающим називається такий вплив, яке порушує необхідну функціональний зв'язок між регульованими або керованими змінними та керуючим впливом. Якщо обурення характеризує дію зовнішнього середовища на об'єкт, то воно називається зовнішнім. Якщо цей вплив виникає всередині об'єкта за рахунок протікання небажаних, але неминучих процесів при його нормальному функціонування, то такі збурення називаються внутрішніми.
Впливу, прикладаються до об'єкта управління з метою зміни прикладається величини відповідно до необхідного законом, а також для компенсації впливу збурень на характер зміни керованої величини, називаються управляючими.
Основна мета автоматичного управління будь-яким об'єктом або процесом складаємося в тому, щоб безперервно підтримувати з заданою точністю необхідну функціональну залежність між керованими змінними, що характеризують стан об'єкта і керуючими впливами в умовах взаємодії об'єкта з зовнішнім середовищем, тобто при наявності як внутрішніх, так і зовнішніх збурюючих впливів. Математичне вираження цієї функціональної залежності називається алгоритмом управління.
Поняття про елемент системи.
Будь-який об'єкт управління пов'язаний з одним або декількома регуляторами, що формують управляючі дії, що подаються на регулюючий орган. Об'єкт управління спільно з керуючим пристроєм, або регулятором, утворюють систему управління або регулювання. При цьому, якщо людина не бере участі в процесі управління, то така система називається системою автоматичного управління.
Регулятор системи являє собою комплекс пристроїв, з'єднаних між собою у певній послідовності і здійснюють реалізацію найпростіших операцій над сигналами. У зв'язку з цим виявляється можливим зробити декомпозицію (розчленування) регулятора на окремі функціональні елементи - найпростіші конструктивно-цілісні осередки, що виконують одну певну операцію з сигналом.
До таких операцій слід віднести:
1) перетворення контрольованої величини в сигнал;
2) перетворення: а) сигнал одного роду енергії в сигнал іншого роду енергії; б) безперервного сигналу в дискретний і назад; в) сигналу за величиною енергії; г) види функціонального зв'язку між вихідними і вхідними сигналами;
3) зберігання сигналів;
4) формування програмних сигналів;
5) порівняння контрольних та програмних сигналів та формування сигналу неузгодженості;
6) виконання логічних операцій;
7) розподіл сигналу по різних каналах передачі;
8) використання сигналів для впливу на об'єкт управління.

Перераховані операції з сигналами, що виконуються елементами систем автоматичного управління, використовуються надалі як основа систематизації усього розмаїття елементів автоматики, застосовуваного в різних за характером, призначенням і принципом дії системах, тобто породженого різноманіттям автоматичних систем управління і контролю.
Щоб здійснювати автоматичне керування або будувати систему управління, потрібні знання двоякого виду: по-перше, конкретні знання даного процесу, його технології і, по-друге, знання принципів і методів управління, загальних для найрізноманітніших об'єктів і процесів. Конкретні спеціальні знання дають можливість встановити, що і, головне, як слід змінювати в системі, щоб отримати необхідний результат.
При автоматизації управління технічними процесами виникає необхідність у різних групах операцій управління. До однієї з таких груп відноситься операція початку (включення), припинення (відключення) даної операції і переходу від однієї операції до іншої (перемикання).
Для правильного і якісного ведення процесу деякі з його координат - керовані - повинні підтримуватися в певних межах або змінюватися за певним законом.
Інша група операцій управління пов'язана з контролем за координатами з метою встановлення допустимих меж. Ця група операцій полягає у вимірюванні значень координат і представлення результатів вимірювання в зручній для людини-оператора формі.
Третя група операцій управління - операції з підтримання заданого закону зміни координат - вивчається в теорії автоматичного управління.
Кожен об'єкт, що володіє масою, є динамічним, оскільки під дією зовнішніх сил і моментів (кінцевої величини) з боку об'єкта виникає відповідна реакція його положення (чи стану) не може бути змінено миттєво. Змінні x, u і f (де x - сукупність керованих координат процесу, u - впливу чи управління, прикладаються до об'єкта, і f - збурення діють на вхід об'єкта) в динамічних об'єктах зазвичай пов'язані між собою диференціальними, інтегральними або різницевими рівняннями, що містять в Як незалежної змінної час t.
Зміни координат в нормальному, бажаному процесі визначається сукупністю правил, інструкцій чи математичних залежностей, званих алгоритмом функціонування системи. Алгоритм функціонування показує, як повинна змінюватися величина x (t) за вимогами технології, економіки або з інших міркувань. У теорії автоматичного управління алгоритми функціонування вважаються заданими.
Динамічні властивості і форма статичних характеристик вносять спотворення: дійсний процес буде відрізнятися від бажаного (який, наприклад, при тих же впливах мав би місце в безинерціонной лінійному об'єкті). Тому необхідний закон зміни управління u, або алгоритм управління, не є аналогічним алгоритмом функціонування, він буде залежить від алгоритму функціонування, динамічних властивостей і характеристик об'єкта. Алгоритм управління показує, як має змінюватися управління u, щоб забезпечити заданий алгоритм функціонування. Алгоритм функціонування в автоматичній системі реалізується за допомогою керуючих пристроїв.
В основі використовуваних в техніки алгоритмів керування лежать деякі загальні фундаментальні принципи управління, що визначають, як здійснюється ув'язка алгоритму управління із заданим і фактичним функціонуванням, або з причинами, що викликали відхилення. Використовується три фундаментальні принципи: розімкнутого управління, зворотного зв'язку та компенсації.
2.2 Принцип розімкнутого управління.
Сутність принципу полягає в тому, що алгоритм управління будується тільки на основі заданого алгоритму функціонування і не контролюється за фактичним значенням керованої величини.
2.3 Принцип управління за відхиленням
(Принцип зворотного зв'язку).
Цей принцип є одним з найбільш ранніх і широко поширених принципів управління. Відповідно до нього вплив на регулюючий орган об'єкта виробляється як функція відхилення регульованої величини від запропонованого значення.
Зворотний зв'язок можна знайти у багатьох процесах в природі. Прикладами можуть служити вестибулярний апарат, який виявляє відхилення тіла від вертикалі і забезпечує підтримання рівноваги, системи регуляції температури тіла, ритму дихання і т.п. У громадських установах зворотній зв'язок при управлінні встановлюється за допомогою здійснення контролю виконання. Принцип зворотного зв'язку є досить універсальним фундаментальним принципом управління, що діє в техніці, природі і суспільстві.
2.4 Принцип регулювання за збуренням
(Принцип компенсації).
Так як відхилення регульованої величини залежить не тільки від управління, а й обурює впливу, то в принципі можна сформулювати закон управління так, щоб в усталеному режимі відхилення відсутнє.
Принцип регулювання парової машини по моменту опору на її валу був запропонований у 1930 р. французьким інженером І. Понселе, однак реалізувати цю пропозицію на практиці не вдалося, оскільки динамічні властивості парової машини (наявність астатизма) не допускали безпосереднього використання принципу компенсації. Але в ряді інших технічних пристроїв принцип компенсації використовувався давно. Примітно, що його використання в статиці не викликало сумнівів, спроба ж Г. В. Щипанова в 1940 р. Запропонувати принцип інваріантності за збуренням для ліквідації відхилень в динаміці викликала різку дискусію і звинувачення в нереализуемости пропозиції. В. С. Кулебакин в 1948р. і Б. М. Петров у 1955 р. показали, як слід будувати системи, щоб можна було реалізувати в них принцип інваріантності. У 1966 р. запропонований Г. В. Щипанова принцип інваріантності був зареєстрований як відкриття з пріоритетом - квітень 1939 Тим самим була виправлена ​​помилка його опонентів, що складалася в тому, що заперечувалася реалізація принципу інваріантності взагалі.
Системи регулювання за збуренням в порівнянні з системами, що діють за відхиленням, відрізняються звичайно великими стійкістю і швидкодією. До їх недоліків відносяться труднощі вимірювання навантаження в більшості систем, неповний облік збурень (компенсуються тільки ті обурення, які вимірюються). Так, при компаундування електричної машина не компенсуються коливання напруги мереж, що живлять гонний двигун і обмотки збудження, коливання опорів обмоток від зміни температури та ін У багатьох випадках дуже ефективним є застосування комбінованого регулювання за збуренням і відхиленню, широко використовується для регулювання напруги потужних синхронних генераторів на великих електростанціях (компаундування з корекцією). Комбіновані регулятори об'єднують достоїнства двох принципів, але, природно, конструкція їх складніше, а вартість вище.

3. Основні види алгоритмів функціонування.
З давніх часів у системах автоматичного управління використовувався алгоритм функціонування, званий стабілізацією - підтримкою постійного заданого значення регульованої величини. Пізніше з'явилися алгоритми типу програмного управління - підтримки заданої функції часу - і стежить управління - відтворення невідомою заздалегідь функції.
В останні десятиліття з'явилися нові, більш тонкі алгоритми функціонування. Розглянемо основні з них.
3.1 Пошук екстремуму показника якості
(Екстремальне управління)
У ряді процесів показник якості, або ефективність, виражається в кожен момент часу функцією поточних координат системи. При цьому управління може вважатися нормальним, якщо воно забезпечує утримання показника якості в точці максимуму. Прикладом може служити настройка приймальні станції на частоту передавальної за найбільшою гучності прийому або найбільшої яскравості світіння індикаторної лампочки. Точка екстремуму під впливом різних збурень зміщується в якомусь певному напрямку, але при цьому невідомо, в якому саме напрямку слід впливати на регулюючий орган, щоб повернути систему до екстремуму.
Для екстремального управління виконуються спочатку невеликі пробні руху, потім аналізується реакція на них системи та за результатами аналізу виробляється керуючий вплив.
Перші згадки в літературі про екстремальні регуляторах містяться в статті М. Леблана (1922), де описані регулятори для коливального контуру електропоїзди, і в книзі Т. Штейна (1926), де висловлювалася ідея регулювання топки парового котла по мінімуму втрат в димарі. Далі екстремальні регулятори досліджувалися і пропонувалися Ю. С. Хлебцевічем (1940), В. В. Казакевичем (1943). Широку популярність принцип екстремального регулювання набуває в 50-х роках після виходу в світ книги Цян Сюе-сеня (1954) і статей Дрейпера і Лі.
3.2 Принцип оптимального управління.
Ще один фундаментальний принцип - оптимального управління - в останні роки почав застосовуватися як у технічних системах для підвищення ефективності виробничих процесів, так і в системах організованого управління для вдосконалення діяльності підприємств, установ, галузей народного господарства.
Принцип оптимального керування можна застосувати в процесах, показник ефективності яких залежить не тільки від поточних значень координат, але і від характеру їх зміни в минуле, сьогодення і майбутнє; показник ефективності виражається деяким функціоналом від координат або від часу. Як приклад можна привести процес управління бігом спортсмена на дистанції. Запас енергії спортсмена обмежений, а її витрачання залежить від характеру бігу. Спортсмен не може в кожен момент часу віддавати максимум можливої ​​потужності, тому що при цьому швидко видихається на дистанції.
Знаходження оптимального управління в подібних завданнях вимагає рішення в процесі управління досить складною математичної задачі методами варіаційного обчислення або математичного програмування. Таким чином, органічною частиною систем оптимального управління стає обчислювальна машина.
3.3 Принцип адаптації.
    В управлінні починає використовуватися принцип адаптації. він застосовується тоді, коли параметри системи під впливом зовнішніх факторів змінюються непередбачених заздалегідь чином настільки сильно, що рух системи зазнає суттєві якісні зміни. При цьому розглянуті вище принципи управління вже не дають можливості забезпечити нормальне функціонування системи і необхідно в процесі управління змінювати параметри і навіть структуру системи.
4. Класифікація систем автоматичного управління.

Системи автоматичного управління класифікуються за різними ознаками.
За характером зміни керуючого впливу розрізняють системи автоматичної стабілізації, програмного регулювання і слідкуючі системи.
По виду переданих сигналів виділяють системи безперервні, з гармонійною модуляцією, імпульсні, релейні і цифрові.
За способом математичного опису, прийнятого при дослідженні, виділяють лінійні і нелінійні системи. Обидві групи можуть бути представлені безперервними, дискретними і дискретно-неперервними системами.
По виду контрольованих змін своїх властивостей розрізняють непріспосаблівающіеся і пристосовуються (адаптивні) системи. В останньому класі можна виділити які самостійно системи з самонастроювання параметрів або впливів і самоорганізуються, з контрольованими змінами структури.
У залежності від приналежності джерела енергії, за допомогою якого створюється керуючий вплив, системи можуть бути прямого і непрямого дії. У системах прямої дії використовується енергія керованого об'єкта. До них відносяться прості системи стабілізації (рівня, витрати, тиску і т.п.), в яких сприймає елемент через систему важеля безпосередньо діє на виконавчий орган (заслінку, клапан і т.д.). У системах непрямої дії керуючий вплив створюється за рахунок енергії додаткового джерела.

4.1 Системи автоматичної стабілізації,
програмного регулювання і
слідкуючі системи.
Системи автоматичного регулювання в залежності від характеру зміни керуючого впливу поділяються на три каса. Розрізняють системи автоматичної стабілізації, системи програмного регулювання і слідкуючі системи.
Системи автоматичної стабілізації характеризуються тим, що в процесі роботи системи керуючий вплив залишається величиною постійною.
Основним завданням системи автоматичної стабілізації є підтримання на постійному рівні з допустимою помилкою регульованої величини незалежно від діючих збурень. Діючі обурення
викликають відхилення регульованої величини від запропонованого їй значення. Відхиленням регульованої величини називається різниця між значенням регульованої величини в даний момент часу і її значенням, прийнятим за початок відліку.
Поняття відхилення регульованої величини є характерним для систем автоматичної стабілізації і дозволяє дати якісну оцінку динамічним властивостями систем цього класу
Системами автоматичної стабілізації є різного роду САР, призначені для регулювання швидкості, напруги, температури, тиску, наприклад, стабілізатор курсу літака і т.д.
Системи програмного регулювання відрізняються тим, що управляє вплив змінюється за заздалегідь встановленим законом у функції часу або координат системи.
Про точність відтворення керуючого впливу на виході системи відтворення судять за величиною помилки, яка визначається різниця між керуючим впливом і регульованою величиною в даний момент часу.
Прикладом систем програмного регулювання можуть служити системи управління копіювально-фрезерним верстатом.
У системах, що стежать керуючий вплив також є величиною змінної, але математичний опис його в часі не може бути встановлено, так як джерелом сигналу служить зовнішнє явище, закон зміни якого заздалегідь невідомий. Як приклад стежить системи можна вказати на радіолокаційну станцію автоматичного супроводу літака.
Так як системи, що стежать призначені для відтворення на виході керуючого впливу з можливо більшою точністю, то помилка, так само як і у випадку систем програмного регулювання, є тією характеристикою, за якою можна судити про динамічні властивості стежить системи. Помилка в системах, що стежать, як і в системах програмного регулювання, є сигналом, в залежності від величини якого здійснюється управління виконавчим двигуном.
4.2 Основні елементи систем автоматичного регулювання.
Система автоматичного регулювання являє собою комплекс, що складається з регульованого об'єкта і регулятора. За характером використовуваних елементів і функцій, які вони виконують, системи автоматичної стабілізації, що стежать і системи програмного регулювання принципових відмінностей не мають.
Відповідно до принципу дії системи автоматичного регулювання можна виділити основні елементи, як правило, присутні у всіх системах.
У всіх трьох групах систем керуючий вплив порівнюється з регульованою величиною. Для виконання операції порівняння застосовуються пристрої, звані елементами порівняння. Керуючий вплив і регульована величина, що надходять на два входи елемента порівняння, повинні бути попередньо перетворені і приведені до сигналів одного виду енергії і розмірності. Ці операції виконуються вимірювальним елементом з боку керуючого впливу.
У більшості випадків безпосереднє використання вихідного сигналу елемента порівняння для приведення в дію регулюючого органу об'єкта не представляється можливим. Тому виникає необхідність у попередньому посилення сигналу як за величиною, так і по потужності. Крім того, часто необхідно здійснити і перетворення сигналу, пов'язане з формою подання впливу, і переведення його з одного виду енергії в інший. Ці функції зазвичай виконуються тим чи іншим підсилювачем. Таким чином, в системах автоматичного регулювання в числі основних пристроїв у більшості випадків застосовують підсилювальний елемент.
У практиці можуть зустрінеться випадки, коли застосування підсилювачів не обов'язково. При цьому регулятор безпосередньо діє на регулюючий орган і називається регулятор прямої дії. Автоматична система з регулятором прямої дії називається системою прямого регулювання.
При наявності підсилювачів регулюючий пристрій називається регулятором непрямої дії. Автоматична система з регулятором непрямої дії називається системою непрямого регулювання.
Приведення в дію регулюючого органу об'єкта зазвичай здійснюється за допомогою виконавчого елемента.
У системі автоматичного регулювання, складеної з об'єкта регулювання, елемента порівняння, підсилювача та виконавчого елементу, динамічні процеси можуть протікати недостатньо якісно, ​​з тих чи інших причин процес регулювання може виявитися взагалі нестійким. Для того щоб система автоматичного регулювання володіла стійким процесом і задовольняла необхідним умовам якості процесу регулювання, застосовують коригувальні пристрої.
Таким чином, система автоматичного регулювання складається з об'єкта регулювання і регулятора. Регулятор включає в себе такі основні елементи, як елемент порівняння, підсилювач, виконавчий елемент і коригувальні пристрої.
Зазвичай системи автоматичного регулювання представляють у вигляді структурних схем. Ця структурна схема може представляти всі три групи систем, тобто системи автоматичної стабілізації, що стежать і системи програмного регулювання. Принципової різниці між цими системами по застосуванню і призначенню елементів немає. Є певна різниця в заданому елементі. Так, наприклад, що задає елемент у системі автоматичної стабілізації виробляє керуючий вплив постійної величини, яке називається уставкою регулятора і з якою порівнюється регульована величина при роботі системи. При роботі схеми в режимі стежить системи задає елемент повинен забезпечити вимірювання керуючого сигналу, що надходить на систему, що стежить ззовні.
4.3 Статичне і астатические регулювання.
Системи автоматичної стабілізації, що стежать і системи програмного регулювання розділяють на дві групи: системи статичні і системи астатические (що не мають статичної помилки).
Система автоматичного регулювання буде статичної по відношенню до возмущающему впливу, якщо при прагненні обурює впливу до постійної величини відхилення регульованої величини також прагне до постійної величини, відмінною від нуля і залежить від величини прикладеного впливу.
Систему автоматичного регулювання можна назвати статичної по відношенню до керуючого впливу, якщо при прагненні останнього до постійної величини помилка також прагне до постійної, відмінною від нуля, величиною і залежить від значення прикладеної впливу.
Система автоматичного регулювання буде астатичними по возмущающему впливу, якщо при прагненні обурює впливу до постійної величини відхилення регульованої величини прагне до нуля і не залежить від величини прикладеного впливу.
Система автоматичного регулювання буде астатичними по відношенню до керуючого впливу, якщо при прагненні керуючого впливу до постійної величини помилка прагне до нуля і не залежить від величини впливу.
4.4 Системи автоматичного регулювання безперервного, імпульсного і релейної дії.
Залежно від виду сигналів розрізняють системи автоматичного регулювання безперервні, релейні та імпульсні.
Особливістю безперервних систем є те, що у всіх елементах, що складають систему, вхідні і вихідні сигнали є безперервними функціями часу. До числа безперервних систем відносяться також системи з | гармонійної модуляцією. При цьому для передачі сигналу можуть бути використані амплітудно-модульовані, частотно-модульовані коливання і коливання з модульованим фазою.
4.5 Регулювання за збуренням і
комбінування регулювання.
Процес реалізації компенсації обурює впливу називається регулюванням за збуренням. Регулювання по обуренню володіє достоїнствами і недоліками. У числі переваг слід відзначити високу швидкодію. До недоліків слід віднести те, що ланцюг компенсації забезпечує необхідну якість регулювання тільки при дії того обурення, на яке вона розрахована. При дії іншого обурення і необхідності компенсувати його дію потрібно вводити новий ланцюг компенсації, що, звичайно, ускладнює систему. Ланцюг компенсації не є зворотним зв'язком, тому що по цьому ланцюгу передається вхідний сигнал, а не регульована (вихідна) величина об'єкта.
У системах, що використовують принцип зворотного зв'язку або принцип регулювання по відхиленню, вирішальне значення має сам факт відхилення регульованої величини від встановленої програми незалежно від характеру величини, що викликала це відхилення. Тому в системах автоматичного регулювання за відхиленням не бракує, що має місце в системах регулювання за збуренням.
У техніці автоматичного регулювання є системи, в яких поєднуються достоїнства регулювання за відхиленням і збуренням. Система, в яких одночасно використовуються обидва принципи регулювання, називаються комбінованими, а принципи в цих системах - комбінованим регулюванням.

Висновок
Вплив, прикладена до системи автоматичного регулювання, викликає зміна регульованої величини. Зміна регульованої величини в часі визначає перехідний процес, характер якого залежить від впливу і від властивостей системи.
Чи є система стежить системою, на виході якої потрібно відтворити як можна більш точно закон зміни керуючого сигналу, або системою автоматичної стабілізації, де незалежно від обурення регульована величина повинна підтримуватися на заданому рівні, перехідний процес представляється динамічною характеристикою, за якою можна судити про якість роботи системи.
Будь-який вплив, прикладена до системи, викликає перехідний процес. Однак у розгляд зазвичай входять ті перехідні процеси, які викликані типовими впливами, що створюють умови більш повного виявлення динамічних властивостей системи. До числа типових впливів ставляться сигнали стрибкоподібного і ступінчастого вигляду, що виникають, наприклад, при включенні системи або при стрибкоподібному зміні навантаження; сигнали ударної дії, що представляють собою імпульси малої тривалості у порівнянні з часом перехідного процесу.
Щоб якісно виконати завдання регулювання в різних умовах, що змінюються роботи система повинна володіти певним (заданим) запасом стійкості.
У стійких системах автоматичного регулювання перехідний процес з плином часу загасає і настає усталене стан. Як у перехідному режимі, так і в сталому стані вихідна регульована величина відрізняється від бажаного закону зміни на деяку величину, яка є помилкою і характеризує точність виконання поставлених завдань. Помилки в сталому стані визначають статичну точність системи і мають велике практичне значення. Тому при складанні технічного завдання на проектування системи автоматичного регулювання окремо виділяються вимоги, які пред'являються до статичної точності.
    Великий практичний інтерес представляє поведінка системи в перехідному процесі. Показниками перехідного процесу є час перехідного процесу, перерегулювання і число коливань регульованої величини біля лінії сталого значення за час перехідного процесу.
Показники перехідного процесу характеризують якість системи автоматичного регулювання і є одним з найважливіших вимог, що пред'являються до динамічних властивостей системи.
Таким чином, для забезпечення необхідних динамічних властивостей до систем автоматичного регулювання повинні бути пред'явлені вимоги по запасу стійкості, статичної точності і якості перехідного процесу.
У тих випадках коли вплив (управляє або обурює) не є типовим сигналом і не може бути зведене до типового, тобто коли воно не може розглядатися як сигнал із заданою функцією часу і є випадковим процесом, в розгляд вводять імовірнісні характеристики. Зазвичай при цьому оцінюється динамічна міцність системи за допомогою поняття середньоквадратичної помилки. Отже, у випадку систем автоматичного регулювання, що знаходяться під впливом випадкових стаціонарних процесів, для отримання бажаних динамічних властивостей системи потрібно пред'явити певні вимоги до величини середньоквадратичної помилки.
Список літератури
1. М. І. Підлісний, В. Г. Рубанов. Елементи систем автоматичного управління
і контролю. - Київ.: «Вища школа», 1982.-477 с.
2. В. А. Лукас. Теорія автоматичного керування. - М.: «Надра», 1990.-416 с.
3. А. А. Первозванский. Курс автоматичного управління. - М.: «Наука»,
1986.-367 с.
4. Я. З. Ципкін. Основи теорії автоматичних систем. - М.: «Наука»,
1977.-436с.
5. А. А. Воронов, В. К. Титов, Б. Н. Новоградом. Основи теорії автоматичного
регулювання та управління. - М.: «Вища школа», 1977.-519с.
6. Підручник; под.ред. В. П. Косарєва, О. Ю. Корольова. Економічна інформатика і обчислювальна техніка. - М.: «Фінанси та статистика», 1996 .- 336с.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Програмування, комп'ютери, інформатика і кібернетика | Курсова
94.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Термінологія теорії систем автоматизовані та автоматичні системи
Автоматичні вимикачі
Автоматичні засоби перекладу
Автоматичні гальма рухомого складу
Автоматичні електронні компенсаційні прилади
Вдосконалення системи управління залученням позикового капіталу з метою забезпечення фінансової системи
Застосування системи управління ризиками при проведенні митного контролю Система управління
Якості вогнегасних матеріалів Автоматичні системі гасіння пожеж Ру
Якості вогнегасних матеріалів Автоматичні системі гасіння пожеж Ручні вогнегасники
© Усі права захищені
написати до нас