Общая характеристика систем автоматического регулирования.

Система автоматического управления, как отмечено выше, может быть представлена двумя основными частями: объектом управления (ОУ) и управляющим устройством (УУ).

Состояние ОУ определяется рядом величин, являющихся характеристиками как воздействия на ОУ внешней среды и управляющих устройств, так и характеристиками процессов, протекающих в самом объекте.

Одни из этих величин в процессе работы непрерывно измеряются и потому их называют контролируемыми. Неизмеряемые величины называются неконтролируемыми, хотя они и оказывают влияние на поведение ОУ.

Величины, выражающие внешние влияния на ОУ, называются воздействиями. Воздействия, вырабатываемые устройством управления, называют управляющими величинами или управляющими воздействиями. Воздействия, не зависящие от УУ, называются возмущениями. Контролируемые величины, по которым ведется управление, носят название управляемых или регулируемых величин.

О качестве САР судят, анализируя именно регулируемые величины.

В общем случае ОУ может быть представлен схемой в виде прямоугольника (рис. 1.2) со входами Z, F, X и выходом Y, где

- вектор контролируемых внешних воздействий;

– вектор неконтролируемых внешних воздействий;

- вектор управляющих воздействий;

 – вектор управляемых (выходных) величин.

Если известно математическое описание ОУ, то известна и система уравнений, связывающая управляемые величины со всеми внешними воздействиями на ОУ. При известных начальных условиях эта система уравнений дает возможность по внешним воздействиям Z, F, X найти выходные управляемые величины Y.

 

 

Рис. 1.2. Обобщённая схема объекта управления

Каждый ОУ может рассматриваться в условиях статики и динамики.

В первом случае и внешние неуправляемые воздействия Z и F, и управляющие воздействия Х рассматриваются постоянными, т.е. не зависящими от времени. Характеристиками ОУ являются зависимости управляемых величин от внешних воздействий

 (1.1)

При изучении динамики зависимость Y(t) исследуется при заданных изменениях внешних возмущений Z(t), F(t) и X(t). В этом случае уравнение (1.1) принимает вид системы дифференциальных уравнений. Если эта система может быть сведена к системе линейных дифференциальных уравнений, то ОУ называется линейным, в противном случае – нелинейным.

ОУ может быть устойчивым (шарик в лунке), неустойчивым (шарик на вершине холма) и нейтральным (шарик на плоскости). Объект управления устойчив, если после окончания внешнего воздействия он с течением времени возвратится к исходному состоянию или близкому к нему.

Статические характеристики имеют смысл только для устойчивых ОУ. Если в устойчивом объекте управления воздействие, например , в течение некоторого времени τ изменится на , то после окончания этого воздействия управляемая величина   по истечении некоторого времени приходит в исходное состояние или близкое к нему.

 

Виды и принципы регулирования

Виды регулирования

В морских средствах навигации реализованы следующие виды регулирования:

- следящее;

- программное;

- стабилизация.

Следящее регулирование -это регулирование, цель которого заключается в обеспечении соответствия значений управляемых координат заданным, которые меняются по неизвестному заранее закону. Данное регулирование реализовано в следящих системах передачи навигационной информации от различных МСН потребителям.

Программное регулирование -это регулирование, цель которого заключается в обеспечении соответствия значений управляемых координат заданным, которые меняются по известному заранее закону (программе). Программное регулирование реализовано во всех цифровых вычислительных машинах, в том числе, и используемых для управления МСН.

Стабилизация - это регулирование, цель которого заключается в обеспечении постоянства управляемых координат. Стабилизация применяется в гироскопических, инерциальных навигационных, а также астронавигационных системах.

По виду управляющих воздействий различают следующие регулирования:

- аналоговое;

- дискретное;

- числовое.

Аналоговое - это регулирование, при котором вырабатываются непрерывные управляющие воздействия.

Дискретное - это регулирование, при котором вырабатываются ступенчатые управляющие воздействия.

Числовое - это регулирование, при котором вырабатываются управляющие воздействия в виде слов числового кода (команд).

По виду математической модели преобразований входных и выходных координат в САР различают линейное и нелинейное регулирование. Линейное - регулирование, при котором осуществляется линейное преобразование координат. Нелинейное - регулирование, при котором осуществляется нелинейное преобразование координат. Кроме того, САР могут быть с обратной связью и без обратной связи.

Принципы регулирования

В зависимости от степени использования информации, на основе которой вырабатываются управляющие воздействия, различают следующие принципы регулирования:

-разомкнутое;

- по возмущению (принцип компенсации);

-по отклонению (принцип обратной связи);

- комбинированное.

Принцип разомкнутого регулирования. Структурная схема разомкнутой системы автоматического регулирования представлена на рис. 1.3. Сущность принципа разомкнутого регулирования состоит в том, что управляющие воздействия вырабатываются только на основе алгоритма управления, возмущающие воздействия не компенсируются, а отклонения координат управления от требуемых значений не контролируются. Основным недостатком разомкнутых систем является низкая точность управления. Несмотря на очевидные недостатки разомкнутых систем управления, они применяются достаточно широко, благодаря их основному достоинству -высокому быстродействию. Данный принцип применен в системе трансляции скорости от лага до автопрокладчика или значения курса от гирокомпаса до репитера курса рулевого. Внешние возмущающие воздействия в таких системах трансляции практически отсутствуют, а сами системы достаточно просты в устройстве и обладают высоким быстродействием, что и обеспечило их широкое применение.

 

 

 

Рис.1.3. Структурная схема разомкнутого регулирования

 

Принцип регулирования по возмущению.

Рис. 1.4. Структурная схема регулирования по возмущениям

 

Структурная схема автоматического управления, реализующая принцип компенсации возмущения, приведена на рис. 1.4, где с помощью измерительного устройства ИУ производится измерение возмущения W, и информация о нем передается в устройство управления для корректуры алгоритма. Как следует из рис. 1.4 схема автоматического управления, построенная по принципу компенсации возмущения, является, в сущности, разновидностью разомкнутой системы. Здесь так же, как и при реализации принципа разомкнутого регулирования не контролируются отклонения выходных параметров объекта управления от требуемых значений. А отличие состоит лишь в том, что предпринята попытка повысить точность работы САР за счет компенсации измеренного внешнего возмущения.

Данный принцип регулирования не имеет обратной связи, и управляющие воздействия вырабатываются только по значениям внешних воздействий. Классическим примером данного принципа регулирования является морской хронометр.

Принцип регулирования по отклонению. Систему автоматического регулирования можно построить так, чтобы точность, выполнения алгоритма управления обеспечивалась и без измерения возмущающего воздействия извне. Для этой цели по так называемой цепи обратной связи информация о выходных параметрах объекта управления поступает в устройство управления. В устройстве управления производится измерение отклонений этих параметров от требуемых значений. В зависимости от величин полученных отклонений вырабатываются корректуры для алгоритма управления, поэтому такой принцип регулирования часто называют управлением по отклонению (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Структурная схема регулирования по отклонениям

Принцип обратной связи является основным принципом построения современных САР, используемых в МСН. Одним из классических примеров данной системы регулирования является система авторулевого на корабле.

Комбинированное регулирование. Комбинированное регулирование представляет собой совокупность (сочетание) всех предыдущих видов регулирования (рис. 1.6). В настоящее время оно в МСН не применяется.

 

Рис. 1.6. Структурная схема комбинированного регулирования

 

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: