Взаимосвязь ТАУ с другими техническими науками

 

Кибернетика - наука об оптимальном управлении сложными системами (технические объекты, технологические процессы, живые организмы, коллективы, предприятия и др.). В кибернетике выделяется раздел технической кибернетики, как науки об управлении техническими объектами. В технической кибернетике выделяется теория информации – наука, занимающаяся сбором и обработкой информации, необходимой для управления техническими объектами и ТАУ.

Системой автоматического управления - называют совокупность управляемого объекта и автоматического управляющего устройства (регулятора), взаимодействующих между собой в соответствии с определенным алгоритмом управ­ления.

САУ – это такая система, в которой управляющие функции выполняются автоматически, т.е. без участия чело­века.

АСУ (автоматизированная система управления) - это система, в которой часть управляющих функций выполняется автоматическими управляющими устройствами, а часть функций (наиболее важных и сложных) выполняется человеком.

1.3. Основные понятия и определения ТАУ

Автоматическое регулирование - это поддержание постоянной заданной вели­чины, характеризующей состояние объекта управления или изменение этой величины по определенному заданному закону регулирования. При этом это поддержание осуществляется путем измерения управляемых величин объекта управления и выработкой управляющего воздействия на данный объект.

Автоматическое управление - это автоматическое выполнение ряда функций, обеспечивающих оптимальное функционирование системы с возможностью выбора из различных вариантов функционирования. При этом данные функции выполняются по алгоритмам, достигающим цель управления.

САР – система автоматического регулирования;

ТАР – теория автоматического регулирования;

САУ – система автоматического управления;

ТАУ – теория автоматического управления.

 

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ.

 

Основные характеристики объекта управления.

 

Объектом управления в ТАУ могут быть любые технические объекты, технологические процессы, а также более простые САУ. Любой объект характеризуется рядом величин, определяющих процессы в самом объекте, влияние внешней среды на объект, управляющие сигналы с регулятора.

Внешними воздействиями называют величины, влияющие на объект извне. Внешние воздействия бывают двух типов:

1. Управляющее воздействие (управляющий сигнал, управляющая входная величина) – это величина, характеризующая влияние регулятора на объект.

2. Возмущения -внешние воздействия, которые не управляют объектом, но оказывают влияние на функционирование объекта. Возмущения делятся на нагрузку – это внешние воздействия, обусловленные работой системы и помехи - вредное влияние внешней среды, обусловленное побочными явлениями в объекте.

Величины, характеризующие изменения в самом объекте, называются внутренними величинами или состоянием объекта. Среди них следует выделить управляемую величину, по наблюдениям за которой и вырабатывается управляющее воздействие регулятора.

 

- возмущение;

- управляющее воздействие;

- управляемая величина.

Примеры объектов управления

1.

у = Н - управляемая величина (уровень жидкости);

х = Q₁ - управляющее воздействие (приток жидкости);

z = Q₂ – нагрузка (расход жидкости).

Динамическая характеристика:

где S – площадь поперечного сечения резервуара.

Y = f(X, Z, t) – взаимосвязь всех координат.

Каждый объект характеризуется двумя характеристиками (режимами): статической и динамической.

Статическая характеристика (установившийся режим) – это характеристика, в которой постоянное входное воздействие Х и возмущение Z постоянны во времени, тогда управляемая величина Y = f(X, Z).

Статические характеристики бывают монотонные и экстремальные.

Частным случаем статической характеристики является квазистатическая характеристика, когда на вход подается гармоническое воздействие (sin), тогда в установившемся режиме тоже будет гармоническая величина.

Динамическая характеристика, когда управляемая величина Y не является постоянной во времени и описывается следующим уравнением: Y(t) = f(X(t), Z(t), t). Все переменные описываются системой обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ), либо системой нелинейных дифференциальных уравнений (НДУ).

2. Электродвигатель постоянного тока.

Ф_д - магнитный поток двигателя;

i_я - ток якоря двигателя;

U_я - напряжение якоря двигателя;

R_я - сопротивление якоря двигателя;

i_в - ток обмотки возбуждения;

U_в - напряжение обмотки возбуждения;

М_тр - момент трения, возникающий на валу двигателя;

w - частота вращения вала двигателя;

J - момент инерции механизма, приведенного к валу двигателя;

М_нагр - момент нагрузки на валу двигателя.

Запишем уравнения:

- динамические характеристики.

При статической характеристике все производные зануляются.

a₁ и c₁ -конструктивные параметры двигателя;

Ф_д - является нелинейной функцией от тока возбуждения;

М_тр - является нелинейной функцией от частоты вращения вала двигателя;

Управляющим воздействием является Х = U_я(U_в), управляемой величиной – У = w, нагрузка (внешнее воздействие) – Z = U_в(U_я), М_нагр, М_тр – помеха.

 

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: