Классификация систем автоматического управления (стр. 1 )

Классификация систем автоматического управления

Под автоматизацией производства в широком смысле понимается процесс, при котором функции измерения передаются приборам и автоматическим устройствам.

Автоматизация производства не означает безусловное, полное вытеснение Человека автоматами, но направленность его действий, характер его взаимоотношения с машинами изменяются, труд приобретает новую качественную окраску, становится более сложным и содержательным. Центр тяжести в его трудовой деятельности перемещается на техническое обслуживание автоматов и на аналитически-распорядительную деятельность.

И настоящее время существует чрезмерно большое разнообразие автоматических систем, выполняющих те или иные функции по управлению самы­ми различными физическими процессами во всех областях техники. В этих и. и-мах сочетаются весьма разнообразные по конструкции механические, рмческие и другие устройства, составляющие в общем сложный комплекс к действующих друг с другом звеньев. Современное развитие науки и техники вызвало необходимость создания цельных инженерных сооружений: ускорителей элементарных частиц, точных направляющих путей конвейерных линий большой протяженности высотных сооружений башенного типа, мощных гидротехнических и др. сооружение и эксплуатация таких промышленных объектов потребовали создания новой методики высокоточных инженерно-геодезических измерений. Выполнение комплекса подобных измерений на уникальных объектах сопряжено со значительными трудностями, т. к. по условиям работы  выполнять монтажные, юстировочные и измерительные операции небольшие промежутки времени. Это обстоятельство требует высокой точности измерений. Кроме того, часто на уникальных инженерных них не представляется возможным выполнять необходимый комплекс Кроме того, часто на уникальных инженерных сооружениях не представляется возможным выполнять необходимый комплекс измерений общепринятыми методами по причине повышенной опасности для людей. Здесь в первую очередь следует отметить такие факторы, как радио­активность, высокие температуры, сильные магнитные и электрические поля.

Повышение точности и производительности невозможно получить без внедрения автоматических или автоматизированных систем. Внедрение элементов автоматизации систем позволяет:

Повысить точность измерения Повысить производительность труда Выполнить измерения дистанционно Снизить себестоимость работ

Рассмотрим некоторые положения теории АУ, в частности термин автоматического управления (САУ). САУ охватывают как замкнутые системы (с обратной связью) так и незамкнутые (с разомкнутой главной цепью). САУ включают в себя: следящие системы, системы автоматического регулирования, автоматические измерительные системы и ряд других систем. В теории автоматического управления (ТАУ) изучают в первую очередь функции, которые выполняют отдельные элементы системы и связи между элементам.

Рассмотрим блок-схемы, функциональные и структурные схемы.

Блок-схема характеризует систему по составу входящих в неё отдельных конструктивных блоков(сложения, вычитания и т. д)

Функциональная схема дает представление о функциях отдельных элементов и характере связей между ними. Структурная схема получается из функциональной, если определены передаточные функции отдельных элементов, образующих функциональную схему.

Автоматические системы условно делят на два класса.

- автоматы выполняющие отдельные операции (одноразовые и многоразовые)

- автоматические системы, которые в течении длительного времени поддерживают или изменяют физические величины в управляемом процессе.

Эти системы делятся на замкнутые и разомкнутые. На рис.1.1 приведена разомкнутая полуавтоматическая система управления, источником воздействия является человек. Если источником воздействия являются изменения внешних условий, в которых работает система, то система является автоматической. В незамкнутой системе процесс работы системы не зависит от результатов её воздействия на объект

Для получения замкнутой системы из незамкнутой, в незамкнутую включают контрольные приборы, результаты измерений которых подают на вход автоматической системы. Величина воздействия определяется по тому, насколько отличаются измеренные величины на управляемом объекте от требуемых значений. В наиболее компактной форме функциональная схема замкнутой системы представлена на рис.1.2.

Рассмотрим работу развернутой функциональной схемы замкнутой систе­мы (рис.1. 3). На объект управления (управляемый объект), находящийся под влиянием внешнего возмущающего воздействия F, поступает управляющее воздействие х, являющееся выходной величиной управляющей части авто­матической системы. Устройство формирования команд (преобразующий элемент), усилительное устройство и исполнительное устройство образуют основной контур системы.

Замыкается контур управления подачей по цепи главной обратной связи, включающей в себя измерительное устройство и устройство предварительной обработки информации, управляемой величины.

Задающее воздействие х3, поступающее на устройство сравнения, может отличаться от входной величины хвх масштабом, содержать в себе наряду с по­лезным входным сигналом и случайные возмущения (помехи, шумы), которые могут быть связаны друг с другом определенной зависимостью.

Замкнутые автоматические системы существуют в технике и в виде раз­
личных автоматических систем управления: автоматического регулирования,
следящих систем, вычислительных систем, компенсационных систем измерения и др.

.

Система автоматического регулирования (САР) представляет собой устрой­ство автоматического управления, предназначенное для изменения по задан­ным условиям какой-либо величины с помощью специально для этой цели присоединяемых приборов — автоматических регуляторов.

В отличие от САР следящая система представляет собой устройство автома­тического управления, предназначенное для воспроизведения величины, меняю­щейся по произвольному закону. Следящая система автоматически воспроизводит заданное воздействие, меняющееся по любому произвольному закону, заранее неизвестному (например, перемещение на заданную величину), как правило, без механической связи между задающим и исполнительным элементами. Вне зависимости от структуры следящая система является замкнутой систе­мой автоматического управления, т. е. системой, имеющей обратную связь. Особенностью следящих систем является высокая точность передачи сиг­нала по цепи главной обратной связи. В следящей системе передача сигнала к элементу сравнения осуществляется с коэффициентом, равным единице. На функциональной схеме такая обратная связь изображается одной линией. Классификацию автоматических систем можно производить по различным направлениям, что обусловлено сложной структурой, различной физической сущностью, назначением, областями применения и т. д. Основным видом классификации, определяющим принцип построения системы, можно считать классификацию по общему назначению системы ав­томатического управления или по режиму автоматического управления. Систему автоматического управления можно классифицировать по сле­дующим основным режимам:

автоматического регулирования (система регулирования); автоматического программного управления или регулирования (системы программного управления или регулирования); автоматического слежения (следящие системы).

Можно проводить классификацию по типу характеристик отдельных звеньев системы в отношении их линейности. При этом все системы подразделяются  на линейные системы и нелинейные.

В свою очередь, линейные системы можно подразделить на:

системы с постоянными параметрами (параметры системы не зависят ни от времени, ни от переменных воздействий на эту систему); системы с переменными параметрами (параметры системы зависят от времени).

Нелинейной называется система, в которой хотя бы один из параметров является величиной, нелинейно зависящей от переменных, характеризующих поведение динамической системы.

Важным направлением является классификация по характеру отработки задаваемого входного воздействия. В этом случае системы могут быть разде­лены на:

системы с непрерывной отработкой входного воздействия; системы с дискретной отработкой входного воздействия.

Одним из важнейших показателей качества работы системы является ее ошибка — как статическая, так и динамическая. Поэтому иногда САУ клас­сифицируют по виду функции сигнала ошибки при определенном входном воздействии.

С этой точки зрения для линейных систем автоматического управления выделяют следующие категории систем с нулевой ошибкой:

в статическом состоянии (с ошибкой по скорости); при постоянной скорости (с ошибкой по ускорению); при постоянном ускорении (с ошибкой при изменении ускорения).

В теории автоматического управления существуют и другие виды класси­фикации автоматических систем: по степени характеристического уравнения, по физической сущности системы или отдельных ее звеньев, по роду тока (системы переменного и постоянного тока), по областям применения, по мощ­ности исполнительной части и др.

В автоматизации в ИГИ находят применение как полуавтоматические, так и автоматические системы. (Замкнутые, разомкнутые, следящие, измерительные компенсационные и т. д)

Наиболее широко используются измерительные компенсационные, которые в сочетании с позиционно-чувствительными обеспечивают высокую точность измерений.

Система автоматического управления определенным образом реагирует на то или иное воздействие, поданное на ее вход.

Обычно определение вида этой реакции осуществляется путем решения дифференциального уравнения, описывающего поведение системы при дан­ной форме возмущения.

В случае линейной системы это уравнение может быть представлено в

Решение указанного дифференциального уравнения обычными методами

достаточно сложно. Использование операционных методов дает возможность

заменить действия, связанные с дифференцированием и интегрированием,

Сопоставляя данное уравнение с ранее полученным уравнением, записан­ным в операторном виде, видим их идентичность. Вследствие этого с целью сохранения наиболее распространенных обозначений вместо S будем в даль­нейшем применять обозначение р.