Принципы автоматического управления.

Системы управления (СУ) делятся на замкнутые и разомкнутые. В разомкнутой системе управления управляющее воздействие вырабатывается на основе информации о величине возмущающих воздействий, характеристиках объекта и цели управления. В замкнутой системе управляющее воздействие вырабатывается на основе информации о характеристиках объекта, цели и результатов управления. В таких системах осуществляется замкнутый цикл передачи воздействий, то есть значение управляемой величины на выходе объекта влияет на значение управляющей величины на его входе, то есть эта система с обратной связью.

Рассмотрим объект:

Q_вн – температура внутри печи; средняя температура – управляемый параметр.

Если принять Q_вн одинаковой по всему объёму, то можно считать такую печь объектом с сосредоточенными параметрами.

Возмущающими воздействиями являются колебания напряжения в сети U_c, изменение сопротивления нагревающего элемента R_эн, изменение теплоемкости и теплопроводимости печи, а так же температура окружающей среды Q_нар. Пусть основным возмущающим воздействием является напряжение питающей сети U_c, а остальными возмущающими воздействиями пренебрежем, считая их малыми. Оператор, зная в этом случае, что Q_вн зависит от U_c, меняя положение движка автотрансформатора, устанавливает требуемое значение U_эн, тем самым компенсируя влияние возмущающего воздействия. При этом заметим, что температура в печи ему не известна. Основным недостатком разомкнутых систем является то, что для точного управления необходимо примерять и компенсировать отдельно влияние каждого возмущающего воздействия. Достоинством таких СУ является их относительная простота.

В замкнутой системе, например, при помощи термопары, измеряется температура печи Q_вн и, если она меньше заданной, то оператор увеличивает электронагревание (U_эн). Делает он это с помощью ручки автотрансформатора, и наоборот, если Q_вн больше заданной.

Если обозначить требуемый закон изменения управляемой величины как g(t), то второй принцип автоматического управления построен на использовании для управления объекта величины

E(t)= g(t)-y(t)

называемой ошибкой или рассогласованием. Величина ε(t)=y(t)-g(t) отличается от Е(t) знаком и называется отклонением.

Принцип управления, основанный на использовании отклонения ε(t) для формирования управляющего воздействия U(t), называется управлением по отклонению. Для его реализации необходимо измерить управляемую величину y(t), сравнить её с задающим воздействием g(t) и в зависимости от величины ε(t) или E(t) осуществить управляющее воздействие на объект.

При E(t) больше нуля, управляющее воздействие должно увеличить управляемую величину у, при E(t) меньше нуля – уменьшить у.

При E(t)=0 управляемая величина имеет требуемое значение и управляющее воздействие u(t)=0.

Функциональная схема системы управления.

Системы автоматического управления (САУ) являются сложными комплексами взаимодействующих технических устройств и элементов, работающих на различных физических принципах.

Графическое изображение САУ позволяет отвлечься от конкретной физической природы элементов реальной системы и даёт наглядное представление об исследуемой системе.

Функциональная схема – схема, отображающая взаимодействие элементов в процессе работы СУ.

Элементы отображаются в виде прямоугольников, а вход и выход в виде прямых линий со стрелками, указывающими направление передачи воздействия.

Всё множество элементов СУ может быть разбито на несколько типов:

ОУ – объект управления

ЧЭ – чувствительный элемент (датчик); формирует сигнал, пропорциональный исследуемому параметру.

ЭС – элемент сравнения, осуществляет сравнение выходной управляемой величины у(t) с требуемым значением g(t).

ЗЭ – задающий элемент, задаёт величину управления или преобразует сигнал чувствительного элемента.

ПЭ – промежуточный элемент, служит для увеличения или преобразования сигнала ЧЭ.

Элемент сравнения является сумматором. Сектор, к которому суммируемая величина подводится со знаком «+», не зачерняется, а если со знаком «-», то зачерняется.