3.Структурная схема регулятора. Принцип действия, назначение элементов. Как работает регулятор?
Регулятор сравнивает задающий сигнал («задание», «уставку», «желаемое значение») с сигналами обратной связи от датчиков и определяет рассогласование (ошибку управления) – разницу между заданным и фактическим состоянием. Если оно равно нулю, никакого управления не требуется. Если разница есть, регулятор выдает управляющий сигнал, который стремится свести рассогласование к нулю. Поэтому схему регулятора во многих случаях можно представить в виде рис. 1.4.
Рис.1.4. Структурная схема регулятора. Такая схема показывает управление по ошибке (или по отклонению). Это значит, что для того, чтобы регулятор начал действовать, нужно, чтобы управляемая величина отклонилась от заданного значения. Блок, обозначенный знаком ≠ , находит рассогласование. В простейшем случае в нем из заданного значения вычитается сигнал обратной связи (измеренное значение).
Можно ли управлять объектом так, чтобы не было ошибки? В реальных системах – нет.
Прежде всего, из-за внешних воздействий и шумов, которые заранее неизвестны. Кроме того, объекты управления обладают инерционностью, то есть, не могут мгновенно перейти из одного состояния в другое. Возможности регулятора и приводов (то есть мощность сигнала управления) всегда ограничены, поэтому быстродействие системы управления (скорость перехода на новый режим) также ограничена. Например, при управлении кораблем угол перекладки руля обычно не превышает 30 − 35° , это ограничивает скорость изменения курса.
Мы рассмотрели вариант, когда обратная связь используется для того, чтобы уменьшить разницу между заданным и фактическим состоянием объекта управления. Такая обратная связь называется отрицательной, потому что сигнал обратной связи вычитается из задающего сигнала. Может ли быть наоборот? Оказывается, да. В этом случае обратная связь называется положительной, она увеличивает рассогласование, то есть, стремится «раскачать» систему. На практике положительная обратная связь применяется, например, в генераторах для поддержания незатухающих электрических колебаний.
Характеристики сау. Переходная функция. Характеристики сау
Выходной сигнал любой детерминированной системы зависит от входного сигнала, данному входному сигналу соответствует один вполне определенный выходной сигнал. Иными словами, выходной сигнал данной детерминированной системы является вполне определенной функцией ее входного сигнала. Однако функцию надо в данном случае понимать не в том смысле, как она понимается в элементарном математическом анализе, а в обобщенном смысле, так как аргументом функции в данном случае служит некоторая функция времени — входной сигнал системы, а значением функции при данном значении аргумента (входном сигнале) тоже служит некоторая функция времени — выходной сигнал системы.
В современной математике функцией называется в общем случае однозначное соответствие между любыми объектами — элементами некоторых множеств. А именно функцией называется такое соответствие между элементами двух множеств X и У, когда каждому элементу х множества X соответствует один вполне определенный элемент у множества Y. При этом элементами множеств X и Y могут быть любые объекты. В частности, ими могут быть скалярные или векторные функции любых переменных.
Математическое описание линейного непрерывного динамического элемента системы сводится к описанию связи между его входом и выходом. Данная связь может быть задана в виде: 1) линейного дифференциального уравнения; 2) передаточной функции; 3) частотных характеристик; 4) временных характеристик; 5) переменных состояния.
Как уже отмечалось, распространенной формой описания линейных непрерывных ДЭ (ДС) являются линейные дифференциальные уравнения.
Например:
- во временной области;
- в области изображений по Лапласу.
Передаточная функция ДЭ равна отношению изображения по Лапласу выходного сигнала y(p) к изображению входного воздействия x(p) при нулевых начальных условиях
.
Частотной характеристикой АС - называется ее реакция на входной гармонический сигнал произвольной частоты.
Под временными характеристиками понимают реакцию АС на типовое задающее воздействие. Различают две временные характеристики импульсную (весовую) и переходную.
Под переменными состояния понимают минимальный набор переменных, который в данный момент времени вместе со значениями входных переменных определяет поведение системы во все последующие моменты времени.