Файл: 9. Качество процессов регулирования в типовых режимах. Оценка качества регулирования в установившемся режиме.pptx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.12.2023
Просмотров: 31
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Понятие о дискретных системах автоматического управления и их классификация по виду дискретизации (квантования) сигнала
В рассмотренных ранее непрерывных системах сигналы, несущие информацию о состоянии переменных системы, представляют собой непрерывные функции времени. Помимо непрерывных способов передачи и преобразования сигналов широко применяются дискретные способы, в которых используется в том или ином виде дискретизация сигнала. Дискретизация сигнала состоит в замене непрерывного сигнала теми или иными дискретными значениями и может быть осуществлена по уровню, по времени либо по времени и по уровню.
Дискретизация, или квантование сигнала по уровню соответствует выделению значений сигнала при достижении им заранее фиксированных уровней. Дискретизация, или квантование сигнала по времени соответствует выделению значений сигнала в заранее фиксированные моменты времени. Дискретизация сигнала по времени и по уровню соответствует выделению в заранее фиксированные моменты времени значений сигнала, ближайших к заранее фиксированным уровням.
В зависимости от типа квантования, которое используется в автоматических системах, они подразделяются на 3 вида.
Релейные системы ⎯ если хотя бы одна из величин, характеризующих состояние системы, квантуется по уровню.
Импульсные системы ⎯ если хотя бы одна из величин, характеризующих состояние системы, квантуется по времени.
Цифровые системы ⎯ если хотя бы одна из величин, характеризующих состояние системы, квантуется и по времени, и по уровню.
Существуют системы, в которых используется два и все три вида дискретизации сигналов.
Позиционные системы автоматического регулирования
Позиционной называют систему, в которой управляющее воздействие на объект ступенчато изменяется в зависимости от уровня ошибки. Соответственно, позиционным называют закон регулирования, когда управляющее воздействие на объект принимает ряд постоянных дискретных значений (изменяется ступенчато) в зависимости от ошибки системы.
Позиционные системы относятся к наиболее простым и распространенным релейным системам.
Двухпозиционной САР называется система, в которой управляющее воздействие на объект приобретает два значения.
Трёхпозиционной САР называется система, в которой управляющее воздействие на объект приобретает три значения.
Существуют также четырехпозиционные системы и т.д.
Примерами позиционных систем являются системы регулирования температуры в холодильнике, температуры подошвы утюга. Эти системы являются двухпозиционными, поскольку управляющее воздействие на объект принимает два значения. Например, при пониженной температуре подошвы утюга питание нагревательного элемента включается, при повышенной температуре ⎯ выключается.
В сельском хозяйстве позиционное регулирование применяется в системах регулирования микроклимата животноводческих помещений, регулирования температуры инкубаторов, температуры теплоносителя зерновых сушилок и т.д.
Пример. Процесс нагрева и охлаждения воздуха в сушильной камере повторяется. В сушильной камере устанавливается режим периодического нагрева и охлаждения. Такие установившиеся режимы работы называют автоколебательными.
Автоколебательные режимы часто возникают в нелинейных системах. В частности они характерны для позиционных систем. На рис. изображен процесс регулирования температуры в сушильной камере после включения системы.
Процесс регулирования температуры в сушильной камере, обеспечиваемый двухпозиционной системой
Понятие об анализе и синтезе САУ
Целью рассмотрения системы автоматического управления может быть решение одной из двух задач ⎯ задачи анализа системы или задачи ее синтеза. В первом случае дается система, включая значения параметров, и требуется оценить ее свойства, т.е. качество управления, обеспечиваемое системой.
Во втором случае, наоборот, задаются свойства, которыми должна обладать система, т.е. требования к ней, и необходимо создать систему, удовлетворяющую этим требованиям. Задача синтеза имеет неоднозначное решение и много сложнее задачи анализа. В самом общем виде порядок исследования САР в обоих случаях включает математическое описание системы, исследование ее установившихся и переходных режимов.
Общие принципы математического описания систем автоматического управления
Математическое описание (математические модели) систем составляют на
основании законов той области знаний, к которой относится объект управления и технические средства автоматики, образующие управляющее устройство. Если теоретическим путем математическое описание какого-либо объекта получить затруднительно или невозможно, то прибегают к идентификации этого объекта
По математическому описанию системы классифицируются на линейные и нелинейные. Линейные системы ⎯ это системы, описанные только линейными уравнениями. Нелинейные системы ⎯ это системы, математическое описание которых содержит хотя бы одно нелинейное звено.
Линейное математическое описание почти всегда является приближенным. Такое приближенное математическое описание, если это допустимо, делают для облегчения исследования систем.
Математическое описание систем разбивают на отдельные звенья, передающие сигнал только в одном направлении ⎯ со входа на выход. Такие звенья называют звеньями направленного действия. Из звеньев составляют структурные схемы.
Структурной схемой называется наглядное графическое изображение математической модели (математического описания) системы. На структурной схеме каждое звено изображается прямоугольником, внутри которого записывается математическое описание звена. Связи между звеньями структурной схемы изображаются линиями со стрелками, соответствующими направлению прохождения сигналов. Над линиями ставятся обозначения сигналов.
Для синтеза и анализа САУ необходимо иметь математические модели объекта управления и средств, входящих в систему (далее просто объектов). Теоретически их можно получить путем составления дифференциальных уравнений. Однако в большинстве случаев точное математическое описание объектов получить весьма затруднительно из-за сложности протекающих в них процессов и недостатка исходной информации. Поэтому на практике часто математические модели получают путем идентификации
Идентификацией называют получение математической модели объекта на основании совместного анализа входных воздействий на объект и реакции объекта на эти воздействия. При идентификации объект рассматривается как черный ящик, математическую модель которого необходимо найти.
Общий порядок идентификации следующий.
- На объект подаются тестирующие воздействия. Если объект идентифицируется в условиях эксплуатации, то записываются воздействия в этих условиях. Записывается реакция объекта на эти воздействия.
- На основании совместного анализа воздействия на объект и реакции объекта и с привлечением всех априорных сведений о структуре объекта формируется гипотеза о структуре математического описания (модели) объекта. Оцениваются параметры модели.
3. Путем сравнения экспериментально полученной реакции и расчетной по модели уточняются параметры математической модели. Если расчетная реакция достаточно точно аппроксимирует экспериментальную реакцию, то гипотеза принимается. В противном случае необходимо выдвигать новую гипотезу о структуре объекта и повторять ее проверку.
Идентификация сложных, особенно нелинейных, объектов часто оказывается трудоемкой и нетривиальной задачей. Конкретные методы ее решения определяются предполагаемой структурой объекта и формой воздействий. Наиболее просто решается вопрос идентификации линейных объектов при типовых воздействиях, поскольку в этом случае зависимость реакции объекта от вида передаточной функции (дифференциального уравнения) объекта достаточно известна. Наиболее распространенной является идентификация линейных объектов по переходной функции ⎯ реакции объекта на ступенчатое воздействие.