Файл: Балтийский государственный технический университет военмех им. Д. Ф. Устинова.ppt

Иллюстративный материал курса лекций


Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. УСТИНОВА


Основы автоматического управления


Кафедра Н1 Мехатроника и робототехника


К.т.н., доцент Савельев Б.Н.


Санкт – Петербург 2015 г.


Часть первая


Введение


Основные понятия и определения


1. Техническая система


- устройство, которое обладает совокупностью следующих основных признаков:


- является законченным видом технической продукции;


- состоит из взаимодействующих элементов, узлов, агрегатов, подсистем;


- самостоятельно выполняет определенные функции;


- взаимодействует с внешней средой и другими техническими объектами.


2. Управление


процесс целесообразного воздействия на объект управления, обеспечивающий его желаемое (заданное) поведение, режим работы или выходные переменные.


3. Регулирование


частный случай процесса управления, целью которого является воспроизведение системой поступающих на нее извне заданий (задающих воздействий).


4. Автоматизация


процесс исключения человека из технологического процесса или из отдельных его операций (выполнение операций без непосредственного участия человека).


5. Система автоматического управления (САУ)


САУ каким-либо объектом называется техническая система, включающая в себя этот объект управления(ОУ) и присоединяемую к нему автоматическую аппаратуру, обеспечивающую заданный режим работы или выходные переменные объекта в соответствии с командами задающего устройства, являющегося частью этой автоматической аппаратуры.


6. Автоматическая управляющая система


автоматическая аппаратура САУ.


7. Система автоматического регулирования (САР)


САР – техническая система, в которой задаваемый от внешнего задающего устройства режим работы ОУ или его регулируемая переменная воспроизводится и поддерживается с помощью присоединяемых к ОУ автоматически действующих устройств.


8. Автоматический регулятор


- автоматические устройства САР

---

,


Обобщенные схемы САУ и САР


АУС


АЗУ


Авт. рег


ОУ


Рис.1 Обобщенная схема САУ


Рис.2 Обобщенная схема САР


Условные обозначения:


ОУ – объект управления;


АУС – автоматическая управляющая система;


АЗУ – автоматическое задающее устройство;


ЗУ – внешнее задающее устройство.


- регулируемые переменные ОУ;


ЗУ


Авт. рег


ОУ


- управляющие воздействия на ОУ;


Авт. Рег. – автоматический регулятор;


- возмущающие воздействия на ОУ;


- управляющие воздействия на САР;


Обобщенные функциональные схемы САР


Рис.3 САР непрямого действия.


Условные обозначения:


ИУ – исполнительное устройство;


УИ – устройства измерений;


УПУ – усилительно- преобразовательное устройство;


УУ – устройство управления;


УПОИ – устройства предварительной обработки информации;


РО – регулирующий орган,


Авт. рег


ЗУ


ОУ


УИ


РО


Рис.4 САР прямого действия.

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

РЕГУЛЯТОР ПОЛЗУНОВА


РЕГУЛЯТОР УАТТА


ВОДА


ПАР


ТОПКА


ДАТЧИК УРОВНЯ


Регулирующий орган


Рис. 5


Центробежный механизм


ПАР


Паровая турбина


Объект нагрузки


Регулирующий орган


Масса


ОН


Рис. 6


САР температуры охлаждающей жидкости в двигателе


ДВ


Задатчик


Термо стат


Радиатор


Датчик


Регулир.
объект


Рис.7


Двигатель вентилятора


Аккумуляторная


батарея


ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОМАШИННОГО МОМЕНТНОГО ПРИВОДА
при косвенном измерении момента и компенсации противо ЭДС


Рис.8


Обобщенная функциональная схема электрогидравлического следящего привода


Рис.9


СИГП


ГЗ


СЦ


ИД


с


с


с


с


с


МУ

---

эмп


ЗГУ


с


с


УМ


ГН


ПД


ОУ


МП


ДД1


ДД2


ДС


ДП


ДУД


ЭУ


ВАД


ЗУ


МПБ


ЦАП


Адаптер


УУ


ДОС


ДВВ


Энергетическая часть


Информационная часть


САР, работающие по разомкнутому циклу (разомкнутые системы)


ЗУ


Авт. рег


ОУ


Рис. 11 Управление по возмущающему воздействию


Рис. 12 Управление по отклонению


ЗУ


Авт. рег


ОУ


Рис. 10 Управление по задающему воздействию


САР, работающие по замкнутому циклу (замкнутые системы)


ЗУ


Авт. рег


ОУ


ОС


САР комбинированного управления


ЗУ


Авт. рег


ОУ


ОС


Рис. 13 Управление по отклонению и возмущению


Статические характеристики звеньев непрерывного действия


Рис.14 Пропорциональная


Рис.15 Кусочно - линейная


Рис.16 Насыщение


Рис.17 Зона нечувствительности


И тому подобные


Статические характеристики звеньев дискретного действия


Рис.18 Статические характеристики звеньев релейного действия


Рис.19 Статические характеристики звеньев импульсного действия

---

Классификация приводов по схеме построения силовой части

Индивидуальный однодвигательный привод


Групповой привод


Рис.20


Рис.21


ИД


У М


У У


МП


ОУ


ИП


ИД


У М


У У


МП


ОУ2


ОУ1


ОУ3


ИП


ИД


У М


У У


ИД


У М


МП


ОУ


ИП


Индивидуальный многодвигательный привод


Рис.22


Дифференциальный привод


Рис.23


ИД


У М


У У


ИД


У М


МД


ОУ


ИП


Многокоординатный привод (система приводов)


ИД1


У М1


У У1


МП1


ОУ


У У2


ИД2


У М2


МП2


ИП


Рис.24


Обобщенная функциональная схема САП


ОУ


УУ


УПУ


ЭУ


ИП


УИ


УИ


ВАД


ВАД


ИД


МП


Эл-ты вспомогат.
подсистем


ЗУ


Энергетическая часть САП


Информационная часть САП


Рис.25


ВАД– вторичная аппаратура датчиков;


Условные обозначения:


ИД – исполнительный двигатель;


УИ – устройства измерений;


УПУ – усилительно-преобразовательное устройство;


УУ – устройство управления;


ЭУ – электронный усилитель;


МП – механическая передача;


ОУ – объект управления;


Теория линейных САУ непрерывного действия


Цель и задачи


Математическое описание линейных систем автоматического управления


Целью рассмотрения САУ и САР, как правило, является решение одной из двух основных задач


- задачи анализа системы;


- задачи синтеза системы.


Первая задача возникает тогда, когда имеется система и необходимо исследовать ее свойства и качество,


Вторая задача -, когда задаются требования к качеству системы, и необходимо построить (создать) САУ, соответствующую этим требованиям.


При решении этих задач используются различные методы анализа и синтеза САУ и САР.

---

Методы исследований САУ и САР:


-теоретические методы;


- опытно-теоретические методы;


- экспериментальные.


При их реализации используются:


- натурные и полигонные испытания образцов систем в составе технических комплексов;


- стендовые (лабораторные и заводские) испытания натурных образцов систем и их узлов;


- испытания с применением различного вида моделей (воздействий и свойств узлов системы);


- математическое моделирование систем (математические модельные эксперименты).


Моделирование включает в себя два этапа:


1. Построение модели оригинала (реального образца);


2. Использование модели при решении задач анализа и синтеза систем или других задач.


Модель


Под моделью понимается овеществленный, программный, символьный или мысленный объект, отображающий в определенном отношении оригинал, замещающий его при решении каких-либо задач и позволяющий получить новую информацию о замещаемом объекте.


Виды моделей


Построение моделей базируется на теории подобия и ее различных аспектах.


В зависимости от используемого вида подобия и различают виды моделей:


- Геометрическое подобие используется при построении геометрически подобных моделей (макетов), адекватных оригиналу в отношении размеров, форм, габаритов, при абстрагировании от других свойств и характеристик оригинала;


- Функциональное подобие (изофункционализм) используется при построении функциональных моделей адекватных оригиналу в отношении лишь некоторых функций, но имеющих другую физическую природу, состав, структуру и т.д.;


- Физическое подобие позволяет строить физические модели адекватные оригиналу в отношении физических свойств и процессов, т.е.модели той же физической природы, что и оригинал;


- математическое подобие (изоморфизм) позволяет строить математические модели, адекватные оригиналу в отношении математического описания свойств и процессов оригинала;


Математической моделью системы (или ее звена) называют представленное в той или иной форме математическое описание системы (звена),адекватно отражающее ее статические и динамические свойства в определенном диапазоне режимов функционирования.


Линеаризация звеньев САУ


Рассмотрим для примера звено с двумя входными воздействиями Х1 и Х2 и одной выходной величиной Y, динамическое уравнение которого имеет вид нелинейного дифференциального уравнения:

---