Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
XXI
Зміст
Запровадження------------------------------------------------------------------III
1.История розвитку---------------------------------------------------------------III
2.Основниепонятия---------------------------------------------------------------IV
2.1. Фундаментальні принципи управління----------------------------------IX
2.2. Принцип розімкнутого управління-------------------------------------XIV
2.3. Принцип управління з відключення------------------------------------XIV
2.4. Принцип регулювання щодо відключення----------------------------XIV
3.Основние види алгоритмів функціонування-----------------------------XV
3.1. Пошукекстремума показника якості------------------------------------XV
3.2. Принцип оптимального управління------------------------------------XVI
3.3. Принцип адаптації--------------------------------------------------------XVII
4.Классификация систем автоматичного управління------------------XVII
4.1. Системи автоматичної стабілізації-----------------------------------XVIII
4.2. Основні елементи систем автоматичного регулювання------------XIX
4.3.Статическое іастатическое регулювання--------------------------------XX
4.4. САУ безперервного, релейного дії-------------------------------------XXI
4.5. Регулювання по обуренню Укладання---------------------------------XXI
Список літератури-----------------------------------------------------------XXIV
Запровадження
У основних напрямах економічного та розвитку стає завдання в розвитку виробництва електронних пристроїв регулювання і телемеханіки, виконавчих механізмів, приладів та датчиків систем комплексної автоматизації складних технологічних процесів, агрегатів, машин і устаткування.
Досвід, накопичений під час створення автоматизованих і автоматичних системам управління, показує, що управління різними процесами полягає в ряді правив і законів, частина у тому числі виявляється спільної технічних пристроїв, живих організмів і громадських організацій явищ. Вивчення процесів управління, отримання, перетворення інформацією технічних, живих і громадських організацій системах є предметом кібернетики, важливим розділом що є технічна кібернетика, включаючи аналіз інформаційних процесів управління технічними об'єктами, синтез алгоритмів управління й створення системам управління, що реалізують ці алгоритми.
Технічна кібернетика покликана виконувати завдання теоретичного аналізу та розвитку методів технічного конструювання елементної бази системам управління. Виділення цього розділу технічної кібернетики на самостійну наукову дисципліну «Елементи систем автоматичного управління і функцію контролю» стало наслідком накопичення великого обсягу матеріалу, присвяченого дослідженням різних пристроїв автоматики та її систематизації, яка вперше у нашій країні проведена чл.-кор. АН СРСРБ.С.Сотсковим.
1. Історія розвитку
Теорія автоматичного регулювання та управління належить до наукових дисциплін, їхнім виокремленням разом науку про управління. На початку вона створювалася для вивчення закономірностей у процесах автоматичного управління технічними процесами - виробничими, енергетичними, транспортними тощо. . Нині основне значення теорія автоматичного регулювання та управління має з вивчення технічних процесів, хоча у останні роки її висновками і результатами починають користуватися з вивчення динамічних властивостей системам управління технічної характеру.
Для автоматичного управління створюється система, що складається з управляючого об'єкту і тісно що з ним управляючого устрою. Як і кожна технічне спорудження, систему управління намагаються створити хіба що конструктивно жорсткої, динамічно «міцної». Ці суто механічні терміни досить умовні і вжиті у тому сенсі, що систему повинна бути спроможна виконувати вказану їй програму дій, попри неминучі перешкоди із боку довкілля.
Вперше, очевидно, із необхідністю побудови регуляторів зіштовхнулися творці високоточних механізмів, насамперед - годин. Навіть невеликі, постійно які у них перешкоди наводили зрештую до відхиленням від нормального ходу, неприпустимим в умовах точності. Протидіяти цим перешкод суто конструктивними засобами, наприклад, поліпшуючи обробку деталей, підвищуючи їх масу чи збільшуючи розвиваються пристроями корисні зусилля, не вдавалося, й у розв'язання проблеми точності у складі системи стали вводити регулятори. На межі нашої ери араби доповнили поплавковим регулятором рівня водяний годинник. Гюйгенс в 1657 року вбудував у години маятниковий регулятор ходу.
Ще однією причиною, будувати регулятори, була також управляти процесами,протікаючими за наявності настільки змінюються перешкод, насамперед навантаження, що заодно втрачалися як точність, а й працездатність системи. Попередниками регуляторів для умов вважатимуться застосовувані ще середньовіччі регулятори ходу водяних борошномельних млинів з відцентровими маятниковими елементами. Хоча окремі автоматичні регулятори з'являлися дані часи, вони залишались цікавими для історії техніки епізодами і хоч трохи серйозного впливу формування техніки і теорії автоматичного регулювання не надали. Розвиток промислових регуляторів почалося тільки межі XVIII і XIX століть, за доби промислового перевороту Європі. Першими промисловими регуляторами цього періоду є автоматичний поплавковий регулятор харчування казана паровий машини, побудований 1765 р. И.И.Ползуновим, і відцентровий регулятор швидкості паровий машини, який має у 1784 р. Отримав патент Дж.Уатт. Ці регулятори хіба що відкрили шлях потоку пропозицій з принципам регулювання і винаходів регуляторів, тривало протягом ХІХ ст. У цей час з'явилися регулятори з впливом за швидкістю (Сіменса), за навантаженням (Понселе), сервомотори з жорсткої зворотної зв'язком (Фарко), регулятори з гнучкою зворотної зв'язком , імпульсні регулятори «навідсік пара», вібраційні електричні регулятори тощо.
Парова машина невипадково першою об'єктом для промислових регуляторів, оскільки він не мала здатністю стійко працювати як така, тобто. не мала «самовирівнюванням». Її неприємні динамічні особливості часто призводили до неприємним несподіванкам, коли підключенний до машини регулятор діяв негаразд, як очікував конструктор: «розгойдував» машину чи взагалі опинявся нездатним управляти нею. Усе це, природно, спонукало до проведення теоретичних досліджень . Публікація цих досліджень починається з 1930-х (відома публікація Д.С.Чижова. був у 1823 року). Проте остаточно60-годов теоретичні дослідження регуляторів різняться тим, що сьогодні називається «відсутністю підходу». Частина авторів не бачить, що у техніці виникло принципово новий напрям; вважають, що регулятори - лише певна різновид, приладове виконання «модераторів», «зрівнювачів ходу», класичним представником яких були надіваючими на вал машини маховики. У деяких із цих робіт вважається, що регулятор діє ідеально, не наділена власною інерцією. Кроком вперед були роботи,враховувати динаміку регулятора, а й у них регулятор розглядався окремо від машини. Автори домагалися хорошого «заспокоєння» коливань самого регулятора, вважаючи, що це дуже й у заспокоєння коливань машини. За такого підходу теоретичні дослідження було неможливо стати фундаментом нової науку й були лише додатковими наробками у межах прикладної механіки, додатком до її поділу про парових машинах.
Корінне зміна в підході до проблеми й у методологію дослідження внесли три фундаментальні теоретичні роботи, що містили у собі, сутнісно, виклад основ нової науки: робота Д.К.Максвелла
«Про регулятори» (1866) й досвід роботи И.А.Вишнеградского «Про загальної теорії регуляторів» (1876) і «Про регулятори прямої дії» (1877).Д.К.Максвелл і И.А.Вишнеградский що його системний підхід до проблеми, розглянувши регулятор і машину як єдину динамічну систему. Вони сміливо спростили завдання, перейшовши до дослідження малих коливань і лініював складні диференціальні рівняння системи, що дозволило дати загальний методологічний підхід до дослідження самих різнорідних з фізики та конструкції систем, закласти підвалини теорії стійкості, особливо актуальною на той час, і можливість установити низку дуже важливих загальних закономірностей регулювання за принципом зворотний зв'язок.
Винятково значної ролі тоді зіграла робота И.А.Вишнеградского, різнилася глибоким інженерним підходом, розглядом самих злободенних для техніки минулих років об'єктів і містив крім цінних практичних рекомендацій також витоки низки сучасних методів дослідження стійкості й якості регулювання (діаграми стійкості й розподілу коренів, виділення областей стійкості й монотонності та інших.). саме И.А.Вишнеградский є основоположником теорії автоматичного регулювання.
Глибока робота Д.К.Максвелла залишилася тоді малопомітний, вона розглядала нехарактерний об'єкт, явно корисних практичних висновків нічого не робила і навіть із умоглядним висновків рекомендувала практично непридатні машин на той часостійким регулятора. Її роль оцінили пізніше, коли теорія автоматичного регулювання вже сформувалася на самостійну наукову дисципліну.
Вже роки теорія регулювання стала стимулювати розробки математичного плану. По заклику Д.К.Максвелла Раус розробив алгоритм з оцінки розташування коренів характеристичного рівняння і стійкості. На прохання А.Стодоли вивів детермінантний критерій стійкості Гурвіц.
Роботи словацького інженера і ученого А.Стодоли займають чільне місце у теорії стійкості регулювання парових і гідравлічних турбін. Він спробував врахувати вплив довгого трубопроводу на процес регулювання і коли одержав у своїй цікавий результат.
Великий внесок у теорію регулювання внесений Н.Е.Жуковским, автором праці «Про міцності руху » і першого російського підручника «Теорія регулювання ходу машин» (1909).Н.Е.Жуковский дав математичне опис процесів в довгих трубопроводах, розглянув вплив сухого тертя в регулятори, досліджував деякі процеси імпульсного регулювання.
У перші десятиліття ХХ століття теорія автоматичного регулювання, яка вийшла з рамок прикладної механіки, формується, як загальнотехнічна дисципліна. У цей час з'являється цілу низку праць, розглядають додаток теорії та з якої її висновки на найрізноманітніші технічні процеси. Особливо чітко думка про теорії регулювання, як дисципліни загальнотехнічного характеру, проводиться у низці робіт И.Н.Вознесенского (1922-1949), керівника одній з великих радянських шкіл у цій області.
Зміна автоматично керовані системи, пов'язані на підвищення інтенсивності процесів, ускладнення структури та підвищенням вимог, що висуваються до швидкості перебігу, точності й діють якості процесів, призводять до необхідність створення ефективніших аналітичних методів дослідження систем. Думка дослідників звертається до частотним методам, що дозволяє поєднувати тонкі аналітичні і наочні графічні прийоми, теоретичні і експериментальні методи дослідження. Перші кроки у цьому напрямі роблять у передвоєнні роки. З'являються робота Х.Найквиста (1932), у якій пропонувався критерій стійкості радіотехнічних підсилювачів із другого зв'язком, заснований на властивості частотною характеристики розімкнутої системи, і А.В.Михайлова «Гармонійний метод теоретично регулювання» (1938), котра відкрила новий етап теоретично регулювання; у вищій влаштувалася й доцільність використання частотних методів у теорії регулювання і які пропонувалися нові методи, в чесності «критерій Михайлова», який вимагає попереднього розмикання ланцюга регулювання. У післявоєнний період частотні методи швидко увійшли до практику. У 1946 року Г.Боде. і Л.Мак Паля запровадили логарифмічні частотні характеристики. Флойд на дослідження якості запропонував приближену розбивку речовинної частотною характеристики на трапеції.Г.Браун,А.Холл,Д.Кемпбелл,Г.Честнат,А.В.Михайлов,В.В.Солодовников та інших .Завершили розробку частотних методів синтезу і розрахунку систем, надавши їм форму, зручну для інженерних розрахунків.
У ці ж роки зусилля дослідників скеровуються в розробку загальних основ теорії нелінійних систем. Складність проблеми в тому, що ні існувало єдиного загального математичного апарату на вирішення нелінійних завдань. Отримати підвищення у цьому напрямі вдалося тоді, коли з багатьох приватних видів нелінійних систем виділили на дослідження вузькі з математичної погляду, але досить широкі в практичних додатках класи - системи, у яких виділяється дві пов'язані частини: загальна (лінійна) частина, безінерційний елемент з нелінійної статичної характеристикою; приватний вид цього – кусково-лінійної системи з релейним нелінійним елементом (кусково-лінійної статичної характеристикою). Переважна більшість робіт розглядає ці класи систем, хоча у окремих роботах трапляються й інші системи.
Одна з важливих напрямів дослідження стійкості нелінійних систем, яка грунтується на роботах А.М.Ляпунова (1896) , розвивалося у СРСР роботах Н.Г.Четаева (1945),А.И.Лурье (1944-1951),А.М.Летова (1955) та інших.
Завершальним етапом розвитку цього напряму вважатимуться розробку теорії абсолютної стійкості. Проблему було висунуто на роботах А.И.Лурье і В.Н.Постникова (1944), на більшвідліковій постановці -М.А.Айзерманом (1949,1963), і доведено до витонченого рішення румунським ученим В.М.Поповим (1959), у якому використовувалися частотні уявлення,В.А.Якубовичем та інших.
Важливе значення для якісного дослідження нелінійних систем мають методи, що базуються виставі перехідних процесів траєкторіями в фазових площини і просторі. Основи напрями закладеноА.А.Андроновим та її школою за 30 я - 40-і роки. Метод фазової площині, володіючи великий наочністю і глобальним охопленням всіх можливих рухів, попри обмеженість переважно рівняннями другого і третього порядків, розкрив ряд специфічних особливостей процесів в нелінійних системах - наявність граничних циклів, що ковзають режимів, захоплювання коливань тощо. Поєднання фазових уявлень з аналітичними методами дозволило запропонувати і досліджувати новий важливий клас систем з перемінної структурою, які зберігали високу якість роботи у умовах значних змін параметра об'єкта (С.В.Емельянов та інших., 60-ті роки). Праця у цьому напрямі визнана гідною Ленінської премії в 1971 р.
Я.З.Ципкіним розробили основи теорії релейних (1955) і імпульсних (60-ті роки) систем з різними видами модуляції. Цикл цих робіт визнаний гідним Ленінської премії в 1960 р.
Для визначення параметрів автоколивань наближеними методами Н.М.Криловим і Н.Н.Боголюбовим розробили метод гармонійного балансу (1934).Л.С.Гольдфарбом був прикладений графо-аналітичний метод перебування частоти і амплітуди основний гармоніки автоколивань з допомогою частотних характеристик. Подальший розвиток його розвивався на роботах Е.П.Попова та інших.
Розвиток теорії автоматичного регулювання у роки було виключно інтенсивним і багатогранним. Навіть згадати щодо багатьох напрямах, і авторів в короткому огляді неможливо. Обмежимося перерахуванням основних нових розділів, яким присвячені розробки нових фундаментальних принципів управління, виконані радянськими авторами. У працях Г.В.Щипанова,В.С.Кулебакіна,Б.Н.Петрова й були розроблено теорія автоматичного регулювання по обуренню, теорія компенсації обурення і інваріантості.
В.В.Казакевичем,А.П.Юркевичем,А.А.Фельдбаумом,А.А.Красовским та інші було сформульовано й досліджувано принципи екстремального управління і розроблена теорія екстремальних систем й пошуку дуального управління, здійснює пошук показника екстремума якості роботи системи. Роботами А.А. Фельдбаума, Л.С.Понтрягина,Н.Н.Красовского і багатьох інших створено теорії оптимального управління, у яких досліджуються управляючі впливу, щоб забезпечити максимальне значення функціоналу, що висловила технико-економічну ефективність динамічного процесу управління. Розробка теорії екстремальних і оптимальних принципів управління дала підставу розширити назва курсу «Теорія автоматичного регулювання», назвавши його «Теорія автоматичного регулювання та управління», оскільки аналізовані види управління не обмежуються лише регулюванням.
Значення теорії автоматичного управління у час переріс у рамки безпосередньо технічних систем. Динамічно керовані відбуваються місце у живих організмах, в економічних пріоритетів і організаційних людино-машинних системах. Закони динаміки у яких є основними і визначальними принципи управління, як це властиво технічним системам, але з тих щонайменше їхнього впливу найчастіше істотно, і відмова від їхньої обліку призводить до гучних втрат. У автоматизованих системах управління (АСУ) технологічними процесами роль динаміки явна, але він стає більш очевидною та інших сферах дії АСУ з розширенням їх лише інформаційних, а й управляючих функцій.
2. Основні поняття.
2.1 Фундаментальні принципи управління.
Цілеспрямовані процеси, що їх людиною задоволення різних потреб, є організовану і впорядковану сукупність дій - операцій, які діляться на дві основні виду: робочі операції і операції управління. До робочим операціям ставляться дії,
безпосередньо необхідних виконання процесу у відповідність до тими природними законами, якими визначається хід цього процесу, наприклад, зняття стружки у процес вирізання виробів на верстаті, переміщення екіпажу, обертання валу двигуна тощо. Для полегшення і вдосконалення робочих операцій використовуються різні технічні устрою, частково чи цілком які замінять людини у цієї операції. Заміна праці людини у робочих операціях називається механізацією. Мета механізації полягає у вивільненні людини у важких операціях, потребують великих витрат фізичної енергії (земляних робіт, підйом вантажів), у шкідливих операціях (хімічні, радіоактивні процеси), в «рутинних» (одноманітних, стомливих для нервової системи) операціях (загвинчування однотипних гвинтів при складанні, заповнення типових документів, виконання стандартних обчислень тощо.).
Для правильного і більш якісного виконання робочих операцій необхідні супроводжують їхні діяння іншого роду - операції управління, з яких забезпечується потрібні моменти початок, порядок прямування і припинення робочих операцій, виділяються необхідних їх виконання ресурси,придаются потрібні параметри самому процесу - напрями, швидкості, прискорення робочому інструменту чи екіпажу; температура, концентрація хімічному процесу тощо. Сукупність управляючих операцій утворює процес управління .
Операції управління як і частково чи цілком можуть виконуватися технічними пристроями. Заміна праці людини у операціях управління називається автоматизацією , а технічні устрою, виконують операції управління, - автоматичними пристроями . Сукупність технічних пристроїв (машин, знарядь праці і, коштів механізації), виконують цей процес, з погляду управління об'єктом управління . Сукупність коштів управління і об'єкта утворює системи управління. Система, коли всі робітники і управляючі операції виконуються автоматичними пристроями й без участі людини, називаються автоматичної системою. Система, у якій автоматизовано тільки п'яту частину операцій управління, іншу частина (зазвичай найбільш відповідальна) виконується людьми, називається автоматизованої (чи напівавтоматичного) системою.
Коло об'єктів і операцій управління дуже широкий. Він охоплює технологічні процеси та агрегати, групи агрегатів, цехи, підприємства, людські колективи, організації тощо.
Об'єкти управління й ті види на них.
Об'єкти, у яких протікає керований процес, називатимемо об'єктами управління. Це різноманітні технічні пристрої і комплекси, технологічні чи виробничі процеси. Стан об'єкта можна характеризувати одна чи кілька фізичними величинами, званими керованими чи регульованими перемінними. Для технічного устрою, наприклад, електричного генератора, регульованої перемінної то, можливо напруга з його вихідних клемах; для виробничого ділянки чи цеху - обсяг випущеної їм промислової продукції.
Возмущающим називається такий вплив, яке порушує необхідну функціональну зв'язок між регульованими чи керованими перемінними і управляючим впливом. Якщо обурення характеризує дію довкілля на об'єкт, воно називається зовнішнім. Якщо цей вплив виникає всередині об'єкта рахунок перебігу небажаних, але неминучих процесів за його нормальному функціонування, то такі обурення називаються внутрішніми.
Вплив,прикладаючого об'єкта управління з єдиною метою зміни прикладаючої величини відповідно до потрібним законом, і навіть як компенсація впливу обурень на характер зміни керованої величини, називаються управляючими.
Основна мета автоматичного управління будь-яким об'єктом чи процесом перебуваємо у цьому, щоб безупинно підтримувати із заданою точністю необхідну функціональну залежність керованих перемінними, котрі характеризують стан об'єкту і управляючими впливами за умов взаємодії об'єкта із зовнішнього середовищем, тобто. за наявності як внутрішніх, і зовнішніх збурюючих впливів. Математичне вираз цієї функціональної залежності називається алгоритмом управління.
Поняття про елемент системи.
Будь-який об'єкт управління спряжений з однією чи декількома регуляторами, формуючими управляючі впливу, що подаються на регулюючий орган. Об'єкт управління що з управляючим пристроєм, чи регулятором, утворюють систему управління чи регулювання. У цьому, Якщо людина не бере участь у процесі управління, така система називається системою автоматичного управління.
Регулятор системи є комплексом пристроїв,з’єднаних між собою у певній послідовності і здійснюють реалізацію найпростіших операцій над сигналами. У зв'язку з цим виявляється можливим зробити декомпозицію (розчленовування) регулятора деякі функціональні елементи – найпростіші конструктивно-цільні осередки, виконують одну певну операцію з сигналом.
До таких операціям слід віднести:
1) перетворення контрольованій величини в сигнал;
2) перетворення: а) сигнал одного роду енергії в сигнал іншого роду енергії; б) безперервного сигналу в дискретний і навпаки; в) сигналу за величиною енергії; р) види функціональної зв'язок між вихідними і вхідними сигналами;
3) зберігання сигналів;
4) формування програмних сигналів;
5) порівняння контрольних і програмних сигналів процес формування сигналу неузгодженості;
6) виконання логічних операцій;
7) розподіл сигналу різними каналами передачі;
8) використання сигналів для на об'єкт управління.
Перелічені операції з сигналами, що їх елементами систем автоматичного управління, використовують у подальшому в якості основи систематизації усього розмаїття елементів автоматики, які у різних за характеру, призначенню і принципу дії системах, тобто породженого різноманіттям автоматичних системам управління і функцію контролю.
Щоб здійснювати автоматичне управління або будувати систему управління, потрібні знання двоякого виду: по-перше, конкретні знання цього процесу, його технологій і, по-друге, знання принципів, і методів управління, загальних найбільш різноманітних об'єктів і процесів. Конкретні спеціальні знання дають можливість встановити, як і, головне, як треба змінювати у системі, щоб отримати необхідний результат.
При автоматизації управління технічними процесами виникає у різних групах операцій управління. До однієї з такі групи належить операція початку (включення), припинення (відключення) цієї операції і переходу від однієї операції в іншу (перемикання).
Для правильного і більш якісного ведення процесу деякі з її координат - керовані - повинні підтримуватися в певних межах чи змінюватися по визначеному закону.
Другу групу операцій управління пов'язані з контролювати координатами для встановлення допустимих кордонів. Ця група операцій полягає у вимірюванні значень координат і її уявлення результатів виміру перетворилася на зручною для людини-оператора формі.
Третю групу операцій управління - операції з підтримання заданого закону зміни координат - вивчається теоретично автоматичного управління.
Кожен об'єкт, у якого масою, є динамічним, бо під дією зовнішніх зусиль і моментів (кінцевої величини) із боку об'єкта виникає відповідна реакція її положення (чи стану) може бути змінено миттєво. Змінні x, u іf (де x - сукупність керованих координат процесу, u - впливу чи управління,прикладаючі об'єкта, іf - обурення які діють вхід об'єкта) в динамічних об'єктах зазвичай пов'язані між собою диференціальними, інтегральним, чи різностними рівняннями, що містять як незалежної перемінної час t .
Зміни координат нормального, бажаному процесі визначається сукупністю правил, розпоряджень чи математичних залежностей, званих алгоритмом функціонування системи. Алгоритм функціонування показує, як має змінюватися величинаx (t) за вимогами технології, економіки чи з інших міркувань. Теоретично автоматичного управління алгоритми функціонування вважаються заданими.
Динамічні властивості і форма статичних характеристик вносять спотворення: дійсний процес надто відрізнятиметься від бажаного (який, наприклад, за ті самі впливах мав би місце у безінерційних лінійному об'єкті). Тому необхідний закон зміни управління u , чи алгоритм управління, нічого очікувати подібним алгоритму функціонування; він залежить від алгоритму функціонування, динамічних властивостей і характеристик об'єкта. Алгоритм управління показує, як має змінюватись управління u, щоб забезпечити поставлене алгоритм функціонування. Алгоритм функціонування автоматичної системі реалізується з допомогою управляючих пристроїв.
У основі які у техніки алгоритмів управління лежать деякі загальні фундаментальні принципи управління, що визначають, як здійснюється ув'язка алгоритму управління з заданим і фактичним функціонуванням, чи з причинами, які відхилення. Використовується три фундаментальних принципу:розімкнутого управління, зворотного зв'язку та компенсації.
2.2 Принцип розімкнутого управління.
Сутність принципу у тому, що алгоритм управління будується тільки із заданого алгоритму функціонування та не контролюється по фактичному значенням керованої величини.
2.3 Принцип управління з відхилення
(принцип зворотний зв'язок).
Цей принцип одна із найперших і дуже поширених принципів управління. Відповідно до ним вплив на регулюючий орган об'єкта виробляється як функція відхилення регульованої величини від запропонованого значення.
Зворотній зв'язок можна знайти у багатьох процесів у природі. Прикладами можуть бути вестибулярний апарат, який виявляє відхилення тіла від вертикалі, і який би підтримку рівноваги, системи регуляції температури тіла, ритму подиху і т.п. У громадських установах зворотний при управлінні встановлюється з допомогою здійснення контролю виконання. Принцип зворотний зв'язок є дуже універсальним фундаментальним принципом управління, які у техніці, природі та суспільстві.
2.4 Принцип регулювання по обуренню
(принцип компенсації).
Оскільки відхилення регульованої величини залежить тільки від управління, а виникаючому впливу, то принципі можна сформулювати закон управління те щоб в що встановилася режимі відхилення не було.
Принцип регулювання паровий машини по моменту опору її валу було запропоновано в 1930 р. французьким інженером И.Понселе, проте реалізувати цю пропозицію практично зірвалася, оскільки динамічні властивості паровий машини (наявність астатизма) не допускали прямого використання принципу компенсації. Однак у ряд інших технічних пристроїв принцип компенсації використовувався давно. Примітно, що його використання у статиці не викликала, спроба ж Г.В.Щипанова 1940 р. Запропонувати принцип інваріантності по обуренню у ліквідації відхилень у поступовій динаміці викликала різку дискусію обвинувачення на не реалізації пропозиції. В.С.Кулебакин в1948г. і Б.Н.Петров в 1955 р. показали, як треба будувати системи, щоб було реалізовувати них принцип інваріантності. У 1966 р. запропонований Г.В.Щипановим принцип інваріантності був відкриття з пріоритетом - квітень 1939 р. Тим самим було виправили помилка його, перебувала у цьому, що заперечувалася реалізація принципу інваріантності взагалі.
Системи регулювання по обуренню тоді як системами, діючими по відхилення, відрізняються звичайно великими сталістю і швидкодією. До їх недоліків ставляться труднощі виміру навантаження переважно систем, неповний облік обурень (компенсуються ті обурення, які вимірюються). Так, при компаундуванні електричної машини не компенсуються коливання напруги мереж, що живлять рухливий двигун, і обмотки порушення, коливання опорів обмоток через зміну температури та інших. В багатьох випадках дуже ефективно застосування комбінованого регулювання по обуренню і відхилення, широко що використовується для регулювання напруги потужних синхронних генераторів на великих електростанціях (компаундуванні з корекцією). Комбіновані регулятори об'єднують гідності двох принципів, але, природно, конструкція їх важче, а вартість вище.
3. Основні види алгоритмів функціонування.
З давніх часів в системах автоматичного управління використовувався алгоритм функціонування, званий стабілізацією - підтримкою постійного заданого значення регульованої величини. Пізніше з'явилися алгоритми типу програмного управління - підтримки заданої функції часу - і стежить управління - відтворення невідомої заздалегідь функції.
Останні десятиліття з'явилися нові, більш тонші алгоритми функціонування. Розглянемо основні їх.
3.1 Пошук екстремума показника якості
(екстремальна управління)
У багатьох процесів показник якості, чи ефективність, виявляється у кожен час функцією поточних координат системи. У цьому управління можна вважати нормальним, коли вона забезпечує утримання показника якості у точці максимуму. Прикладом може бути настроювання названої станції на частоту передавальної по найбільшої гучності прийому чи найбільшої яскравості світіння індикаторної лампочки. Крапка екстремума під впливом різних обурень зміщується у якомусь певному напрямі, та заодно невідомо, якому саме напрямі слід впливати на регулюючий орган, аби повернути систему до екстремуму.
Для екстремального управління виконуються спочатку невеликі пробні руху, потім аналізується реакція ними системи та за результатами аналізу виробляється котра управляє вплив.
Перші нагадування у літературі про екстремальних регулятори зберігають у статті М. Леблана (1922), де описані регулятори для коливального контуру електропоїзда, та окремою книгою Т.Штейна (1926), де висловлювалася ідея регулювання топки парового казана мінімально втрат надходжень у димовою трубі. Далі екстремальні регулятори досліджувалися і які пропонувалися Ю.С.Хлебцевичем (1940),В.В.Казакевичем (1943). Широкої популярності принцип екстремального регулювання стоїть у 50-і роки після виходу у світ книжки Цян Сюе-сеня (1954) і статей Дрейпера і Лі.
3.2 Принцип оптимального управління.
Ще один фундаментальний принцип - оптимального управління - останніми роками почав застосовуватися як і технічних системах підвищення ефективності виробничих процесів, і у системах організованого самонаведення вдосконалення підприємств, установ, галузей народного господарства.
Принцип оптимального управління можна застосувати у процесах, показник ефективності яких залежить тільки від поточних значень координат, а й від характеру їх змін у минулому, сьогодення та майбутнє; показник ефективності виражається деяким функціоналом від координат чи то з часу. Як приклад можна навести процес управління бігом спортсмена на дистанції. Запас енергії спортсмена обмежений, а її витрачання залежить від характеру бігу. Спортсмен неспроможна у кожний час віддавати максимум можливої потужності, бо за цьому швидко видихнеться на дистанції.
Перебування оптимального управління у подібних завданнях вимагає розв'язання у процесі управління досить складною математичної завдання методами варіаційного числення чи математичного програмування. Отже, органічною частиною систем оптимального управління стає обчислювальну машину.
3.3 Принцип адаптації.
У управлінні починає використовуватися принцип адаптації. його тоді, коли параметри системи під впливом зовнішніх чинників змінюються несподіваним заздалегідь чином бо так, що рух системи зазнає суттєві якісних змін. У цьому розглянуті вище принципи врядування вже не дозволяють забезпечить нормальну функціонування системи та необхідна за процесі управління змінювати параметри і навіть структуру системи.
4. Класифікація систем автоматичного управління.
Системи автоматичного управління класифікуються різноманітні ознаками.
За характером зміни управляючого впливу розрізняють системи автоматичної стабілізації, програмного регулювання та хто стежить системи.
По виду переданих сигналів виділяють системи безперервні, з гармонійної модуляцією, імпульсні, релейні і цифрові.
По способу математичного описи, прийнятого для дослідження, виділяють лінійні і не лінійні системи. Обидві групи можуть бути безперервними, дискретними і дискретно-неперервними системами.
По виду контрольованих змін своїх властивостей розрізняють непристосовані і пристосовані (адаптивні) системи. У цьому класі можна назвати самоналаштовуючі системи з самоналаштуванням параметрів чи впливів і самоорганізуючі системи з контрольованими змінами структури.
Залежно від приналежності джерела енергії, з якого створюється котра управляє вплив, системи може бути прямого і непрямого дії. У системах прямої дії використовується енергія керованого об'єкта. До них належать найпростіші системи стабілізації (рівня, витрати, тиску тощо.), у яких сприймає елемент через ричажну систему безпосередньо діє виконавчий орган (заслінку, клапан тощо.). У системах непрямого дії котра управляє вплив створюється рахунок енергії додаткове джерело.
4.1 Системи автоматичної стабілізації,
програмного регулювання і
стежать системи.
Системи автоматичного регулювання залежно від характеру зміни управляючого впливу діляться втричі каса. Розрізняють системи автоматичної стабілізації, системи програмного регулювання та хто стежить системи.
Системи автоматичної стабілізації характеризуються тим, у процесі роботи системи котра управляє вплив залишається величиною постійної.
Основне завдання системи автоматичної стабілізації є підтримання постійному рівні за припустимою помилкою регульованої величини незалежно від діючих обурень. Дійові обурення
викликають відхилення регульованої величини від запропонованого їй значення. Відхиленням регульованої величини називається різницю між значенням регульованої величини в момент часу й її значенням, прийнятим за початок відліку.
Поняття відхилення регульованої величини є характерною для систем автоматичної стабілізації і дозволяє дати якісну оцінку динамічним властивостями систем цього
Системами автоматичної стабілізації є різноманітних САР, призначені для регулювання швидкості, напруги, температури, тиску; наприклад, стабілізатор курсу літака тощо.
Системи програмного регулювання різняться тим, що котра управляє вплив змінюється із заздалегідь встановленому закону до функцій часу, чи координат системи.
Про точність відтворення управляючого на виході системи відтворення судять за величиною помилки, яка визначається різницю між управляючим впливом і регульованої завбільшки цей час часу.
Прикладом систем програмного регулювання можуть бути системи управління копіювально-фрезерним верстатом.
У стежать системах котра управляє вплив є також величиною перемінної, але математичне опис його у часі може бути встановлено, оскільки джерелом сигналу служить зовнішнє явище, закон зміни якого заздалегідь невідомий. Як приклад яка стежить системи можна зазначити радіолокаційну станцію автоматичного супроводу літака.
Оскільки стежать системи призначені на відтворення не вдома управляючого впливу з можливо більшої точністю, то помилка, як і у разі систем програмного регулювання, є характеристикою, якими можна будувати висновки про динамічних властивості яка стежить системи. Помилка в стежать системах, як й у системах програмного регулювання, є сигналом, залежно від величини якого здійснюється управління виконавчим двигуном.
4.2 Основні елементи систем автоматичного регулювання.
Система автоматичного регулювання є комплексом, що з регульованого об'єкту і регулятора. За характером використовуваних елементів і функцій, що вони виконують, системи автоматичної стабілізації, стежать системи та системи програмного регулювання принципових відмінностей немає.
Відповідно до принципом дії системи автоматичного регулювання можна назвати основні елементи, зазвичай, присутні переважають у всіх системах.
В усіх життєвих трьох групах систем котра управляє вплив порівнюється зі регульованої величиною. На виконання операції порівняння застосовуються устрою, звані елементами порівняння. Управляющее поєднання регульована величина, вступники на два входу елемента порівняння, би мало бути попередньо перетворені й приведено до сигналам жодного виду енергії і розмірності. Ці операції виконуються вимірювальним елементом із боку управляючого впливу.
Найчастіше безпосереднє використання вихідного сигналу елемента порівняння доведення на дію регулюючого органу об'єкта неможливо. Тому не виникає потреба у попередньому посиленні сигналу як у величині, і за проектною потужністю. З іншого боку, часто потрібно здійснити і перетворення сигналу, що з формою уявлення впливу, і переклад його вже з виду енергії на другий. Ці функції зазвичай виконуються тим чи іншим підсилювачем. Отже, в системах автоматичного регулювання серед основних пристроїв здебільшого застосовують усилительний елемент .
У практиці можуть зустрінеться випадки, коли застосування підсилювачів необов'язково. У цьому регулятор безпосередньо діє регулюючий орган і називається регулятор прямої дії . Автоматична система з регулятором прямої дії називається системою прямого регулювання .
За наявності підсилювачів що регулює пристрій називається регулятором непрямого дії. Автоматична система з регулятором непрямого дії називається системою непрямого регулювання .
Приведення на дію регулюючого органу об'єкта зазвичай здійснюється з допомогою виконавчого елемента.
У системі автоматичного регулювання, складеної з об'єкта регулювання, елемента порівняння, підсилювача і виконавчого елемента, динамічні процеси можуть протікати недостатньо якісно, за тими або іншим суб'єктам причин процес регулювання може бути взагалі хистким. Щоб система автоматичного регулювання мала стійким процесом і задовольняла потрібним умовам якості процесу регулювання, застосовують коригувальні устрою.
Отже, система автоматичного регулювання складається з об'єкта регулювання і регулятора. Регулятор включає у собі такі основні елементи, елемент порівняння, підсилювач, виконавчий елемент і коригувальні устрою.
Зазвичай системи автоматичного регулювання подають як структурних схем. Ця структурна схема може становити все групи систем, тобто системи автоматичної стабілізації, стежать системи та системи програмного регулювання. Принциповою різниці між тими системами щодо застосування та призначення елементів немає. Є певна різниця взадающем елементі. Приміром, ставить елемент у системі автоматичної стабілізації виробляє котра управляє вплив постійної величини, що називається >уставкой регулятора і з якою порівнюється регульована величина під час роботи системи. Працюючи схеми як яка стежить системи ставить елемент має забезпечити вимір управляючого сигналу, що надходить наследящую систему ззовні.
4.3 Статичне і астатичне регулювання.
Системи автоматичної стабілізації, стежать системи та системи програмного регулювання поділяють на дві групи: системи статичні і системи астатичні (які мають статичної помилки).
Систему автоматичного регулювання може бути статичної стосовно управляючому впливу, якщо прагненні останнього до постійної величині помилка також прагне постійної, відмінній від нуля, величині і від значення докладеної впливу.
Система автоматичного регулювання буде астатичною по «возмущающему» впливу, якщо прагненні «возмущающего» впливу постійної величині відхилення регульованої величини котиться до нуля та залежною від величини докладеної впливу.
Система автоматичного регулювання буде астатичною стосовно управляючому впливу, якщо прагненні управляючого впливу постійної величині помилка котиться до нуля та залежною від величини впливу.
4.4 Системи автоматичного регулювання безперервного, імпульсного і релейного дії.
Залежно від виду сигналів розрізняють системи автоматичного регулювання безперервні, релейні і імпульсні.
Особливістю безперервних систем і те, що у всіх елементах, складових систему, вхідні і вихідні сигнали є безперервними функціями часу. До безперервних систем ставляться також системи з |гармонійної модуляцією. У цьому передачі сигналу може бути використаніамплитудно-модульовані,частотно-модульовані вагання і коливання з модульованої фазою.
4.5 Регулювання по обуренню і комбінування регулювання.
Процес реалізації компенсації «возмущающего» впливу називається регулюванням по обуренню. Регулювання по обуренню має достоїнствами й недоліками. Серед достоїнств треба сказати високе швидкодія. До вад потрібно віднести те, що ланцюг компенсації забезпечує необхідну якість регулювання лише за дії того обурення, яким вона розрахована. При дії іншого обурення і необхідності компенсувати дію потрібно було затверджувати нову ланцюг компенсації, що, звісно, ускладнює систему. Ланцюг компенсації перестав бути зворотної зв'язком, тому, що цьому ланцюзі передається вхідний сигнал, а чи не регульована (вихідна) величина об'єкта .
У системах, використовують принцип зворотний зв'язок чи принцип регулювання по відхилення, вирішальне значення має тут сам собою факт відхилення регульованої величини виявленої програми, незалежно від характеру величини, що отримала це відхилення. Тож у системах автоматичного регулювання по відхилення не бракує, має місце у системах регулювання по обуренню.
У техніці автоматичного регулювання є системи, у яких поєднуються гідності регулювання по відхилення і обуренню. Система, у яких одночасно використовуються обидва принципу регулювання, називаються комбінованими, а принципи у тих системах - комбінованим регулюванням.
Укладання
Вплив, прикладене до системи автоматичного регулювання, викликає зміна регульованої величини. Зміна регульованої величини у часі визначає перехідний процес, характер якої від впливу і південь від властивостей системи.
Чи є система яка стежить системою, не вдома якою потрібно відтворити максимально точно закон зміни управляючого сигналу, чи системою автоматичної стабілізації, де незалежно від обурення регульована величина повинна підтримуватися на заданому рівні, перехідний процес представляється динамічної характеристикою, якими можна будувати висновки про ролі роботи системи.
Будь-яке вплив, прикладене до системи, викликає перехідний процес. Однак у розгляд зазвичай входять ті перехідні процеси, які викликані типовими впливами, створюють умови повнішого виявлення динамічних властивостей системи. До типових впливів ставляться сигнали стрибкоподібного і ступінчастого виду, виникаючі, наприклад, включення системи або за стрибкоподібному зміні навантаження; сигнали ударного дії, які становлять імпульси малої тривалості проти часом перехідного процесу.
Щоб якісно виконати завдання регулювання у різних змінюються умовах роботи система повинна мати певним (заданим) запасом стійкості .
У стійких системах автоматичного регулювання перехідний процес з часом загасає і настає усталене стан. Як у перехідному режимі, і у що встановилася стані вихідна регульована величина відрізняється від бажаного закону зміни певну величину, що є помилкою і характеризує точність виконання поставлених завдань. Помилки в що встановилася стані визначають статичну точність системи та мають великий практичного значення. Тому, за складанні технічного завдання проектування системи автоматичного регулювання окремо виділяються вимоги, які пред'являються статичної точності .
Великий практичний інтерес представляє поведінка системи в перехідному процесі. Показниками перехідного процесу є час перехідного процесу,перерегулюванні і число коливань регульованої величини близько лінії встановленого значення під час перехідного процесу.
Показники перехідного процесу характеризують якість системи автоматичного регулювання і є з найважливіших вимог, що висуваються до динамічним властивостями системи.
Отже, задля забезпечення необхідних динамічних властивостей до систем автоматичного регулювання мають бути висунуті вимогами з запасу стійкості, статичної точності й діють якості перехідного процесу.
Там коли вплив (котра управляє чи що обурює) перестав бути типовим сигналом не може бути зведено до типового, тобто вона може розглядатися як сигнал із заданою функцією часу й є випадковим процесом, в розгляд вводять імовірнісні характеристики. Зазвичай у своїй оцінюється динамічна міцність системи з допомогою поняття середньоквадратичної помилки. Отже, у разі систем автоматичного регулювання, які перебувають під впливом випадкових стаціонарних процесів, щоб одержати бажаних динамічних властивостей системи потрібно пред'явити певні вимоги до величині середньоквадратичною помилки.
Список літератури
1.Н.И.Подлесний,В.Г.Рубанов. Елементи систем автоматичного управління
і місцевого контролю. - Київ.: «Вища школа»,1982.-477 з.
2.В.А.Лукас. Теорія автоматичного управління. - М.: «Надра», 1990.-416 з.
3.А.А.Первозванский. Курс автоматичного управління. - М.: «Наука»,
1986.-367 з.
4.Я.З.Ципкин. Основи теорії автоматичних систем. - М.: «Наука»,
1977.-436с.
5.А.А.Воронов,В.К.Титов, Б.Н.Новоградов. Основи теорії автоматичного регулювання та управління. - М.: «Вищу школу»,1977.-519с.
6. Підручник; під.ред. В.П.Косарева,А.Ю.Королева. Економічна інформатика і обчислювальної техніки. - М.: «Фінанси і статистика», 1996.-336с.