МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ

Классификация систем автоматического управления по остальным признакам

Классификация систем автоматического управления в зависимости от числа управляемых переменных

Классификация систем автоматического регулирования по характеру изменения задающего воздействия

Классификация систем автоматического управления

Устройства УС, ПУ, КУ, ВСУ, У, ИУ, УОС являются элементами устройства управления, т.е. регулятора.

Чувствительное (измерительное) устройство(Д) измеряет и преобразует управляемые и контролируемые входные переменные и управляющие воздействия в сигналы, удобные для дальнейшего использования в системе управления.

Регулирующие органы(РО) передают управляющие воздействия непосредственно на объект управления, изменяя количество поступающих в объект энергии или вещества (воды, воздуха, топлива и т.д.).

Умение разделять САУ (САР) на функциональные элементы и составлять по ним функциональные схемы в общем виде, способствует ясности представлений о физических процессах, происходящих в системе управления и имеет большое значение для дальнейшего исследования и расчета основных режимов работы САУ.

По данному признаку САУ делятся на:

- системы автоматической стабилизации;

- системы программного управления;

- следящие системы.

Система автоматической стабилизации – это система, алгоритм функционирования которой содержит предписание поддерживать значение управляемой величины постоянной:

, (1.8)

где знак » означает, что управляемая переменная поддерживается на заданном уровне с некоторой ошибкой

(1.9)

Системы автоматической стабилизации имеют наибольшее распространение в промышленной автоматике.

Система программного управления – это система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять управляемую переменную в соответствии с заранее заданной функцией времени f_n(t), т.е.

. (1.10)

Следящая система – это система, предназначенная для изменения управляемой переменной в соответствии с изменением другой переменной, которая действует на входе системы и закон изменения которой заранее не известен, т.е.

, (1.11)

где f_c(t) – произвольная функция времени. Следящие системы обычно используются для дистанционного управления перемещением объектов в пространстве, а также для дистанционной передачи показаний.

 

 

По этому признаку САУ делятся на одномерные и многомерные.

К одномерным САУ (САР) относятся системы с одним входом и одним выходом. Одномерная САР приведена на рис. 1.8.

К многомерным САУ относятся системы с несколькими выходами и (или) несколькими входами. Объекты управления для многомерных систем представлены на рис. 1.9.

 

 

Рис.1.8. Схема одномерной САР

 

 

 

Рис. 1.9. Схемы многомерных объектов управления

 

Многомерные системы, в свою очередь, делятся на системы связанного и несвязанного управления. Системы несвязанного управления (регулирования) – это системы, в которых устройства управления, предназначенные для управления различными переменными, не связаны друг с другом и могут взаимодействовать только через общий объект управления (рис. 1.10а).

 

 

 

Рис. 1.10. Примеры объектов для связанного и несвязанного управления

 

Системы связанного управления – это системы, в которых устройства управления связаны между собой и для нормальной работы системы требуется их вполне определенное взаимодействие (рис. 1.10б).

 

1. Современные САР, помимо главных обратных связей, часто имеют местные обратные связи или параллельные корректирующие устройства (рис. 1.8). САР с одной регулируемой переменной, имеющая только главную обратную связь и не имеющая местные обратные связи называются одноконтурной, т.к. она имеет только один контур регулирования. САР, которая помимо одного контура главной обратной связи имеет еще и местные обратные связи называется многоконтурной. В этих САР, воздействие, приложенное к какой-либо точке, может обойти систему и вернуться в эту точку, следуя по нескольким различным путям обхода.

2. В зависимости от принадлежности источника энергии, при помощи которого создается управляющие воздействие, системы могут быть прямого и непрямого действия. В системах прямого действия используется энергия управляемого объекта, к которым относятся простейшие системы автоматической стабилизации (уровня, скорости и т.д.), в которых воспринимающий элемент через рычажную систему непосредственно действует на исполнительный орган (клапан, заслонку и т.д.). В системах непрямого действия управляющее воздействие создается за счет энергии дополнительного источника.

3. По виду сигналов, циркулирующих в САУ, системы делятся на непрерывные (аналоговые) и дискретные системы управления. Дискретные системы, в свою очередь делятся на: импульсные; релейные; цифровые.

4. По виду дифференциальных уравнений, описывающих элементы САУ, последние делятся на линейные и нелинейные. Линейные системы – это системы, все элементы которых описываются линейными алгебраическими и дифференциальными уравнениями. Если хотя бы один элемент системы имеет нелинейную зависимость выходной переменной от входной, то такая САУ является нелинейной.

5. В зависимости от способа выработки управляющих воздействий САУ делятся на поисковые и беспоисковые. В беспоисковых системах управляющие воздействия вырабатываются в результате сравнения истинного значения управляемой переменной с её заданным значением. Такие системы применяют для управления сравнительно несложными объектами управления, характеристики которых достаточно хорошо изучены и для которых заранее известно, в каком направлении и на сколько нужно изменить управляющее воздействие при определенном отклонении управляемой переменной от заданного значения.

В поисковой системе управляющие воздействия формируются с помощью пробных воздействий и путем анализа результатов пробных воздействий. Такой способ выработки управляющих воздействий приходится применять в тех случаях, когда характеристики объекта управления меняются во времени (объект нестационарный) или известны не полностью. Поэтому поисковые системы называют еще системами с неполной информацией. Наиболее часто принцип автоматического поиска применяют для управления объектом, характеристики которых имеют экстремальный характер. Здесь целью управления является отыскание и поддержание управляющих воздействий, соответствующих экстремальному значению управляемой переменной. Такие системы называются экстремальными (оптимальными) САУ.

6. В зависимости от наличия ошибки в установившемся режиме САР делятся на:

- статические системы, в которых управляемая переменная в установившемся режиме зависит от величины возмущающих воздействий (управляющего воздействия или входных переменных);

- астатические системы, в которых управляемая переменная не зависит в установившемся режиме от величины возмущающего воздействия.