Основные законы управления

Классификация систем автоматического управления

Большое разнообразие, используемых в технике систем АУ требует применение различных признаков классификации таких систем. Рассмотрим классификации:

1. По характеру алгоритма функционирования:

1.1 Система стабилизации.

Они поддерживают требуемое значение управляемой величины с заданной точностью. В этих системах задающих воздействие x(t)=const. Стабилизация выходной величины ОУ осуществляет автоматический регулятор.

1.2 Системы программного управления.

Они предназначаются для изменения управляемой величины по определенному предписанию программе, которое составляется заранее на основании требований технического процесса. Сама программа задается при помощи задатчика и представляет собой последовательность команд в соответствии с алгоритмом функционирования ОУ.

1.3 Следящие автоматические системы.

Они предназначаются для изменения управляемой величины по закону, заранее неизвестной функции времени. В таких системах применяется своя терминология:

· входная величина – ведущая

· выходная – ведомая

· окончание процесса – отработка и т.д.

2. По способности САУ к самоприспосабливаемости.

САУ в составе которых имеются дополнительное автоматическое управление, изменяющее алгоритм функционирования основного АРУ, таким образом, чтобы система в целом осуществляла ЗАФ, называется самоприспосабливающимся. Такие системы обладают свойством адаптации, т.е. свойством автоматического приспособления к непредвиденным изменениям параметров объекта регулирующих устройств и внешней среды.

2.1 Системы экстремального управления.

Они обеспечивают отыскание и поддержания таких регулирующих воздействий на ОУ, при которых управляемая величина достигает наибольшего или наименьшего значения. Они действуют по принципу "поиска", т.е. обязательно с подачей поисковых сигналов. По получению отклика на сигнал поиска определяется знак и значение dy/du или dy/dt и затем определяется экстремум.

2.2 Системы с перестраивающимися устройствами.

Эти системы, у которых параметры или их структура автоматики изменяется в зависимости от управляющих и возмущающих воздействий или переменных параметров объекта.

2.3 Аналитические самонастраивающиеся системы.

Это системы, у которых их перестройка осуществляется на основе аналитического определения их динамических характеристик. В состав этих систем обязательно входит вычислительные машины.

3 По характеру управления во времени.

3.1. Непрерывные САУ.

3.2. Дискретные САУ (импульсные системы, релейные и позиционные системы)

4. По математическому описанию.

4.1 Линейные САУ.

4.2 Нелинейные САУ.

5 По числу управляемых величин.

5.1 Одномерные системы.

5.2 Многомерные системы.

6 По принципу действия.

6.1 Системы прямого действия. Это системы в которых чувствительный элемент (датчик) действует непосредственно на управляемый орган.

6.2 Системы непрямого действия. Это системы у которых после чувствительного элемента установлены усилители и сервоприводы.

7 По виду зависимости между управляемой величиной и нагрузкой на ОУ.

7.1 Системы статического регулирования.

Статическая система – это система, в которой при возмущающем или задающем воздействии, стремящемся к постоянной величине, отклонение управляемой величины также стремится к постоянной величине зависящей от этого воздействия. Для реализации такой системы используют статический регулятор. Такие системы функционируют с некоторым отклонением – статической ошибкой или статизмом системы.

7.2 Система астатического регулирования.

Астатическая система – это система, в которой при возмущении или задании отклонения управляемой величины в установившемся режиме, при постоянном значении, возмущения или задания равно нулю. Функционирует такая система при помощи астатических регуляторов, значения коэффициента астатизма равны нулю.

 

Под законом управления в автоматике понимают математическую зависимость, по которой управляющее устройство или регулятор воздействует на объект управления. В автоматике будут рассмотрены только простейшие законы управления, в которых управляющие воздействия линейно зависят от отклонения от его интеграла и дифференциала.

1. Пропорциональный закон (П-закон).

Это закон реализуется пропорциональным регулятором (П-регулятором). П-регулятор реализует статическое регулирование. Рассматриваемы законы регулирования реализуются при помощи автоматических устройств или регуляторов, на вход которых подается отклонение управляемой величины (сигнал рассогласования), а на выходе формируется управляющее воздействие.

Уравнение П-закона имеет вид:

1.1

где к_р - коэффициент передачи регулятора (коэффициент усиления регулятора).

U(t) – управляющее воздействие (формируется на выходе регулятора).

e(t) – отклонение управляемой (регулируемой) величины от заданного значения (поступает на вход регулятора).

2. Интегральный закон (И-закон).

Рассматриваемый закон реализуется И-регулятором в процессе астатического регулирования. Уравнение закона:

1.2

1.3

где к_р – коэффициент передачи И-регулятора

Т_и – постоянная времени интегрирования И-регулятора

3. Пропорционально-интегральный закон (ПИ-закон)

Данный закон регулируется ПИ-регулятором, т.е. происходит пропорциональное регулирование с интегральной коррекцией. Регулирование в данном случае является астатическим. Выражение ПИ-закона:

1.4

1.5

4. Пропорционально-интегрально-дифференциальный закон (ПИД-закон).

Данный закон регулируется ПИД-регулятором, а само регулирование является астатическим. Выражение этого закона:

1 1.6

где Т_и; Т_д – постоянные времени интегрирования и дифференцирования ПИД-регулятора.

Графики поведения управления управляемой величины во времени, при участии в системе различных регуляторов. Рассматриваемый ОУ обладает свойством саморегулирования.

 

 

1 – система самовыравнивания без регулирования.

2 – система с П-регулятором.

3 – система с И-регулятором.

4 – система с ПИ-регулятором.

5 – система с ПИД-регулятором.