Методические указания к выполнению практической работы по дисциплине «Теория автоматического управления» для студентов специальности 210100 всех форм обучения Одобрено (стр. 2 из 4)

Рис. 3. Схема работы сравнивающего устройства.

На основании рис. 2 и 3 составляем функциональную схему регулирования уровня топлива в поплавковой камере, которая показана на рис. 4.

Функциональный анализ работы САУ

С помощью функциональной схемы можно провести анализ работы данной САУ и определить, какие элементы функциональной схемы как обеспечивают заданные показатели качества работы системы.

Так задающее устройство (ЗУ) – обеспечивает заданное значение регулируемой величины; датчик (Д) – обеспечивает необходимую точность регулирования; исполнительное устройство (ИУ) – обеспечивает быстродействие системы; преобразующее устройство (ПУ) – обеспечивает изменения закона регулирования и т.д. При выборе функциональных элементов САУ эти показатели их работы являются важнейшими. Если, например, точность работы датчика не удовлетворяет поставленным технологическим требованиям, то, изменяя другие функциональные элементы, трудно добиться заданной точности регулирования. С другой стороны, имея высокочувствительный датчик, а исполнительное устройство с большой зоной нечувствительности, добиться необходимости точности регулирования тоже трудно. Поэтому параметры функциональных элементов САУ должны быть согласованы между собой.

Рис. 4. Функциональная схема системы автоматического регулирования

бензина в поплавковой камере.

В некоторых случаях можно добиться положительного эффекта путем включения корректирующего звена или при увеличении коэффициента усиления. Но в любой автоматической системе должен действовать главный принцип: каждый функциональный элемент должен полностью выполнять свою функцию согласно заданному алгоритму управления.

Методику проведения функционального анализа работы САУ рассмотрим на примере 1 (рис. 1 и 4).

ЗАДАНИЕ: Повысить качество автоматического регулирования уровня бензина в поплавковой камере (быстродействие и точность). Увеличить значение регулируемой величины.

РЕШЕНИЕ. 1. Быстродействие работы САУ зависит от исполнительного устройства (ИУ). В данной САУ – это запорный клапан. Для более быстрого наполнения поплавковой камеры бензином необходимо увеличить размер этого клапана.

2. Точность регулирования уровня бензина зависит от датчика – это поплавок. Для повышения точности регулирования необходимо уменьшить его вес и увеличить размер.

3. Увеличить значение регулируемой величины – это, значит, повысить уровень бензина в поплавковой камере. Величина регулируемой величины зависит от задающего устройства (ЗУ). Это расстояние от поплавка до запорного клапана. Для увеличения уровня бензина необходимо это расстояние уменьшить.

Классификация САУ

По функциональной схеме можно сделать и более глубокий анализ = провести классификацию данной САУ по самым различным признакам от алгоритма процесса увеличения до анализа сигналов управления.

По цепи управления: Все автоматические системы по цепи управления можно разделить на две группы.

Первая группа – это системы с заранее заданными (жестким) алгоритмами управления, регуляторы которых содержат только исполнительные элементы. К первой группе относятся:

САК – система автоматического контроля, которая производит в автоматическом режиме измерения контролируемой величины и все операции, связанные с обработкой, регистрацией и передачей полученных данных.

Цель контроля: сигнализация, защита, регистрация, блокировка.

САУ – система автоматического управления, которая обеспечивает изменение регулируемой величины объекта управления согласно технологическим требованиям и с учетом возмущающих воздействий.

Цель управления: Изменять параметры объекта управления в зависимости от времени, вида и величины возмущающих воздействий и действительного значения регулируемого параметра.

САР – система автоматического регулирования (или стабилизации), которая обеспечивает поддержание управляемой величины в заданных пределах при произвольно изменяющихся возмущающихся воздействий.

Цель регулирования: стабилизация заданного режима работы объекта регулирования при случайном изменении возмущающих воздействий (и особенно, если возмущение – это нагрузка).

САР можно рассматривать как частный случай работы САУ, когда задающее воздействие U(t) является постоянной величиной.

СПУ – система программного управления, в котором управляющее воздействие изменяется по заранее составленной программе.

Цель управления: изменение режима работы объекта управления согласно составленной программе в функции времени. Например, изменение температуры в калорифере. Или управление в функции изменения параметров обрабатываемой детали. Например, в станках с числовым программным управлением.

СПУ можно рассмотреть как частный случай работы САУ, когда закон изменения, задающий воздействие U(t) заранее известен, заранее запрограммирован и в процессе работы не изменяется. Вводится только поданные на вход системы.

САС – система автоматического слежения (или следящая система), которая на выходе в точности воспроизводит случайные сигналы, поданные на вход системы.

Цель управления: копирование (кодирование, преобразование, видоизменение) на выходе системы сигналов, поданных на ее вход. Сигналы, проходящие через САС, не корректируются, а только (но не всегда) масштабируются по величине или по мощности.

САС можно рассмотреть, как частный случай САУ закон изменения задающего воздействия U(t) заранее неизвестен.

Вторая группа – это оптимальные управления (ОСУ) с заранее известным (гибким) алгоритмом управления за счет автоматического поиска и поддержания оптимального управления согласно заданному критерию качества регулирования. Регуляторы таких систем кроме основного контура регулирования, содержащие исполнительные устройства, имеют дополнительный контур самонастройки, который изменяет алгоритм управления и параметры регулятора для обеспечения оптимального производственного процесса. Ко второй группе относятся:

СОУ – система оптимального управления, в которой задача оптимального управления сводится к определению оптимального алгоритма управления при заданной и не изменяющейся структуре и параметров системы.

Цель управления: определение оптимального алгоритма работы системы, когда известна и структура, и параметры системы управления.

АСУ – адаптивные системы управления, которые автоматически приспосабливаются (адаптируются) к изменению свойств объекта правления и к изменяющимся внешним условиям работы путем накопления и использования информации, получаемой в процессе работы, для достижения оптимального поведения системы путем целенаправленного изменения параметров регулятора, структуры системы и совершенствования алгоритма управления.

Цель управления: обеспечение заданного показателя качества регултрования (критерия качества) в условиях не стационарности объекта управления.

Различают следующие виды адаптивных систем:

- самонастраивающиеся системы,- в которых адаптация производится путем изменения некоторых параметров регулятора и управляющих воздействий.

- самоорганизующиеся системы,- в которых адаптация производится не только за счет изменения ее параметров и управляющих воздействий, а также за счет изменения структуры системы управления путем автоматического подключения или отключения корректирующих звеньев.

- самообучающиеся системы,- в которых адаптация производится не только за счет изменения ее параметров, управляющих воздействий и подключения корректирующих звеньев, а также дополнительно за счет совершенствования алгоритма управления путем автоматического поиска оптимальных управлений, упоминания их и с одновременным забыванием старых, менее эффективных алгоритмов управления.

Система экспериментального управления (СЭУ) – это система, которая самостоятельно в процессе своей работы вырабатывает и поддерживает экспериментальное значение регулируемого параметра.

Цель управления: непрерывный поиск экстремума по управляющему воздействию, когда динамические свойства объекта управления случайным образом изменяются.

СЭУ – это один из видов самонастраивающихся систем. Выделение ее в самостоятельный класс связан со специальной особенностью управления такой системы, когда заранее не известна ни величина, ни даже направления (больше или меньше) изменения управляющих воздействий. Все это определяется в процессе работы системы аналитически (рассчитывается) или экспериментально (путем подачи пробных сигналов).

По алгоритму управления.

Принцип программного управления, когда алгоритм управления вырабатывается по заранее составленной программе в задающем устройстве и последовательно выдается на объект управления.

В таких САУ вся информация об управлении априорно (заранее) занесена в задающее устройство. По такому принципу работают станки с числовым программным управлением для получения ткани с вышитым рисунком, светофоры на перекрестках и т.д.

Принцип управления по возмущению, когда алгоритм управления вырабатывается с помощью датчика возмущающего воздействия и компенсирует вызываемое им отклонение регулируемой величины.

В таких САУ вся информация об управлении на регулятор поступает с возмущающего воздействия. Обычно это нагрузка. По такому принципу работают, например, генераторы с дополнительной обмоткой возбуждения в цепи якоря, в которой создается дополнительный магнитный поток для компенсации потери напряжения, который пропорционален силе тока нагрузке генератора.