ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ И ЭЛЕМЕНТАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Назначение, принцип действия и определение системы автоматического управления

В окружающем нас мире мы наблюдаем разнообразные процессы управления. Так, например, человек управляет многообразными производственными процессами, средствами транспорта и т. д.

Управлением называют такую организацию процесса, которая обеспечивает достижение определенных целей.

Очень часто задачей управления является обеспечение изменения величины, характеризующей процесс, по определенному закону. Этот частный случай управления называется регулированием. Ниже при изложении основ классической теории управления мы будем использовать термины «управление» и «регулирование», считая их эквивалентными.

Объект, физическая величина которого регулируется, называется объектом регулирования.

Физическая величина, подлежащая регулированию, называется регулируемой величиной.

Устройство, осуществляющее автоматическое регулирование, называется автоматическим регулятором.

Совокупность объекта регулирования и автоматического регулятора, представляющая единую динамическую систему, образует систему автоматического регулирования.

Таким образом, системой автоматического регулирования называется динамическая система, автоматически обеспечивающая изменение регулируемой величины по требуемому закону.

Если через g(r) обозначить требуемое изменение регулируемой величины, а через х(/) ее действительное изменение, то в идеальном случае любая система автоматического регулирования должна обеспечить равенство:

где s(/) = g{t) - x{t) — ошибка системы.

Существующие системы могут обеспечить лишь приближение s(0 к какой-то допустимо малой величине.

Наиболее распространенным типом систем автоматического регулирования являются системы, действующие на основе информации об ее ошибке. При работе такой системы должны выполняться следующие операции:

• • измерение текущих значений регулируемой величины x(t);
• • определение ошибки системы е(/) путем сравнения *(/) с требуемыми его значениями g(t);
• • если величина ошибки системы больше ее допустимого значения, регулятор должен создавать воздействие {регулирующее воздействие) на объект регулирования, под влиянием которого ошибка системы должна уменьшаться.

Такой принцип регулирования называется принципом регулирования по отклонению.

Функциональная схема системы автоматического регулирования одной величины по отклонению показана на рис. 1.1: через z обозначено регулирующее воздействие и через / — возмущающее воздействие. Возмущающим воздействием называется всякое воздействие, стремящееся нарушить требуемую функциональную связь между регулируемой величиной х и управляющей величиной g.

Для систем автоматического регулирования по отклонению характерно наличие главной отрицательной обратной связи (пода-

Рис. 1.1. Функциональная схема автоматизированной системы управления с регулированием по отклонению:

х и g — регулируемая и управляющая величины соответственно; z и /— регулирующее и возмущающее воздействия соответственно

ча на сравнивающий элемент действительного значения регулируемой величины х). Таким образом, системы автоматического регулирования по отклонению являются замкнутыми системами.

В разомкнутых системах отсутствует главная отрицательная обратная связь, т. е. ошибка системы е не обнаруживается и не влияет на процесс регулирования. Поэтому при прочих равных условиях качество работы разомкнутых систем ниже, вследствие чего применяются они реже.

На функциональной схеме показаны основные устройства (элементы), обычно входящие в состав систем автоматического регулирования по отклонению.

Измерительное устройство предназначено для измерения отклонения регулируемой величины х от требуемого значения g и формирования сигнала ошибки г.

Управляющее устройство предназначено для усиления мощности сигнала ошибки и преобразования сигнала ошибки в соответствии с определенными математическими законами. В результате такого преобразования сигнал на выходе усилительно-преобразовательного устройства может содержать составляющие, зависящие от производных и интегралов сигнала ошибки. Этим достигаются необходимые свойства системы автоматического регулирования.

Исполнительное устройство служит для преобразования сигнала на выходе усилительно-преобразовательного устройства в регулирующее воздействие z? В состав исполнительных элементов входят исполнительные двигатели и регулирующие органы (рули автопилота, дроссели, регулирующие клапаны и т. д.).

• 1. Что называется управлением и регулированием?
• 2. Что называется объектом регулирования и регулятором?
• 3. В чем заключается принцип регулирования по отклонению?
• 4. Каково различие между замкнутыми и разомкнутыми системами?
• 5. Из каких функциональных элементов состоит автоматический регулятор?

Каково назначение каждого из этих элементов?