Автоматическое управление

Основы теории управления
Лекция 1
Основные понятия
Понятие об управлении
• Управление – создание условий,
обеспечивающих требуемое протекание
процесса. Управление направлено на
достижение определённой цели.
• Объект управления – любой объект, в
котором протекает процесс,
подлежащий управлению.
Автоматическое управление
• Автоматическое управление (регулирование) реализация всех элементов процесса управления
(регулирования) осуществляется специально
созданным техническим устройством, без
непосредственного участия человека.
• Автоматическое управляющее устройство
(автоматический регулятор) - автоматически
действующее устройство, предназначенное для
реализации процесса управления (регулирования).
• Автоматизированное управление осуществляется
совместными действиями технических устройств и
человека.
Управление и регулирование
Система автоматического управления
• Автоматическое управление – автоматическое
осуществление совокупности воздействий,
выбранных из множества возможных на основании
определённой информации и направленных на
поддержание или улучшение функционирования
управляемого объекта в соответствии с целью
управления.
• Автоматическое регулирование – поддержание
постоянной или изменение по заданному закону
некоторой величины, характеризующей процесс.
• Система автоматического управления
(регулирования) – совокупность объекта управления
и управляющего устройства (регулятора).
Процесс управления
• Любой процесс управления – это
процесс переработки информации.
• Сообщение – форма представления
информации.
• Сигнал – отображение сообщения,
являющееся некоторой изменяющейся
физической величиной любой природы.
Состояние объекта
автоматического управления
• Параметры состояния (переменные состояния) –
совокупность переменных величин, характеризующих состояние
объекта управления.
• Управляемые (выходные) переменные – переменные, по
которым ведется управление.
• Воздействие (входной сигнал) – величина, характеризующая
внешние влияние на объект управления.
• Управляющее воздействие вырабатывается управляющим
устройством.
• Задающее воздействие – внешнее воздействие, определяющее
требуемый закон изменения управляемой величины.
• Возмущающее воздействие (возмущение) – воздействие,
не зависящее от системы управления.
Нагрузка и помехи
• Нагрузка – внешнее воздействие,
приложенное к управляемому объекту, не
зависящее от управляющего устройства и
являющееся причиной изменения режима
работы объекта.
• Помехи – это внешние воздействия на
отдельные элементы управляющего
устройства или объекта управления, не
содержащие информации, необходимой для
управления.
Переменные состояния
Управляющие
воздействия
Задающие
воздействия
g = (g1,g2,…,gr)
u = (u1,u2,….,um)
Объект
Управления
Возмущающие
воздействия
Управляемые
(выходные)
переменные
y = (y1,y2,…,yn)
f = (f1,f2,…,fk)
Вектор x = (x1,x2,…,xn) - совокупность переменных, характеризующих
состояние объекта управления.
Если считать, что в системе осуществляется управление всеми
координатами состояния объекта, то векторы x и y совпадают.
Управляющие и управляемые
координаты
• В общем случае вектор y является
нелинейной векторной функцией
управляющих переменных и внешних
воздействий: y = y (u, g, f).
• u1,u2,…,um – управляющие координаты
• y1,y2,…,yn – управляемые координаты
• Закон управления – правило или
функциональная зависимость, в соответствии
с которой управляющее устройство
формирует управляющее воздействие u(t).
u (t) = F (y, g, f).
Разомкнутые и замкнутые
системы управления
•
Разомкнутые системы управления.
Управляющее воздействие вырабатывается на основе информации о
величине возмущающих воздействий, характеристиках объекта и цели
управления. В таких системах управляющее устройство не получает
информации о результатах управления. Такое управление называется
жёстким.
•
Замкнутые системы управления.
Управляющее воздействие вырабатывается на основе информации о
характеристиках объекта, цели и результатах управления. В таких
системах осуществлён замкнутый цикл передачи воздействий.
Значение управляемой величины влияет на значение управляющей
величины.
Обратная связь – подача сигнала с выхода устройства на его вход.
Функциональная схема
системы управления
с обратной связью
Элемент
Сравнения
Задающий
Элемент
g
f
Преобразующий
Элемент
u
(регулятор)
Чувствительный
Элемент
y
Объект
Управления
y
Классификация систем автоматического управления
по назначению
•
Системы стабилизации.
Предназначены для поддержания постоянного значения управляемой
величины y(t).
В таких системах g(t)=g0=const.
Системы стабилизации делятся на системы прямого и непрямого
действия в зависимости от того, используются или не используются
дополнительные источники энергии.
•
Системы программного управления.
Предназначены для изменения управляемой величины y(t) по заранее
заданной программе, называемой программой управления.
В таких системах g=g0(t).
•
Следящие системы.
Предназначены для изменения управляемой величины y(t) по закону
g(t), который заранее неизвестен.
Адаптивные САУ
•
Адаптивные САУ способны обеспечивать
выполнение задачи управления в тех
случаях, когда характеристики объекта
управления и возмущающих воздействий
либо неизвестны заранее, либо
существенно изменяются заранее
непредвиденным образом.
• Задачи адаптивной САУ:
1. Изучение объекта.
2. Управление объектом.
Задачи теории управления
•
Теория управления изучает общие принципы
построения различных систем и методы их
исследования независимо от физической природы
процессов, происходящих в них.
•
Теория автоматического управления является
теоретической базой создания автоматических
систем в различных областях техники.
• Основные задачи теории управления:
1. Анализ систем управления.
2. Синтез систем управления.
Литература
Лотош М.М. «Основы теории
автоматического управления»
www.knigainformatika.com/rule/rule.html