Характеристика объектов и систем автоматического управления

Характеристика объектов и
систем автоматического
управления
Сергей Чекрыжов
2008
Характеристики ОУ
• Статическая характеристика – зависимость
выходной величины объекта у, т.е. величины
характеризующей объект управления, от
величины подаваемого на его вход
воздействия х, при условии, что подаваемое
воздействие постоянно, т.е. х = const.
• При малых изменениях воздействий, как
правило, любой объект является линейным.
Т.е. малые изменения воздействий приводят
к малым изменениям реакций,
пропорциональным изменению воздействий.
Характеристики объекта:
• диапазон линейности статической
характеристики;
• быстродействие – определяется
инерционностью объекта;
• чувствительность (крутизна статической
характеристики)
Свойства объекта:
•
линейность:
 - способность к усилению или ослаблению
(пропорциональность, линейность);
 - способность к накоплению (элементарная
инерционность);
 - прогнозируемость (позволяет в установившемся
режиме предсказывать значение выходной
величины);
 - способность к самовыравниванию (способность
сопротивляться действию внешней силы,
уравновешивать ее) и
 - отсутствие самовыравнивания (реагирование на
постоянное внешнее воздействие непрерывным
бесконечным с течением времени монотонным
изменением выходной величины);
Свойства объекта:
• - колебательность;
 - способность терять устойчивость
(потеря возможности управления
объектом с помощью управляющего
воздействия);
 - запаздывание (отражает протяженность
объекта в пространстве посредством
учета времени, необходимого для
передачи воздействий от одного
элемента к другому);
• нелинейность.
Задачи САУ
• Стабилизация
Стабилизация в узком смысле это
поддержание постоянной некоторой
величины характеризующей объект,
вопреки действующим на него
возмущениям.
Решая такую задачу стабилизации, САР
заставляет с некоторой точностью
управляемую величину объекта
управления оставаться постоянной при
изменении возмущения.
Задачи САУ
• .
Пример: САР стабилизации температуры
утюга на уровне, заданном хозяйкой.
Стабилизация в широком смысле состоит
в том, что САР в значительной мере или
полностью компенсирует влияние
возмущений на управляемую величину.
Это значит, что если возмущение,
поступающее на объект, изменяет
управляемую величину, то правильно
работающая САР через сравнительно
короткое время возвращает управляемую
величину к исходному значению.
Задачи САУ
•
Слежение (частный его случай - программное
управление)
Слежение – это изменение некоторой величины,
характеризующей объект (управляемой величины), в
соответствии с другой величиной, задающей
(отслеживаемой), закон изменения которой во времени
заранее не известен.
Программное управление – это изменение некоторой
величины характеризующей объект, в соответствии с
заранее известной функцией времени.
Проще говоря, решая задачу слежения, САР
заставляет управляемую величину объекта управления
быть пропорциональной задающей (отслеживаемой)
величине.
Часто САР способны решать обе задачи: и слежении, и
стабилизации.
Стабилизация и слежение (программное управление)
осуществляются как разомкнутыми, так и замкнутыми
системами управления.
Задачи САУ
• Самонастройка системы
Самонастройка системы – это
поддержание некоторой
величины, характеризующей
объект, на оптимальном значении
в соответствии с выбранным
заранее критерием.
Самонастраивающаяся система в
процессе управления может
менять параметры своих
элементов и даже структуру.
Работа системы в статике
• В статике переходные процессы уже
закончились. Все сигналы уравновешены и
сбалансированы.
• При текущем значении задания хз(t) = const
отклонение e (ошибка регулирования) постоянна
и ее величина такова, что регулятор
вырабатывает управляющее воздействие u,
обеспечивающее значение управляемой
величины, дающее после вычитания из задания
тот сигнал ошибки, который и есть. Причин для
изменения сигналов нет и величина сигнала
ошибки мала. Поэтому управляемая величина
приблизительно (или точно) равна или
пропорциональна заданию.
Работа системы в динамике
•
•
Слежение
Пусть сейчас система находится в установившемся
режиме и e = 0. В какой-то момент времени задание
начинает хз(t) расти. Поскольку регулятор и объект
управления инерционные, то управляемая величина в
первые моменты времени не успевает возрасти.
Поэтому отклонение е возрастает. Учитывая это
возрастание регулятор увеличивает управляющую
величину, объект воспринимает это увеличение и
реагирует на него увеличением управляемой
величины. Это приводит к уменьшению отклонения.
Контур отрицательной обратной связи (ООС)
замкнулся. Регулятор продолжает изменять
управляющую величину до тех пор, пока отклонение
не уменьшится до малой и даже нулевой величины.
Тем самым управляемая величина подтягивается к
заданию, следит за заданием. Контур осуществляет
ООС, что при повышении ошибки регулирования
приводит, может быть постепенно во времени, к ее
уменьшению.