Управление и регулирование Основные понятия F d U Y X Объект управления Состояние объекта: описывается множеством переменных X = {x1;x2;…xn} контролируется путем измерения переменных Y = {y1;y2;…yl} зависит от: возмущающих воздействий F = {f1;f2;…fk} управляющих воздействий U = {u1;u2;…um} Управление и регулирование Для управления объектом требуется знать: для чего нужно им управлять (цель управления) • выработка продукта с заданными (наилучшими) характеристиками обеспечение оптимальной и безопасной работы оборудования перемещение из одной точки в другую за заданное (минимальное) время и т.д. и т.п… • как можно им управлять (модель объекта управления) Модель объекта связывает его внутренние переменные X c входными воздействиями U, F и измеряемыми величинами Y если приоткрыть кран с горячей водой, температура будет повышаться и выходной сигнал термопары увеличится dX/dt = F1(X,U,F), Y =F2(X,U,F) Управление и регулирование Цель управления позволяет определить желаемое состояние объекта в любой момент времени, т.е. осуществить планирование (программирование) Xжелаемое(t) Цель управления Планирование Планирование может осуществляться вручную или автоматически (в последнем случае цель управления формализуется в виде некоторого функционала). Желаемое состояние объекта может быть представлено желаемым состоянием его выходных величин Yжелаемое(t). Оно может быть неизменным или изменяться по определенной программе. Управление и регулирование Модель объекта управления позволяет построить регулятор, который будет определять управляющие воздействия U(t) на основе переработки информации о желаемом (заданном)состоянии объекта или его выходов; • текущем значении выходных величин объекта; • текущем значении возмущений (если они измеряются). • X(Y)зад U Y F Регулятор Управление и регулирование Таким образом: Управление = планирование + регулирование F X(Y)зад ЦУ U Y d X Планирование Регулятор Объект управления Регулирование Управление и регулирование С другой стороны: под регулированием обычно понимают стабилизацию или воспроизведение непрерывных величин (уровень, давление и т.д.). Системы управления дискретными операциями называют системами программно-логического управления; в большей части теория управления не занимается вопросами планирования. Считается, что желаемое состояние объекта в любой момент времени известно (определено на более высоком уровне управления). Это не касается «продвинутых» разделов теории, таких, например, как оптимальные и адаптивные системы. Управление и регулирование по способу управления (на основе каких сигналов формируется управление) САР Разомкнутые С управлением по заданию С управлением по возмущению Замкнутые С управлением по отклонению Комбинированные Классификация систем автоматического регулирования разомкнутая САР с управлением по заданию U d Регулятор Объект управления способ может применяться только в случае, если поведение объекта определяется в основном управляющим воздействием и мало зависит от возмущений Классификация систем автоматического регулирования разомкнутая САР с управлением по возмущению F U Регулятор d Объект управления способ применяется, если поведение объекта определяется одним или несколькими возмущающими воздействиями, значения которых можно измерить. Классификация систем автоматического регулирования замкнутая САР с управлением отклонению F Yзад Y U d Объект управления Регулятор F E Yзад U Р - Y ОУ Универсальный способ. Недостаток: регулятор реагирует на уже имеющиеся отклонения E = Yзад- Y – отклонение, ошибка регулирования Классификация систем автоматического регулирования замкнутая комбинированная САР F Yзад Y U d Объект управления Регулятор F E Yзад U Р - Y ОУ Управление по возмущению в таких системах по существу – их компенсация Классификация систем автоматического регулирования по виду задания САР Системы стабилизации Системы воспроизведения Задание постоянно Системы программного управления Задание изменяется по известной программе Следящие системы Задание заранее неизвестно Классификация систем автоматического регулирования по виду используемых сигналов САР Дискретные Непрерывные 1 0.6 0.2 -0.2 -1 0 Импульсные Релейные -0.6 2 4 6 8 Цифровые 10 Квантование по уровню 1.2 Квантование по уровню и времени 1.2 0.8 0.8 0.4 0.4 0 0 -0.4 -0.4 -0.8 -1.2 Квантование по времени -0.8 0 2 4 6 8 10 -1.2 0 2 4 6 8 10 Классификация систем автоматического регулирования по виду математической зависимости выхода от входа САР Линейные Нелинейные Применим принцип суперпозиции x1 Неприменим принцип суперпозиции x1 k1 Y k1 Y = KX x2 k2 Y = k1(Kx1) +k2(Kx2) Y Y = X2 x2 k2 Y = (k1x1 +k2x2)2= k12x12 +2k1k2x1x2+k22x22 ≠ k1x12 +k2x22 Классификация систем автоматического регулирования по количеству регулируемых величин САР Многомерные Одномерные yзад Р u ОУ y Несвязного регулирования - y1зад- y1зад - Р1 Р2 Связного регулирования u1 y1 y1зад- u1 y1 u2 y2 y1зад u2 y2 ОУ - Р ОУ Классификация систем автоматического регулирования по постоянству параметров (математического описания) САР Стационарные Нестационарные Параметры не зависят от времени (режима работы) Параметры зависят от времени (режима работы) Qпр Qпр Qст Qст h dh/dt = (Qпр-Qст)/S, S = const h dh/dt = (Qпр-Qст)/S, S = S(h) Классификация систем автоматического регулирования