16
меняются во времени или математическая модель которых описывается дифферен-
циальными уравнениями с постоянными коэффициентами. Это, например, электро-
двигатели, гидравлические и механические устройства станка и т.д.
Нестационарные системы (во времени), которые имеют хотя бы одно звено с изменяющимися параметрами в процессе работы, или математическая модель, кото-
рые описываются дифференциальными уравнениями с переменными параметрами.
Это, например, самолет, в котором при полете по мере расхода топлива изменяется его вес, расположение центра тяжести.
По виду сигналов управления.
Непрерывные сигналы управления представляют собой непрерывную функцию времени. Между входными и выходными величинами всех элементов сис-
темы существует функциональная непрерывная связь.
Прерывистые сигналы управления (или дискретные сигналы) характери-
зуются наличием разрыва непрерывности и скачков подачи сигнала управления.
Между входными и выходными величинами системы управления функциональная связь в некоторые промежутки времени прерывается.
Прерывистые сигналы в свою очередь разделяются:
-релейные, когда сигнал управления постоянный по величине или равен ну-
лю. Фактически он соответствует двум командам: “пуск” или “стоп”;
-позиционные, когда сигналы управления по абсолютной величине остаются постоянными, но в зависимости от алгоритма управления меняют знак или равны нулю;
-вибрационные, когда чередуются разные по величине сигналы;
-импульсные, когда сигналы управления преобразованы в последователь-
ность модулированных импульсов, чередующихся через определенные промежутки времени (такты).
- кодированные, когда сигналы управления преобразованы в определенный
код.
По математическим признакам.
Линейные системы, все звенья описываются линейными дифференциальны-
17
ми управлениями при значительных отклонениях.
Нелинейные системы, в которых хотя бы одно звено описывается нелиней-
ным дифференциальным уравнением.
Нелинейные системы в свою очередь разделяются на:
- несущественно нелинейные системы, которые при малых отклонениях ре-
гулируемого параметра можно линеаризовать;
Пример анализа САУ по классификационным признакам.
ЗАДАНИЕ: Провести анализ по классификационным признакам системы ав-
томатического регулирования уровня бензина в поплавковой камере (рисунок 1 и 4).
РЕШЕНИЕ: 1. Цель управления в этой автоматической системе – стабилизи-
ровать уровень бензина при разных возмущающих воздействиях и прежде всего от изменения нагрузки. Это САР – система автоматического регулирования.
2. Согласно полученной функциональной схеме (рисунок 4) сигнал с регули-
руемого параметра (уровень бензина) через главную обратную связь (поплавок) по-
дается на сравнивающее устройство регулятора. Регулирование происходит пропор-
ционально ошибке регулирования или по отклонению действительного значения уровня бензина от заданного. Алгоритм регулирования соответствует принципу ре-
гулирования по отклонению.
3. Открытие клапана (опускание его иглы) происходит пропорционально опусканию поплавка при уменьшении уровня бензина. По функциональной схеме видно, что в системе нет преобразующего устройства для интегрирования или диф-
ференцирования управляющего сигнала. Эта система пропорционального регулиро-
вания или алгоритм работы ее соответствует П-закону регулирования.
4. Согласно функциональной схеме эта САР не имеет других обратных связей,
кроме главной. Это одноконтурная САР.
5.В объекте регулирования (поплавковой камере) регулируется только один параметруровень бензина. Это одномерная САР.
6.В установившемся режиме количество уходящего бензина из поплавковой камеры должно соответствовать количеству поступающего бензина через клапан.
Чем больше будет расход бензина (нагрузка), тем ниже должна располагаться игла
18
клапана и соответственно уменьшится уровень бензина (регулируемый параметр).
Возникает статическая ошибка пропорционально увеличению расхода топлива (на-
грузка). Это статическая система.
7. По функциональной схеме видно, что усилие управляющего сигнала нет.
Энергия датчика (поплавка) достаточна для срабатывания исполнительного устрой-
ства (запорного клапана). Это система прямого регулирования.
8. В данной автоматической системе все элементы регулятора имеют постоян-
ные параметры (износ при этом не учитывается). Это стационарная система.
9. Сигнал управления от датчика постоянного связан с исполнительным уст-
ройством (стержень иглы даже припаян к поплавку). Эта система с непрерывным сигналом управления.
10. В этой системе есть нелинейная зависимость между опусканием иглы и количеством поступающего бензина. При заданных пределах регулирования такую зависимость можно линеаризовать. При заданных пределах регулирования такую зависимость можно линеаризовать. Это нелинейная САР, допускающая линеариза-
цию.
ОТВЕТ: Это система автоматического регулирования, принцип регулирования по отклонению, одноконтурная, одномерная, со статическим регулятором, система прямого регулирования, с П-законом регулирования, с непрерывным сигналом управления, стационарная, возможно линеаризовать математическую модель управ-
ления.
Порядок выполнения задания
1.По заданной принципиальной схеме определить объект регулирования.
2.Кратко описать алгоритм работы данной САУ.
3.Определить вид возмущающего и управляющего воздействия на объект регу-
лирования.
4.Определить основные функциональные элементы САУ.
5.Определить сигналы, поступающие на сравнивающее устройство, и сигнал вы-
ходящего с сравнивающего устройства.
19
6.Составить функциональную схему.
7.Показать на функциональной схеме все элементы функциональной схемы и сигналы взаимодействия между ними.
8.Объяснить, как увеличить быстродействие системы, как повысить точность регулирования, как увеличить значение регулируемого параметра.
9.Определить цель управления.
10.Определить алгоритм управления.
11.Провести квалификацию по закону регулирования.
12.Провести квалификацию по количеству регулируемых параметров.
13.Провести квалификацию по ошибке в установившемся режиме.
14.Провести квалификацию по виду сигналов управления.
Содержание отчета
1.Название работы.
2.Цель выполнения работы.
3.Название исследуемой принципиальной схемы.
4.Определение объекта регулирования и регулируемой величины (принципиаль-
ная схема в отчете не переписывается).
5.Алгоритм работы данной САУ.
6.Определения возмущающего и управляющего воздействия на объект регулиро-
вания.
7.Определения функциональных основных элементов САУ.
8.Описание работы сравнивающего устройства.
9.Функциональная схема с обозначением всех элементов функциональной схемы и с описанием всех сигналов, взаимодействующих между элементами функцио-
нальной схемы.
10.Классификация системы по всем показателям.
20
Лабораторная работа № 2 Экстремальная система автоматического регулирования
Цель работы: анализ переходных процессов в системе экстремального регу-
лирования при изменении параметров регулятора. Качество установления экстре-
мума определяется с помощью потерь на рысканье (потерь на поиск).
Системой экстремального регулирования называются системы, в которых задающие воздействия, т. е. заданные значения регулируемых величин, определяют-
ся автоматически в соответствии с экстремумом управляемой функции
F(x1,x2,...,.xn, t). Здесь не случайно регулируемая величина представлена в зависи-
мости от многих координат системы, а не от одной. Дело в том, что алгоритм экс-
тремального регулирования наиболее часто применяется для сложных объектов управления, управляемых по нескольким координатам. В этом случае F называют функцией цели управления. Например, F может быть экономическим показателем процесса - себестоимостью продукции.
Экстремум функции F является неизвестным и непостоянным, так как и его величина и положение на статической характеристике объекта все время изменяют-
ся, поэтому экстремальные системы являются нестационарными. Недостаток ап-
риорной информации восполняется за счет текущей информации, получаемой в ви-
де анализа реакции объекта на искусственно вводимые пробные воздействия.
Наличие пробных движений – обязательная черта экстремальных систем.
В настоящее время разработано большое количество экстремальных систем.
Движение к состоянию экстремума регулируемой функции F в этих системах осу-
ществляется с помощью методов:
слепого координатного поиска (в частности метода ГауссаЗейделя);
градиентного поиска;
наискорейшего поиска.
Анализ и синтез экстремальных систем проводят в так называемом квазистационарном режиме. Этот режим можно искусственно создать, выбирая частоты пробных воздействий много больше частот изменения рабочих управляемых коор-