Классификация ас (автоматических систем)

Любая техническая система характеризуется совокупностью физических величин, по которым складывается представление о ее работе. Если выходное управляемую величину нужно изменить по определенному закону без вмешательства человека, в систему вводят управляющее устройство. Объект управления и управляющее устройство составляющих систему автоматического управления (САУ). Системой автоматического управления (САУ) называется такая система, которая обеспечивает весь комплекс возможных операций по управлению любым техническим, в частности производственным, процессом без непосредственного участия человека, а устройство, с помощью которого решается эта задача, называется автоматическим управляющим устройством.
Любой процесс управления в каждый момент времени характеризуется одним или несколькими показателями, которые отражают физическое состояние управляемого объекта (температуру, скорость, давление, электрическое напряжение и т.п.). Эти показатели в процессе управления должны изменяться по какому-либо закона или оставаться неизменными при изменении внешних условий и режимов работы устройства.
Автоматическое обеспечение заданных значений параметров, определяющих необходимое протекание управляемого процесса, называется автоматическим регулированием.Параметры процесса, подлежащие заданным изменениям или стабилизации, называются регулируемыми параметрами.
Объект, в котором протекает управляемый процесс, называется объектом управления, а объект, в котором регулируются те или иные параметры, называется объектом автоматического регулирования.
Так, например, в автоматической системе регулирования температуры объектом регулирования является термостат, а регулируемым параметром, то есть регулируемой величиной, - температура в нем.
Датчик Д1 задающего устройства производит входную величину (сигнал) x (t). Выходная величина (сигнал) в (t) поступает на датчик Д2, где преобразуется в форму, удобную для дальнейшей обработки (например, в электрическое напряжение).
Рисунок 2.1 - Системы автоматического регулирования. Схема общая.
Входное и выходное величины поступают на устройство сравнения ПП1, на выходе которого образуется сигнал расхождения (ошибки) z (t), равный, например, разницы между входной и выходной величинами, то есть z (t) = x (t)-у (t).
В устройстве управления ПК сигнал ошибки усиливается, проходит обработку и поступает на исполнительное устройство ИУ, где превращается в управляющую действие на объект регулирования ОР. Для обеспечения необходимых качественных показателей работы системы применяются корректирующие устройства КП, которые могут быть включены параллельно или последовательно. Все элементы системы, за исключением объекта регулирования, образуют систему управления (регулятор).
КЛАССИФИКАЦИЯ АС
Системы автоматики классифицируются по различным признакам.
1. По закону изменения регулируемых параметров:
стабилизирующие, когда заданное значение регулируемого параметра является постоянным; Ø
программные, когда регулируемый параметр изменяется по заранее заданной программе; Ø
слежения, когда значение выходной управляющей действия соответствует заранее неизвестной входной управляющей действия, меняется.Ø
2. По реакции на входной сигнал ступенчатой ​ ​ формы:
статические, в которых ошибка зависит от значения входного сигнала; Ø
астатические, в которых ошибка в управлении не зависит от значения входного сигнала и равна практически нулю в установившемся состоянии.Ø
3. По виду уравнений, описывающих работу АС: линейные и нелинейные.
4. По характеру действующих в системе сигналов: непрерывные и дискретные.
5. По используемым для управления преобразователях энергии:
электронные; электромеханические; пневматические; гидравлические и т.д.
6. По постоянству структур и характеристик:
- С постоянными во времени характеристиками и структурой;
- С переменными во времени характеристиками и структурой.
7. По числу управляющих и управляемых переменных:
одномерные и многомерные.
Многомерные системы в свою очередь подразделяются на системы несвязанного и многосвязанных регулирования.
8. По принципу организации: неадаптивные;
адаптивные (экстремальные, самонастраивающиеся, самообучающиеся); эти системы обладают свойством приспосабливаться к изменению внешних условий работы и улучшать качество работы, используя накопленный опыт.
Автоматика рассматривает автоматические системы двух классов:
циклические, периодически без вмешательства человека достигают поставленной перед ними цели (не имея свободы выбора, которая выходит за рамки жесткой программы), например, станки-автоматы, поточные линии и т.п.; Ø
ациклические (информационные), которые без вмешательства человека достигают поставленной перед ними цели с большей или меньшей свободой выбора.Ø
Автоматические системы контроля (АСК) предназначены для контроля за изменением какой-либо величины и фиксации результатов контроля в форме, удобной для длительного хранения и наблюдения.
Системы телемеханики отличаются от систем автоматики наличием дополнительно включенных линий связи (как линии связи используются различные провода, кабели или радиолинии, приемники и передатчики).
С помощью систем телемеханики можно, например, централизованно управлять территориально разобщенными объектами.
По характеру выполняемых функций системы телемеханики подразделяются на системы: телеизмерений, телесигнализации, разомкнутые системы телеуправления, телеуправления и телесигнализации и замкнутые системы телерегулювання.
Способ достижения поставленной цели в каждой такой системе зависит от свойств самой системы и от совокупности значений параметров системы.

Разомкнутая система автоматического регулирования предназначена для автоматического выполнения операций, которые задаются внешними источниками действий на входе этой системы, при этом процесс управления не зависит от конечного результата. Управление каким-либо процессом в разомкнутой системе происходит без участия человека. Роль человека здесь может сводиться лишь к подаче первичного пускового импульса, но в большинстве случаев такой импульс подается от автоматических устройств.

Рисунок 2.2 - разомкнутой системы автоматического регулирования. Схема функциональная.
На вход системы поступает сигнал от датчика Д. Этот сигнал в устройстве управления ПК превращается в физическую величину, удобную для дальнейшей обработки. Далее сигнал поступает в исполнительное устройство ИУ, где он превращается в управляющую действие объекта регулирования ОР. Таким образом обрабатывается команда, заложенная во входном сигнале.

Рисунок 2.3 - Автоматическая система сигнализации. Схема электрическая принципиальная.
Сигнал от проволочного датчика Д, контактных датчиков S1, S2 и резистивного датчика R подается на сигнальную лампу HL через линию. Ток протекает последовательно от источника питания G через сигнальную лампу HL, линию и датчики. В нормальном режиме сила тока определяется сопротивлением датчика R и лампочка светится на половину. При размыкании датчика S1 с нормально замкнутым контактом или разрыве проволочного датчика Д лампа гаснет. При замыкании датчика S2 с нормально разомкнутыми контактами или заколочуванни линии лампа начинает светиться полной яркостью.

Рисунок 2.4 - Пример системы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока.
При передвижении движка реостата R меняется ток в обмотке возбуждения ОС генератора Г, что приводит к изменению его ЭДС и, следовательно, напряжения на щетках двигателя постоянного тока ДВ. Ротор генератора Г приводится во вращение двигателем поводу ГП. На рисунке показана также вспомогательная машина - тахогенератор ТГ, связанный с валом двигателя ДВ и развивающий ЭДС, пропорциональную частоте вращения вала двигателя ДВ. К щеток тахогенератора подключен вольтметр, шкала которого в частотах вращения вала двигателя.
Замкнутая система автоматического регулирования предполагает замкнутую цепь обратной связи, который позволяет произвести в системе управляющую действие путем сравнения действительного значения управляемой величины с заданным.

Рисунок 2.5 - Замкнутая система автоматического регулирования. Схема функциональная.
Сигналы от входного датчика Д и датчика обратной связи ДЗЗ подаются на устройство сравнения ПП и далее на устройство управления ПК и исполнительный орган ВО объекта регулирования ОР.

Рисунок 2.6 - Пример системы сигнализации. Схема электрическая принципиальная.
При нажатии кнопки датчика S замыкается его контакт и сигнал по линии передается на катушку L звонка. Магнитное поле катушки притягивает подвижной электрод нормально замкнутого контакта S3. Движение электрода создает звуковые колебания, размыкания цепи тока и обратное прерывания тока. За счет пружинных свойств подвижной электрод возвращается в исходное состояние. Круг тока замыкается, возникает магнитное действие и т.д.

Рисунок 2.7 - Замкнутая САР напряжения генератора постоянного тока. С потенциометра R2 рисунке 7 снимается напряжение, пропорциональное регулируемой напряжении UГ, которая сравнивается с напряжением U0 эталонной батареи.Разность напряжений подается на вход усилителя П, к выходу которого подключен двигатель постоянного тока Д.
При увеличении напряжения Ur по сравнению с заданным значением двигатель переместит ползунок реостата R1 так, чтобы его сопротивление увеличился и напряжение, подводимое к обмотке возбуждения ОС генератора Г, уменьшилась. В связи с этим произойдет уменьшение регулируемого напряжения генератора Uг.
В рассматриваемой схеме усилитель П применен за недостаточной мощности сигнала для управления током возбуждения двигателя. Подобные АС называют системами косвенного регулирования. Часто в АС применяется и прямое регулирование сопротивлением мощных выходных элементов усилителя.