Определения, понятия, терминология

Под системой управления понимается совокупность технических средств, обеспечивающих требуемое изменение во времени управляемой величины , определяемое некоторой заданной функцией времени . Согласно определению система управления описывается уравнением

,

где - задающее (входное) воздействие,

- управляемая величина.

Очевидно, что система управления схематично может быть представлена в виде рис.1.

Рис. 1. Схематичное изображение системы управления

На рис.1 введены следующие обозначения:

u(t) – сигнал управления,

ОУ – объект управления,

УУ – управляющее устройство, обеспечивающее заданную функцию .

В зависимости от способа формирования сигнала управления u(t) различают два вида систем управления:

(1)

(2)

Формулы (1), (2) представляют собой алгоритмы закона управления системы управления. Уравнение (1) описывает закон управления разомкнутой системы, что соответствует рис.1. Уравнение (2) соответствует закону управления замкнутой системы, которая может быть изображена в виде рис. 2. Замкнутые системы управления получили название автоматических систем (АС).

Рис. 2. Схематичное изображение замкнутой системы управления

Система управления может быть представлена в виде функциональной схемы, на которой приводятся функциональные узлы (элементы), из которых состоит система управления, и функциональные связи между ними. Функциональная схема даёт возможность оценить принцип функционирования системы управления, её назначение и вид технических средств (узлов, элементов), используемых для решения поставленной задачи. Минимально необходимое количество элементов всякой системы управления приведено на рис. 3.

Рис. 3. Функциональная схема системы управления

На рис. 3 введены следующие обозначения:

ЭС – элемент сравнения (измеритель рассогласования);

- сигнал рассогласования или сигнал ошибки;

ЧЭ – чувствительный элемент, предназначенный для преобразования сигнала рассогласования в другую физическую величину, удобную для реализации закона управления

У – усилитель;

УУ – устройство управления (исполнительное устройство), вырабатывающее закон управления ;

ОУ – объект управления.

На практике часто элементы ЭС и ЧЭ объединяют в один элемент – дискриминатор, что вполне логично, так как в техническом исполнении чаще всего они представляют один узел.

Функциональная схема не пригодна для математического анализа и синтеза (проектирования) систем управления. Для анализа, расчёта и проектирования систем управления необходимо знание математических выражений, связывающих выходную величину каждого элемента системы управления с его входной величиной. Как будет показано далее, таким математическим выражением является передаточная функция динамического звена. При замене на функциональной схеме названия элемента (звена) на его передаточную функцию получается структурная схема системы управления, пригодная для её анализа, расчёта и синтеза. Таким образом, структурная схема системы управления получается из её функциональной схемы путём замены названий элементов системы их передаточными функциями.

Под анализом системы автоматического управления понимается определение ее основных характеристик и оценка ее показателей качества при заданной структуре системы автоматического управления.

Синтез системы автоматического управления в общем случае заключается в нахождении ее оптимальной структуры в соответствии с принятым критерием оптимальности. В частном случае синтезсистемы автоматического управления может заключаться в определении ее оптимальных параметров при заданной структуре системы, удовлетворяющих принятому критерию оптимальностью.

Синтез и анализ систем автоматического управления естественно можно производить, опираясь на какой-то аппарат (методы) аналитического (математического) описания процессов, протекающих в системе. Математическим методам описания линейных непрерывных систем автоматического управления посвящен первый раздел настоящего учебного пособия.

Вопросы для самопроверки

1. Нарисуйте функциональную схему системы автоматического управления с минимально возможным числом элементов.

2. Назовите основные узлы системы автоматического управления.

3. Запишите алгоритм управления разомкнутой и замкнутой систем управления.

4. Как, имея функциональную схему системы управления, составить ее структурную схему?