Содержание

Слайд 2

Основы теории автоматического управления

Теория автоматического управления - наука, которая изучает процессы управления,

Основы теории автоматического управления Теория автоматического управления - наука, которая изучает процессы
методы их исследования и основы проектирования автоматических систем.
Для осуществления автоматического управления техническим процессом создается система, состоящая из управляемого объекта и связанного с ним управляющего устройства. Как и любое техническое сооружение, система должна обладать конструктивной жесткостью и динамической прочностью. Это означает, что система должна быть способной выполнять свои функции с требуемой точностью, несмотря на инерционные свойства и неизбежные помехи.

1

Слайд 3

Классификация САУ (САР)

Все системы автоматического управления и регулирования делятся на следующие основные

Классификация САУ (САР) Все системы автоматического управления и регулирования делятся на следующие
классы:
1 .По основным видам уравнений динамики процессов управления:
- линейные системы;
- нелинейные системы.
2.Каждый из этих основных классов делится на:
- системы с постоянными параметрами;
- системы с переменными параметрами;
- системы с распределенными параметрами;
- системы с запаздыванием и т.д.

2

Слайд 4

Основные понятия ТАУ

Параметры технологического процесса - это физические величины, определяющие ход

Основные понятия ТАУ Параметры технологического процесса - это физические величины, определяющие ход
технологического процесса (напряжение, сила тока, давление, температура, частота вращения и т.д.).
Регулируемая величина (параметр) – это величина (параметр) технологического процесса, который необходимо поддерживать постоянным или изменять по заданному закону.
Объект управления (объект регулирования, ОУ) – устройство, требуемый режим работы которого должен поддерживаться извне специально организованными управляющими воздействиями.
Управление – формирование управляющих воздействий, обеспечивающих требуемый режим работы ОУ.

3

Слайд 5

Основные понятия ТАУ

Мгновенное значение – это значение регулируемой величины в рассматриваемый

Основные понятия ТАУ Мгновенное значение – это значение регулируемой величины в рассматриваемый
момент времени.
Измеренное значение – это значение регулируемой величины, полученное в рассматриваемый момент времени с помощью некоторого измерительного прибора.
Объект управления (объект регулирования, ОУ) – устройство, требуемый режим работы которого должен поддерживаться извне специально организованными управляющими воздействиями.
Управление – формирование управляющих воздействий, обеспечивающих требуемый режим работы ОУ.

4

Слайд 6

Основные понятия ТАУ

Регулирование – это частный вид управления, когда задачей является

Основные понятия ТАУ Регулирование – это частный вид управления, когда задачей является
обеспечение постоянства какой-либо выходной величины ОУ.
Автоматическое управление – это управление, осуществляемое без непосредственного участия человека.
Входное воздействие (X) – это воздействие, подаваемое на вход системы или устройства.
Выходное воздействие (Y) – это воздействие, выдаваемое на выходе системы или устройства.
Внешнее воздействие (F)– это воздействие внешней среды на систему.

5

Слайд 7

Основные понятия ТАУ

Регулирование – это частный вид управления, когда задачей является

Основные понятия ТАУ Регулирование – это частный вид управления, когда задачей является
обеспечение постоянства какой-либо выходной величины ОУ.

Типовая структурная схема одноконтурной САУ.

6

Слайд 8

Основные понятия ТАУ

G – задающее воздействие (входное воздействие Х) – воздействие на

Основные понятия ТАУ G – задающее воздействие (входное воздействие Х) – воздействие
систему, определяющее заданный закон изменения регулируемой величины).
u – управляющее воздействие – воздействие управляющего устройства на объект управления.
УУ – управляющее устройство – устройство, осуществляющее воздействие на объект управления с целью обеспечения требуемого режима работы.
F – возмущающее воздействие – воздействие, стремящееся нарушить требуемую функциональную связь между задающим воздействием и регулируемой величиной.
ε – ошибка управления (ε = х – у), разность между заданным (х) и действительным (у) значениями регулируемой величины.

7

Слайд 9

Основные понятия ТАУ

Р – регулятор, это комплекс устройств, присоединяемых к регулируемому

Основные понятия ТАУ Р – регулятор, это комплекс устройств, присоединяемых к регулируемому
объекту и обеспечивающих автоматическое поддержание заданного значения его регулируемой величины или автоматическое изменение ее по заданному закону.
САР – система автоматического регулирования, это система с замкнутой цепью воздействия, в котором управление u вырабатывается в результате сравнения истинного значения у с заданным значением х.
Дополнительная связь в структурной схеме САР , направленная от выхода к входу рассматриваемого участка цепи воздействий, называется обратной связью (ОС). Обратная связь может быть отрицательной или положительной.

8

Слайд 10

Классификация САР

1. По назначению (по характеру изменения задания):
- стабилизирующая САР, это

Классификация САР 1. По назначению (по характеру изменения задания): - стабилизирующая САР,
система, алгоритм функционирования которой содержит задание поддерживать регулируемую величину на постоянном значении (x = const);
- программная САР, это система, алгоритм функционирования которой содержит задание изменять регулируемую величину в соответствии с заранее заданной функцией (x  изменяется программно);
- следящая САР, это система, алгоритм функционирования которой содержит задание изменять регулируемую величину в зависимости от заранее неизвестной величины на входе САР (x = var).

9

Слайд 11

Классификация САР

2. По количеству контуров:
- одноконтурные - содержащие один контур,
- многоконтурные -

Классификация САР 2. По количеству контуров: - одноконтурные - содержащие один контур,
содержащие несколько контуров.
3. По числу регулируемых величин:
- одномерные - системы с 1 регулируемой величиной,
- многомерные - системы с несколькими регулируемыми величинами.
Многомерные САР в свою очередь подразделяются на системы:
а) несвязанного регулирования, в которых регуляторы непосредственно не связаны и могут взаимодействовать только через общий для них объект управления;
б) связанного регулирования, в которых регуляторы различных параметров одного и того же технологического процесса связаны между собой вне объекта регулирования.

10

Слайд 12

Классификация САР

4. По функциональному назначению:
- температуры;
- давления;
- расхода;
- уровня;
- напряжения и т.д.
5.

Классификация САР 4. По функциональному назначению: - температуры; - давления; - расхода;
По характеру используемых для управления сигналов:
- непрерывные,
- дискретные (релейные, импульсные, цифровые).
6. По характеру математических соотношений:
- линейные, для которых справедлив принцип суперпозиции;
- нелинейные.

11

Слайд 13

Классификация САР

Принцип суперпозиции (наложения): Если на вход объекта подается несколько входных воздействий,

Классификация САР Принцип суперпозиции (наложения): Если на вход объекта подается несколько входных
то реакция объекта на сумму входных воздействий равна сумме реакций объекта на каждое воздействие в отдельности.
7. По виду используемой для регулирования энергии:
- пневматические,
- гидравлические,
- электрические,
- механические и др.
8. По принципу регулирования:
- по отклонению;
- по возмущению;
- комбинированные – объединяют в себе особенности предыдущих САР.

12

Слайд 14

Классификация элементов САР

1. По функциональному назначению:
- измерительные,
- усилительно-преобразовательные,
- исполнительные,
- корректирующие.
2. По виду

Классификация элементов САР 1. По функциональному назначению: - измерительные, - усилительно-преобразовательные, -
энергии, используемой для работы:
- электрические,
- гидравлические,
- пневматические,
- механические,
- комбинированные.

13

Слайд 15

Классификация элементов САР

3. По наличию или отсутствию вспомогательного источника энергии:
- активные (с

Классификация элементов САР 3. По наличию или отсутствию вспомогательного источника энергии: -
источником энергии),
пассивные (без источника).
4. По характеру математических соотношений:
- линейные
- нелинейные.

14

Слайд 16

Классификация элементов САР

5. По поведению в статическом режиме:
- статические, это системы в

Классификация элементов САР 5. По поведению в статическом режиме: - статические, это
которых имеется однозначная зависимость между входным и выходным воздействиями.
- астатические , это системы в которых эта зависимость отсутствует. Пример: Зависимость угла поворота ротора электродвигателя от приложенного напряжения. При подаче напряжения угол поворота будет постоянно расти, поэтому однозначной зависимости у него нет.

15

Слайд 17

Характеристики и модели элементов и систем

Статической характеристикой элемента называется зависимость

Характеристики и модели элементов и систем Статической характеристикой элемента называется зависимость установившихся
установившихся значений выходной величины от значения величины на входе системы.
Статическим называется элемент, у которого при постоянном входном воздействии с течением времени устанавливается постоянная выходная величина. Например, при подаче на вход нагревателя различных значений напряжения он будет нагреваться до соответствующих этим напряжениям значений температуры.

16

Слайд 18

Характеристики и модели элементов и систем

Астатическим называется элемент, у которого

Характеристики и модели элементов и систем Астатическим называется элемент, у которого при
при постоянном входном воздействии сигнал на выходе непрерывно растет с постоянной скоростью, ускорением и т.д.
Линейным статическим элементом называется безинерционный элемент, обладающий линейной статической характеристикой.

17

Слайд 19

Характеристики и модели элементов и систем

САР называется статической, если при постоянном

Характеристики и модели элементов и систем САР называется статической, если при постоянном
входном воздействии ошибка управления ε стремится к постоянному значению, зависящему от величины воздействия.
САР называется астатической, если при постоянном входном воздействии ошибка управления ε стремится к нулю вне зависимости от величины воздействия.

18

Слайд 20

Динамические характеристики

Переходной характеристикой h(t) называется реакция объекта на единичное ступенчатое воздействие

Динамические характеристики Переходной характеристикой h(t) называется реакция объекта на единичное ступенчатое воздействие
при нулевых начальных условиях, т.е. при х(0) = 0 и у(0) = 0.
Импульсной характеристикой ω(t) называется реакция объекта на δ-функцию при нулевых начальных условиях.
Частотной характеристикой (ЧХ, АФЧХ и др.) называется зависимость амплитуды и фазы выходного сигнала системы в установившемся режиме при приложении на входе гармонического воздействия.

19

Слайд 21

Дифференциальные уравнения

Любые процессы передачи, обмена, преобразования энергии и вещества математически

Дифференциальные уравнения Любые процессы передачи, обмена, преобразования энергии и вещества математически можно
можно описать в виде дифференциальных уравнений (ДУ). Любые процессы в САР также принято описывать дифференциальными уравнениями, которые определяют сущность происходящих в системе процессов независимо от ее конструкции и т.д. Решив ДУ, можно найти характер изменения регулируемой переменной в переходных и установившихся режимах при различных воздействиях на систему.

20

Слайд 22

Дифференциальные уравнения

Δх = х - х0
Δу = у - у0

F(х,у)

Дифференциальные уравнения Δх = х - х0 Δу = у - у0 F(х,у) = 0 21
= 0

21

Слайд 23

Преобразования Лапласа

Прямое преобразование Лапласа

Обратное преобразование Лапласа

22

Преобразования Лапласа Прямое преобразование Лапласа Обратное преобразование Лапласа 22

Слайд 24

Передаточные функции

Передаточной функцией называется отношение изображения выходного воздействия Y(s) к

Передаточные функции Передаточной функцией называется отношение изображения выходного воздействия Y(s) к изображению
изображению входного X(s) при нулевых начальных условиях.

Передаточная функция является дробно-рациональной функцией комплексной переменной:

23

Слайд 25

Типовые звенья САР

- усилительное

Передаточная функция

- идеально интегрирующее

Передаточная функция

Выходная величина

Выходная величина

24

Типовые звенья САР - усилительное Передаточная функция - идеально интегрирующее Передаточная функция

Слайд 26

Типовые звенья САР

- реальное интегрирующее

Передаточная функция

- идеально дифференцирующее

Передаточная функция

Выходная

Типовые звенья САР - реальное интегрирующее Передаточная функция - идеально дифференцирующее Передаточная функция Выходная величина 25
величина

25

Слайд 27

Типовые звенья САР

- реальное дифференцирующее

Передаточная функция

- апериодическое

Передаточная функция

Дифференциальное

Типовые звенья САР - реальное дифференцирующее Передаточная функция - апериодическое Передаточная функция Дифференциальное уравнение 26
уравнение

26

Слайд 28

Типовые звенья САР

- колебательное

Передаточная функция

- запаздывающее

Передаточная функция

Дифференциальное уравнение

Выходная величина

27

Типовые звенья САР - колебательное Передаточная функция - запаздывающее Передаточная функция Дифференциальное уравнение Выходная величина 27

Слайд 29

Соединения звеньев

Последовательное соединение

28

Соединения звеньев Последовательное соединение 28

Слайд 30

Соединения звеньев

Параллельное соединение

29

Соединения звеньев Параллельное соединение 29

Слайд 31

Соединения звеньев

Обратная связь

«+» соответствует отрицательной ОС
«-» - положительной.

30

Соединения звеньев Обратная связь «+» соответствует отрицательной ОС «-» - положительной. 30

Слайд 32

Передаточные функции САР

1) Для нахождения передаточной функции CAP в разомкнутом состоянии необходимо

Передаточные функции САР 1) Для нахождения передаточной функции CAP в разомкнутом состоянии
разомкнуть систему путем отбрасывания входного сумматора. Возмущающее воздействие F приравнивается нулю. Система звеньев между точками разрыва образует разомкнутую систему.
2) Передаточная функция замкнутой системы по задающему воздействию находится как отношение изображений выходного сигнала к изображению входного (задающего), с применением принципа суперпозиции, т.е. принимается, что возмущающий фактор отсутствует F(t)=0.
3) Передаточная функция замкнутой системы по возмущающему фактору записывается с применением принципа суперпозиции, т.е. принимаем, что входное воздействие отсутствует .

31

Слайд 33

Ошибка системы

32

Ошибка системы 32

Слайд 34

Коэффициенты ошибок

33

Коэффициенты ошибок 33

Слайд 35

Коэффициенты ошибок

Коэффициент С0 принято называть коэффициентом статической или позиционной ошибки; коэффициент С1

Коэффициенты ошибок Коэффициент С0 принято называть коэффициентом статической или позиционной ошибки; коэффициент
- коэффициентом скоростной ошибки; С2 - коэффициентом ошибки от ускорения.

34

Слайд 36

Коэффициенты ошибок

35

Коэффициенты ошибок 35

Слайд 37

Критерий устойчивости Михайлова

Характеристический полином

36

Критерий устойчивости Михайлова Характеристический полином 36

Слайд 38

Критерий устойчивости Михайлова

При изменении частоты ω вектор D(jω), изменяясь по

Критерий устойчивости Михайлова При изменении частоты ω вектор D(jω), изменяясь по величине
величине и направлению, будет описывать своим концом в комплексной плоскости некоторую кривую, называемую кривой (годографом) Михайлова. Если же значение частоты ω менять непрерывно от нуля до бесконечности, то вектор будет изменяться по величине и по направлению, описывая своим концом некоторую кривую (годограф), которая называется кривой Михайлова.

37

Слайд 39

Критерий устойчивости Михайлова

38

Критерий устойчивости Михайлова 38

Слайд 40

Критерий устойчивости Михайлова

Для того чтобы система автоматического управления была устойчива

Критерий устойчивости Михайлова Для того чтобы система автоматического управления была устойчива ,
, необходимо и достаточно , чтобы вектор кривой Михайлова D(jω) при изменении ω от 0 до ∞ повернулся , нигде не обращаясь в ноль , вокруг начала координат против часовой стрелки на угол πn/2, где n-порядок характеристического уравнения.
Для то чтобы система автоматического управления была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы кривая (годограф) Михайлова при изменении частоты ω от 0 до ∞, начинаясь при ω =0 на вещественной положительной полуоси, обходила только против часовой стрелки последовательно квадрантов координатной плоскости, где - порядок характеристического уравнения.

39

Слайд 41

Критерий устойчивости Михайлова

Кривые Михайлова

40

Критерий устойчивости Михайлова Кривые Михайлова 40

Слайд 42

Критерий устойчивости Найквиста

Критерий позволяет по амплитудно-фазовой частотной характеристике разомкнутой системы

Критерий устойчивости Найквиста Критерий позволяет по амплитудно-фазовой частотной характеристике разомкнутой системы W(j
W(j ω) судить об устойчивости замкнутой системы.
Для того чтобы замкнутая САУ была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы при изменении частоты ω от 0 до ∞ вектор, начало которого находится в точке (-1, j0), а конец на амплитудно-фазовой частотной характеристике разомкнутой системы W(j ω),повернулся бы в положительном направлении (против часовой стрелки) на угол πk, где k- число правых корней характеристического уравнения разомкнутой системы, т.е. чтобы характеристика W(j ω) охватила точку (-1, j0) в положительном направлении k/2 раз.

41

Слайд 43

Критерий устойчивости Найквиста

Если k = 0 частотная характеристика не охватывает

Критерий устойчивости Найквиста Если k = 0 частотная характеристика не охватывает точку
точку (-1,j0) , то система устойчива и формулировка критерия устойчивости Найквиста упрощается.
Если разомкнутая система устойчива, то для того чтобы замкнутая САУ была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы амплитудно-фазовая частотная характеристика разомкнутой системы W(j ω) при изменении ω от 0 до ∞ не охватывала точку (-1, j0).

42

Слайд 44

Критерий устойчивости Найквиста

Амплитудно-фазовая характеристика разомкнутой системы

43

Критерий устойчивости Найквиста Амплитудно-фазовая характеристика разомкнутой системы 43

Слайд 45

Критерий устойчивости Найквиста

Амплитудно-фазовые характеристики разомкнутой системы

44

Критерий устойчивости Найквиста Амплитудно-фазовые характеристики разомкнутой системы 44

Слайд 46

Критерий устойчивости Найквиста

Логарифмические характеристики разомкнутой системы

45

Критерий устойчивости Найквиста Логарифмические характеристики разомкнутой системы 45

Слайд 47

Критерий устойчивости Гурвица

Для устойчивой системы необходимо и достаточно, чтобы определитель

Критерий устойчивости Гурвица Для устойчивой системы необходимо и достаточно, чтобы определитель и
и все главные диагональные миноры матрицы были больше нуля.
Если хотя бы один определитель будет равен нулю, то система будет находится на границе устойчивости.

46

Слайд 48

Запасы устойчивости системы

Годограф W(j ω)

47

Запасы устойчивости системы Годограф W(j ω) 47

Слайд 49

Показатели качества

1) прямые - определяемые непосредственно по кривой переходного процесса,
2) корневые -

Показатели качества 1) прямые - определяемые непосредственно по кривой переходного процесса, 2)
определяемые по корням характеристического полинома,
3) частотные - по частотным характеристикам,
4) интегральные - получаемые путем интегрирования функций.

48

Слайд 50

Оценки качества переходной характеристики

Формула Хевисайда

Перерегулирование

49

Оценки качества переходной характеристики Формула Хевисайда Перерегулирование 49

Слайд 51

Оценки качества переходной характеристики

Формула Хевисайда

Перерегулирование

50

Оценки качества переходной характеристики Формула Хевисайда Перерегулирование 50

Слайд 52

Оценки качества переходной характеристики

Переходная характеристика

51

Оценки качества переходной характеристики Переходная характеристика 51

Слайд 53

Оценки качества переходной характеристики

Степень затухания

Статическая ошибка

εст = х - xуст

Время

Оценки качества переходной характеристики Степень затухания Статическая ошибка εст = х -
регулирования (время переходного процесса) TП определяется следующим образом: Находится допустимое отклонение Δ = 5% xуст и строятся асимптоты ± Δ Время TП соответствует последней точке пересечения x(t) с данной границей. То есть время, когда колебания регулируемой величины перестают превышать 5 % от установившегося значения.

52

Слайд 54

Корневые показатели качества

Степень устойчивости

Степень колебательности

53

Корневые показатели качества Степень устойчивости Степень колебательности 53

Слайд 55

Типы регуляторов

1) П-регулятор (пропорциональный регулятор)

W(s) = K

2) И-регулятор (интегрирующий регулятор)

Типы регуляторов 1) П-регулятор (пропорциональный регулятор) W(s) = K 2) И-регулятор (интегрирующий

3) Д-регулятор (дифференцирующий регулятор)

W(s) = K s.

4) ПИ-регулятор (пропорционально-интегральный регулятор)

54

Слайд 56

Типы регуляторов

5) ПД-регулятор (пропорционально-дифференциальный
регулятор)

55

Типы регуляторов 5) ПД-регулятор (пропорционально-дифференциальный регулятор) 55
Имя файла: Osnovy_AU.pptx
Количество просмотров: 43
Количество скачиваний: 0