1 1. Основы автоматики и системы автоматического управления (ОА и

2 - 13
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. 14 - 38
КЛАССИФИКАЦИЯ. 39 - 47

методов и технических средств автоматического управления технологическими процессами (ТП) в

технических объектах управления (ОУ).

Термин «автоматика» образован от греческих слов «ауто» (сам) и «матос» (самодействие).

Система автоматического управления (САУ) – это совокупность объекта управления (ОУ) и автоматического устройства управления (УУ) технологическим процессом (ТП) в данном ОУ.

о ходе технологического процесса (ТП) используется для автоматического управления этим

технологическим процессом без прямого участия человека, обеспечивая автоматизацию технологического процесса.

В системах автоматического управления (САУ) все операции управления выполняются автоматическими устройствами и поэтому САУ могут нормально работать без участия человека.

В автоматизированных системах управления (АСУ) часть операций управления выполняют автоматические устройства, а другую часть операций управления выполняет человек (оператор, диспетчер, пилот, водитель), без участия которого АСУ работать не могут.

называется технической кибернетикой.

Методической основой технической кибернетики является теория автоматического

управления, которая оперирует математическими моделями элементов и систем автоматического управления (САУ), рассматривает их информационные связи друг с другом и с окружающей средой и решает задачи анализа и синтеза САУ.

качества управления, степени инвариантности, показателей чувствительности и других свойств САУ

с заданной структурой и заданными параметрами элементов и внешних воздействий.

Синтез САУ заключается в определении необходимой структуры и параметров элементов САУ для получения заданных свойств САУ при заданных внешних воздействиях.

работоспособность САУ);
2) точность в установившихся и переходных режимах;
3) качество переходных

процессов;
4) инвариантность - нечувствительность САУ к вариациям внешних возмущающих и задающих воздействий;
5) робастность - малая чувствительность свойств САУ (грубость САУ) к вариациям её собственных параметров (параметров исходной математической модели).

Важны также свойства надежности САУ, срока службы, массы и габаритов, стоимости и другие, определяемые энергетическими и экономическими показателями САУ, которые не рассматриваются теорией управления.

состоит из объекта управления (ОУ) и устройства управления (УУ) и

имеет задающее
g(t) и возмущающее f(t) входные воздействия .

Р – регулятор (может быть ЭВМ); УП – усилитель-преобразователь;
ИУ – исполнительное устройство; КУ - компенсирующее устройство;
ДОС – датчик обратной связи; e(t)=[g(t)+KY·f(t)] - ДОС·y(t) -
- ошибка управления; u(t) – управляющее воздействие.

Для этого выходной величиной y(t) ОУ необходимо управлять по заданному

закону g(t) – алгоритму функционирования ОУ и всей САУ за счет формирования управляющего воздействия u(t) на ОУ для достижения цели управления – равенства y(t)=g(t).

формируя управляющее воздействие u(t) на ОУ по определенному закону –

алгоритму управления ОУ для достижения цели управления – обеспечения равенства y(t)=g(t) или получения допустимой ошибки управления g(t)–y(t)≤e(t)доп при наличии возмущающих воздействий f(t), отклоняющих y(t) от заданного значения g(t).

который обычно реализуется с использованием операционных усилителей или микроЭВМ.

Для усиления

сигнала от регулятора Р в УУ вводятся усилитель–преобразователь (УП) и исполнительное устройство (ИУ) (например, электродвигатель), непосредственно воздействующее на объект управления (ОУ).

УУ в целом выполняет функции регулятора по отношению к объекту управления (ОУ).

принципам управления :

1) принцип разомкнутого управления u(t)=K∙g(t)

позволяет строить устойчивые разомкнутые САУ, состоящие из устойчивого усилительного устройства (УУ) и устойчивого объекта управления (ОУ) и имеющие низкую точность
из-за влияния возмущающего воздействия f(t);

принцип компенсации возмущающего воздействия f(t) (управление по возмущению) с

введением компенсирующего устройства КУ, добавляющего к задающему сигналу g(t) противодействующую составляющую от влияния возмущения f(t) на выходную величину y(t), что позволяет строить устойчивые разомкнутые САУ с уменьшенным влиянием f(t) на y(t);

принцип обратной связи (принцип отклонения, управление по ошибке) с введением

в САУ датчика обратной связи (ДОС) позволяет создавать замкнутые САУ, обеспечивающие высокую точность управления выходной величиной y(t) при полной или частичной компенсации ошибки управления е(t)=g(t)–y(t), независимо от причин её возникновения, но способные к потере динамической устойчивости.

дополнительной компенсацией основного возмущающего воздействия и принятием мер
для

обеспечения устойчивости САУ.

u(t)=K∫e(t)dt,
пропорционально–интегральный u(t)=K[e(t)+∫e(t)dt],
пропорционально–дифференциальный u(t)=K[e(t)+de(t)/dt],
пропорционально–интегрально–дифференциальный u(t)=K[e(t)+∫e(t)dt+de(t)/dt].
Интегрирование уменьшает ошибки управления, дифференцирование ускоряет переходные

процессы.

функционирования ОУ и всей САУ:

- стабилизация заданного значения выходной

величины;
- программное управление выходной величиной;
- следящее управление выходной величиной при произвольном изменении задающего воздействия и ограничении его первой и второй производных по времени.

Вместе с основным алгоритмом функционирования в САУ могут дополнительно реализовываться алгоритмы оптимального и адаптивного функционирования, обеспечивающие наилучшие режимы работы ОУ и всей САУ
по определенным показателям – критериям качества (по максимальному быстродействию, максимальной производительности, минимальным затратам энергии и др.).

получение текущей информации (датчики), формирование управляющего воздействия (регулятор) и т.д.

Каждый

функциональный блок изображается на схеме прямоугольником с соответствующим обозначением, а связи между блоками и с внешней средой обозначаются линиями со стрелкой, указывающей направление передачи воздействий.

однонаправленных звеньев и связей звеньев друг с другом и с

окружающей средой. Каждое звено изображается прямоугольником, в котором записывается операторная функция передачи W(p) или её обозначение, приведенное в приложении. Связи звеньев между собой и с внешней средой обозначаются линиями со стрелкой, указывающей направление передачи сигналов или физических воздействий.

их друг с другом и с внешней средой, которая представляется

графически в виде принципиальной конструктивной схемы с использованием стандартных изображений устройств электроавтоматики, гидроавтоматики и пневмоавтоматики.

В системах электроавтоматики конструктивная структура представляется принципиальной электрической схемой из стандартных обозначений элементов и электрических цепей их соединений проводниками.

и УУ, способам получения и передачи информации и другим признакам

исключает возможность осуществления их всеобъемлющей классификации. Поэтому существует множество частных классификаций САУ по различным групповым признакам.

методам описания процессов управления дифференциальными уравнениями
по следующим

признакам:

1) По виду уравнений, описывающих процессы управления :

а) класс линейных систем управления;
б) класс нелинейных систем управления.

с постоянными параметрами (описываются уравнениями с постоянными коэффициентами);
б) системы с

переменными параметрами (описываются уравнениями с переменными коэффициентами);
в) системы с распределенными параметрами (описываются уравнениями в частных производных);
г) системы с запаздыванием (описываются уравнениями с запаздывающим аргументом).

системы управления;

б) дискретные системы управления (импульсные и цифровые);

в) релейные системы

управления.

системы (имеют определенные параметры и определенные процессы);

б) стохастические системы (имеют

случайные параметры и случайные процессы).

обыкновенные САУ (имеют полную начальную информацию);
б) адаптивные САУ

(имеют неполную начальную информацию, автоматически восполняемую в процессе работы системы);
в) терминальные САУ (решают задачу достижения заданного состояния системы в конечный момент времени, до которого процесс управления может идти произвольно, оптимальный по другим критериям);
г) интеллектуальные САУ – это САУ, способные к «пониманию» ситуации и обучению, в которых решаются задачи управления сложными ОУ с использованием системной обработки знаний об ОУ, возмущениях, состоянии внешней среды и условиях работы САУ для управления на основе применения современных информационных технологий обработки информации – искусственных нейронных сетей, нечеткой логики и других технологий.

одноконтурные САУ с одной регулируемой величиной и одним каналом обратной

связи;
многоконтурные одномерные САУ с одной регулируемой величиной, одним каналом главной обратной связи и несколькими каналами местных обратных связей;
многоконтурные многомерные САУ с несколькими регулируемыми величинами и несколькими каналами главных обратных связей при возможном наличии каналов местных обратных связей.

устройств САУ по энергетическим признакам, поскольку в теории управления учитываются

только информационные составляющие процессов, которые физически также часто содержат и энергетические составляющие, определяющие мощность, коэффициент полезного действия, массу, габариты, надежность, стоимость и другие важные свойства элементов и всей САУ.