Лекція 1. Задачі курсу. Основні поняття і визначення. Основні принципи побудови систем автоматичного керування та їх структурні схеми. Принцип керування за відхиленням, за збуренням та системи комбінованого керування.

Керування за збуренням полягає в тому, що сигнали керування виробляються в залежності від збурюючих впливів, які спричиняють відхилення керованих параметрів від заданих значень. У системах, побудованих за цим принципом, джерело інформації про результати керування заміняється джерелом інформації про збурюючі впливи. Звичайно, вибирають основні збурюючі впливи на об'єкт і за ними здійснюють керування. Стосовно до розглянутого прикладу основним збурюючим впливом є витрата, зміна якої призводить до зміни рівня води в резервуарі.

На рис. 1. 2, б наведена система регулювання за збуренням. Вона відрізняється від системи регулювання за відхиленням тим, що замість давача рівня застосований давач витрати. У цій системі при збільшенні витрати тиск перед діафрагмою збільшується і мембрана 5 піднімається вверх, важіль 3 повертається і клапан 2 відкривається, збільшуючи приплив води в резервуар 6. При зменшенні витрати клапан закривається. Підбором плечей важеля 3 можна домогтися балансу між кількістю води, що витікає з резервуара і надходить до нього, і у такий спосіб підтримувати сталим рівень води.

З розглянутого прикладу випливає, що система керування за збуренням має ту позитивну властивість, що вплив на виконавчий пристрій відбувається без усякого запізнення стосовно впливу, що збурює, тобто до того моменту, коли починає помітно змінюватися керований параметр об'єкта. У такий спосіб досягається висока швидкодія системи.

Основним недоліком систем керування за збуренням є те, що вони не реагують на дії другорядних збурень, які називають завадами, а дія завад призводить до того, що керовані параметри поступово відхиляються від необхідних значень. Тому керування за збуренням застосовують дуже рідко.

Використовуючи обидва принципи, одержують систему комбінованого керування. Комбіновані системи поєднують у собі переваги керування за відхиленням і за збуренням. Вони мають високу швидкодію і велику точність керування.

Прикладом комбінованої системи регулювання може служити система, зображена на рис. 1. 2, в. У ній керуючий вплив (переміщення клапана 2) залежить від витрати і рівня води. При зміні витрати відразу змінюється положення клапана. Якщо через неточність регулювання за витратою або дії другорядних факторів, наприклад, зміна тиску в трубопроводі 1, рівень починає змінюватися, то поплавок 5 впливає через важіль 3 на клапан 2 таким чином, що відхилення рівня від заданого стає мінімальним.

Комбіновані системи керування застосовують для регулювання рівнів води в б'єфах каналу, частоти обертання двигунів і інших параметрів, де потрібні високі точність і швидкодія.

Якісні і кількісні характеристики багатьох складних машин і виробничих процесів залежать від великого числа перемінних, котрі впливають один на одного. Якщо вони є об'єктами регулювання, то їх називають багатозв’язаними. Прикладами об'єктів багатозв’язаного регулювання можуть служити синхронний генератор, у якому регулюються напруга і частота змінного струму, ґрунт у теплиці, де регулюються температура і вологість, тощо. У цих об'єктах зв'язок між регульованими величинами обумовлений властивостями об'єкта регулювання. Інша група об'єктів багатозв’язаного регулювання – це технологічні процеси, у яких взаємозв'язок між різними величинами зумовлений рухом речовини. Прикладом такого об'єкта є магістральний канал, розділений перегороджуючими спорудами на кілька б'єфів.

Якщо по кожній змінній (регульованій величині) створити замкнені, системи регулювання, то в цілому вийде багатозв’язана система. Системами багатозв’язаного регулювання прийнято називати системи автоматичного регулювання, у яких є декілька регульованих величин, зв'язаних між собою таким чином, що зміна будь-якої з них викликає зміну інших, якщо не передбачені спеціальні засоби, що компенсують цей взаємозв'язок. Якщо, наприклад, у всіх нижніх б'єфах каналу автоматично підтримувати необхідні значення рівнів води, то при зміні витрати в одному з б'єфів будуть мінятися рівні у всіх вищерозташованих б'єфах і відбудеться перебудова роботи відповідних регуляторів.

Системи багатозв’язаного регулювання призначені вирішувати три основні задачі: а) автономності регулювання взаємозалежних величин; б) підтримки необхідного співвідношення між різними величинами; в) зв'язаного регулювання, що забезпечує максимум заданого показника якості. Уже розроблена теорія систем багатозв’язного регулювання, яка дозволяє вирішувати зазначені задачі.

Класифікація систем автоматичного керування. Види інформації

 

Класифікація завжди базується на певних ознаках. Процеси керування незалежно від того чи відбуваються вони в живих організмах чи в машинах, зв'язані з одержанням, передачею і використанням інформації. Тому найбільше загальною класифікаційною ознакою є інформація, яку використовують при керуванні.

Інформацією називається будь-яка сукупність повідомлень, первинним джерелом яких є дослід. Інформація, яка використовується для побудови і функціонування систем автоматичного керування, як відомо, поділяється на два види: початкову, або апріорну інформацію, а також робочу інформацію.

Початкова інформація являє собою сукупність даних про об'єкт керування і засобах керування, необхідних для створення і функціювання системи автоматичного керування. Так, для побудови системи автоматичного регулювання рівня води в резервуарі необхідно знати геометричні розміри резервуара, межі зміни витрати, тиску в живильному трубопроводі й інші дані. Ці дані і складають початкову інформацію.

Кількість початкової інформації, яка необхідна для побудови і функціонування системи керування, називається повною початковою інформацією. Якщо кількість початкової інформації про керований процес складає лише частина необхідної, то таку інформацію називають неповною.

Робочою інформацією називається сукупність даних про дійсний стан керованого процесу в будь-який момент часу. Її одержують за допомогою вимірювальних пристроїв і вона передається у виді сигналів-носіїв інформації. Фізична природа сигналів може бути різноманою: