Структурная схема систем управления. Принципы управления
Структурная схема (автоматика) – это условное изображение, в котором отдельные составляющие систем изображаются прямоугольниками, а связи между ними линиями, показывающими направление передачи сигналов информации.
Пример структурной схемы системы управления напряжением генератора постоянного тока изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Структурная схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При управлении реализуются два принципа:
- Управление по обратной связи или управление по отклонению.
- Управление по возмущению.
В случае управления по отклонению управляющим элементом изменяется управляющее воздействие при отклонении управляемой координаты от установленного значения, вне зависимости от причин, которые вызвали это отклонение. Система, которая строится по такому принципу является замкнутой. Пример структурной схемы замкнутой системы управления изображен на рисунке ниже.
Рисунок 2. Структурная схема замкнутой системы управления. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: Х - регулирующее воздействие; Z - возмущающее воздействие; Y - управляемая координата; 1 - объект управления; 2 - управляющий элемент.
В случае управления по возмущению управляющее воздействие вырабатывается управляющим устройством в зависимости от величины возмущения. Системы управления по возмущению являются разомкнутыми, потому что в них отсутствует обратная связь. Пример структурной схемы системы управления, в которой реализован принцип управления по возмущению, изображен на рисунке ниже.
Рисунок 3. Структурная схема системы управления. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: Х - регулирующее воздействие; Z - возмущающее воздействие; Y - управляемая координата; 1 - управляющий элемент; 2 - объект управления
Управление по возмущению возможно в том случае, когда возмущающее воздействие можно измерить. В основе данного принципа управления содержится компенсация возмущающего воздействия, что обеспечивает независимость управляемой координаты от возмущающего воздействия. Системы, которые построены по принципу компенсации возмущений, не могут компенсировать все возможные возмущения в объекте управления, потому что все измерить невозможно. Системы управления, которые строятся по принципу обратной связи, такого недостатка не имеют, потому что в этом случае управляющее устройство стремится компенсировать отклонения значения управляемой величины от установленного, вне зависимости от причин его возникновения. В таких системах трудно выполнять условия устойчивости, точности и высокого быстродействия одновременно. Самыми эффективными системами управления являются комбинированные, который сочетаются оба принципа управления. В данных системах самое сильное возмущение компенсируется специальным управляющим устройством. Устранение отклонения осуществляется при помощи контура управления с обратной связью. Пример структурной схемы комбинированной системы управления изображен на рисунке ниже.
Рисунок 4. Структурная схема комбинированной системы управления. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: Х - регулирующее воздействие; Z - возмущающее воздействие; Y - управляемая координата; 1 - управляющее устройство 1; 2 - объект управления; 3 - управляющее устройств 2.
В зависимости от способа формирования сигнала задания (Y зад) различают три типа комбинированных систем управления:
- Системы стабилизации, где Y = const.
- Системы программного управления, где задание регулятору изменяется по заданной программе.
- Следящие системы, в которых задание управляющего устройства изменяется в зависимости от какого-либо параметра, то есть система следит за его изменением.
Математическое описание элементов системы управления
Математическое описание элемента системы управления составляется в следующей последовательности:
- Принимаются определенные допущения.
- Выбираются входные и выходные переменные.
- Выбирается система отсчета для каждой переменной.
- Применяется физический принцип, который отражает в математической форме закономерности преобразования вещества или энергии.
Самой распространенной формой описания свойств систем управления и их составляющих являются обыкновенные дифференциальные уравнения. По математическому описанию системы управления делятся на линейные, которые описываются линейными уравнениями и нелинейные, которые описываются нелинейными дифференциальными уравнениями. В такой системе закон управления представляет собой нелинейную функцию.
