Задачи автоматического управления

Основными задачами являются:

· контроль,

· сигнализация,

· программное управление,

· стабилизация

· слежение,

· оптимизация.

 

 

Контроль.

Функцией систем автоматического контроля (технологических параметров) является сбор, обработка, передача и представление информации оператору о состоянии объекта.

Контролируемый объект

Аппаратура измерения

Система отображения информации

Рис 3 Блок-схема системы контроля

 

Работа таких систем осуществляется без вмешательства человека. По этому признаку их относят к САУ. Пожалуй, это самый большой и самый простой в реализации класс систем. На производстве, системы контроля обязательно присутствуют.

 

· Сигнализация

Автоматические системы сигнализации более сложные, чем системы контроля, хотя и выполняют их функции. Отличительной чертой этих систем является наличие, наряду с системой контроля, логического устройства (порогового устройства ), выполняющего функцию суммирующего элемента.

 

Контролируемый объект

Аппаратура измерения

Объект управления

Рис 4. Блок-схема системы сигнализации

Пороговое устройство

Задание уровня срабатывания

Исполнительный механизм

 

 

Например, система пожаротушения. Контролируемым объектом является атмосфера в помещении. На пороговом устройстве задается уровень задымленности. Как только измерительная аппаратура дает сигнал, превышающий заданный уровень, пороговое устройство вырабатывает управляющее воздействие на исполнительный механизм – вентиль газового баллона. Объектом управления является баллон с газом.

Одной из разновидности этих систем является система спорадического контроля. Иногда требуется одновременно контролировать много параметров. В атомных реакторах, например, количество датчиков температуры достигает тысячи. Все контролируемые сигналы нормируются, приводятся к одному диапазону. Суммирующий элемент выполняет логическую операцию «ИЛИ». Поскольку сигналы нормированы, то устанавливается для них единый порог. Превышение любым сигналом заданного порога срабатывает сигнализация.

 

· Программное управление.

В системах программного управления задающее (входное) воздействие x_з(t) изменяется во времени по заданному закону. Например, автоматические системы управления роботами. Такие системы применяются для управления процессами, характер протекания которых известен.

Y

X

Программа

Управляющее устройство

Орган управления

Манипулятор робота

Рис. 5 Блок- схема системы программного управления

Предметом управления является координация манипуляторов робота во времени и пространстве. На производстве используется очень часто – поточные линии выпуска продукции, сборка упаковка и т.п.

По такой схеме работают, например, станки с программным управлением, копировальные станки, системы выведения баллистических ракет на околоземные орбиты и др.

При этом управляемая величина y(t), характеризующая объект, изменяется так же в соответствии с заранее известной функцией времени. Проще говоря, САУ заставляет управляемую величину объекта управления быть пропорциональной задающей (отслеживаемой) величине.

· Стабилизация (частный случай - регулирование ).

Стабилизация - это поддержание постоянной выходной величины, характеризующей объект, вопреки действующим на него возмущениям.

Стабилизация состоит в том, что САУ компенсирует влияние возмущений на управляемую величину. Это значит, что если возмущение, поступающее на объект, изменяет управляемую величину, то правильно работающая система через сравнительно короткое время возвращает управляемую величину к исходному значению.

Рассмотрим систему управления полетом самолета по курсу (курсовой автопилот). Объект управления – самолет. (О).

Чувствительный элемент - гироскопический датчик курса (ЧЭ).

Управляющее устройство – бортовой компьютер (УУ).

Исполнительный механизм – рулевая машина (ИМ),

Орган управления - руль направления (ОУ).

ω

Ось гироскопа

a

Рис. 6 Система стабилизации курса самолета

Боковой ветер

Z

 

Так как гироскоп сохраняет неизменное направление в пространстве, то при отклонении самолета от заданного направления полета (в результате, например, бокового ветра – возмущающего воздействия) между осью гироскопа и продольной осью самолета возникает рассогласование. В результате на бортовой компьютер подается сигнал пропорциональный углу α, который вырабатывает управляющее воздействие на исполнительный механизм. Рулевая машина поворачивает руль направления на угол ω и самолет возвращается к заданному курсу.

 

Возмущения Z

Задание курса Х

Курс У

U

Гироскопический датчик

Бортовой компьютер

Рулевая машина

Руль направления

Самолет

Рис.7. Блок-схема системы автопилота

 

· Слежение.

Слежение – это изменение управляемой величины y(t), характеризующей объект в соответствии с задающей величиной x(t), которая является случайной функцией времени.

Следящие системы используются для отработки возмущений, характер которых неизвестен заранее.

Например, управление радиолокационной станцией в режиме слежения за целью. Здесь объект может двигаться произвольно, изменение траектории полета цели нам неизвестно.