Лекция 1 ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КУЛЬТУРЫ
ЛУГАНСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ
ЛУГАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ
Кафедра электротехнических систем электропотребления
ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Конспект лекций
по дисциплине "Теория автоматического управления та автоматика в электроэнергетике "
для студентов специальности 6.050701 всех форм обучения
г. Луганск
2014
УДК 621.31(075.8)
Колесниченко С.П.
Теория автоматического управления: Конспект лекций по дисциплине "Теория автоматического управления и автоматика в электроэнергетике" - Луганск: ЛУВД, 2014. - 42 с.
Составлено в соответствии с учебным планом подготовки бакалавров по направлению 13.03.02 "Электроэнергетика и электротехника" для студентов дневной вечерней и заочной форм обучения.
Пособие выполнено в соответствии с программой курса " Теория автоматического управления и автоматика в электроэнергетике". Является кратким конспектом основных разделов.
Содержание
Лекция 1. Введение. Основные задачи и принципы управления. .............................................. 3
Лекция 2. Алгоритмы управления. Основные законы управления. Виды систем автоматического управления. ………… ....................................................................................... 10
Лекция 3. Математическое описание элементов и систем управления. Передаточные функции звеньев. Соединения звеньев и передаточные функции этих соединений .……....13
|
|
|
Лекция 4. Структурные преобразования систем. Дифференциальные уравнения замкнутых АС. Частотные характеристики. Типовые входные воздействия. Переходные характеристики.…19
Лекция 5.Устойчивость линейных автоматических систем. Понятие устойчивости линейных АСУ. Критерии устойчивости. ……………………………………………………..…………... 27
Лекция 6.Оценка качества процессов управления. ……………................................................ 33
Лекция 7. Корректирующие устройства и методы их синтеза. Инвариантность ................... 37
ВВЕДЕНИЕ
В русском языке термин "управление" охватывает весьма широкий круг понятий (например, верховное правление государством, отраслью народного хозяйства, предприятием, производственным процессом, вождение самолетов и автомашин и т. д.). Такого обобщенного термина в английском языке нет, а перечисленные выше разновидности управления обозначаются отдельными словами rule, govern, direct, manage, control и т. д.
Норберт Винер ввел термин "кибернетика", называя им всю теорию управления и связи в машинах и живых организмах. Этот термин происходит от греческого слова кибернао, применявшееся к действиям корабля. Однако слово "кибернетика" в английском языке не стало синонимом русского "управление" в широком смысле. Обобщающую роль чаще играют два термина - control, если говорят об управлении системами, не включающими социальные и экономические аспекты, и manage, если наличие человека или коллектива в системе управления требует не только математических, но и социологических, психологических моделей и т.п.
|
|
|
Все процессы, выполняемые человеком для достижения поставленных целей, представляют собой совокупность действий, называемых операциями, которые подразделяются на рабочие операции и операции управления. К первым относятся действия, требующие затрат физического труда человека. Замена человека в рабочих операциях механизмом называется механизацией. Но для правильного и качественного выполнения рабочих операций необходимо обеспечивать их операциями управления, совокупность которых и образует процесс управления. Этими операциями обеспечивается начало, порядок следования и прекращение отдельных операций, процессу придаются необходимые показатели (направление, скорость, температура, величина тока и напряжения и т.д.).
|
|
|
Таким образом, управление представляет собой такую совокупность воздействий на какой-либо процесс или объект, которая обеспечивает достижение поставленной цели.
Замена труда человека, как в рабочих, так и в операциях управления действиями технических устройств называется автоматизацией, а технические устройства, действующие без участия человека - автоматическими устройствами. Совокупность технических средств (машин, орудий труда, средств механизации) является объектом управления, а совокупность устройств управления и объекта образует систему управления. Система, в которой все рабочие и управленческие операции выполняются техническими устройствами, называется автоматической системой. Если автоматизирована только часть управленческих операций, а другая их часть выполняется людьми, то такая система называется автоматизированной системой управления (АСУ).
Автоматическое управление или регулирование - это управление техническими устройствами и системами без непосредственного участия человека. Автоматическое регулирование - это частный вид автоматического управления и является более узким понятием.
Теория автоматического управления (ТАУ) - это наука, которая изучает процессы и свойства управления, методы их исследования и основы проектирования, разработки и технической реализации автоматического управления, автоматических систем в любой области техники.
|
|
|
Целью курса является изучение общих основ ТАУ, которое ориентировано на управление техническими объектами и процессами в электроэнергетике, которые осуществляются с участием или без участия человека.
Историческая справка.
Формирование общих основ теории управления началось в технике. С необходимостью построения регуляторов одними из первых столкнулись создатели точных механизмов, в первую очередь часов. Для противодействия влияния помех в 1675 году Гюйгенс встроил в механизм часов маятниковый регулятор хода. Предшественниками регуляторов для технических процессов можно считать применявшиеся в средние века центробежные маятниковые уравнители хода водяных мельниц.
Бурное развитие техники и теории регулирования началось на рубеже ХVIII и XIX веков. Первыми промышленными регуляторами можно считать автоматический поплавковый регулятор питания котла паровой машины, построенный в 1765 г. русским механиком И.И. Ползуновым, центробежный регулятор скорости паровой машины английского механика Джеймса Уатта (1784 г.), первое программное устройство управления ткацким станком от перфокарты для воспроизведения узоров на коврах Ж.М. Жаккарда (1808 г.).
Одновременно делались попытки теоретических исследований. Английский физик Дж. К. Максвелл в 1868 году в работе "О регуляторах" впервые поставил и рассмотрел математическую задачу об устойчивости системы регулирования. В 1878 г. в России И.А. Вышнеградский в своих работах исследовал не только устойчивость, но и некоторые показатели качества процесса регулирования. Им было объяснено знаменитое противоречие между точностью и устойчивостью регулирования. Видное место в теории регулирования занимают работы словацкого учёного А. Стодолы. Первый русский учебник по теории регулирования был написан Е.Н. Жуковским.
К началу ХХ века теория регулирования выходит из рамок прикладной механики и в первой половине ХХ века формируется в общетехническую дисциплину (работы А.Стодолы, Е.Н.Жуковского, М.Толя, Е. Жюильяр и др.). Становится ясным, что регулирование в различных отраслях техники базируется на ряде общих законов.
В 1932 г. американец Х. Найквист, а в 1936 г. А.В. Михайлов предлагают частотные методы исследования устойчивости регулирования. В 40-х годах Г. Боде и Л. Маколл (США) и В.В. Солодовников разрабатывают метод логарифмических частотных характеристик, что позволило создать в 1940-50 годах теорию синтеза параметров и структур регуляторов математическими методами. В области устойчивости следует отметить работы Ю.И. Неймарка, по интегральной оценке качества регулирования А.А. Красовский, А.А. Фельдбаум, Г. Джеймс и др.
Развитие принципов автономности регулирования произведено в работах Г.В. Щипалова. Широкое распространение получили работы А.А. Воронова, Е.П. Попова, В.Е. Бесекерского и др.
Лекция 1 ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ
Общие понятия и определения
Для реализации автоматического управления необходимо иметь то, чем управляют, и то, что управляет, то есть управляемую и управляющую части. Управляемая часть называется объектом управления (ОУ), а управляющая часть - устройством управления (УУ) или автоматическим управляющим устройством. Совокупность ОУ и УУ, взаимодействующих между собой, называется автоматической системой (АС) или автоматизированной системой управления (АСУ).
В состав УУ могут входить: измерительный элемент (ИЭ); промежуточные устройства (ПУ), в качестве которых могут быть использованы усилители, преобразователи и др.; исполнительное устройство (ИУ). Физическая величина, подлежащая управлению, называется управляемой величиной у(t). Для правильного и качественного управления у(t) необходимо поддерживать в заданных границах или изменять по определённому закону.
Рис. 1.1.
На АС действуют внешние воздействия, изменяющиеся во времени. Основными из них являются: задающие g1(t), g2(t) ...; возмущающие f1(t), f2(t) ... Для оказания необходимого воздействия на ОУ УУ вырабатывает управляющее воздействие u(t). Задающее воздействие g(t) во многих случаях является заранее предусмотренным воздействием, учитывая которое УУ и вырабатывает u(t) для обеспечения требуемой величины у(t). Возмущающие воздействия вызывают нежелательные, а часто и непредусматриваемые отклонения (возмущения) у(t) от необходимого значения. В качестве f(t) могут быть изменения температуры окружающей среды, частота напряжения питания, ток нагрузки системы электроснабжения.
Задача АС состоит в том, чтобы возможно точнее воспроизводить на выходе задаваемый закон изменения g(t) и по возможности полнее подавлять влияние возмущающих воздействий, а также возможных внешних и внутренних помех при возможности их появления. Воздействия и их направления на функциональной схеме обозначаются стрелками. Отдельные устройства, составляющие АС, называют элементами или звеньями, а их последовательное соединение - цепью воздействий. В ТАУ звенья принято обозначать в виде прямоугольников.
Входные воздействия обозначаются направленными к звену стрелками с соответствующими буквенными символами. Величины параметров, определяемые работой звена, называются выходными и обозначаются выходящими из звена стрелками с соответствующими буквенными символами. Объект управления, имеющий несколько выходных (управляемых) величин, называется многомерным, а АС с многомерным ОУ - многомерной.
Воздействия могут быть регулярными и случайными. Регулярные воздействия изменяются по известным, определённым законам. Они определены (англ. детерминированы), то есть могут быть точно предсказаны для любого последующего момента времени. Случайные воздействия называют также недетерминированными или стохастическими. Цепь, состоящая из отдельных звеньев, может быть разомкнутой и замкнутой. Замкнутой называется однонаправленная цепь, выход которой соединён с входом. Замкнутую цепь обычно называют контуром.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 250; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!