Непрерывные и дискретные САУ на примере конструкции автомобилей 1. Классификация САУ 2. Дискретные системы управления АУ 3. Структурная схема системы управления при технической эксплуатации АТС 4. Информационно-вычислительные системы АТС 5. Системы определения координат АТС 6. Развитие систем управления движением АТС
Классификация САУ 1. по назначению (системы регулирования температуры, уровня, давления, влажности и т. д. ); 2. по физической природе сигналов (электрические, пневматические, электрогидравлические); 3. по конструктивному исполнению регулятора; 4. по виду задающего воздействия. Различают: системы автоматической стабилизации; системы программного управления; следящие системы, изменение задающего сигнала в которых происходит по случайному закону; 5. по наличию обратной связи (ОС) различают замкнутые и разомкнутые системы; 6. по принципу регулирования можно выделить системы с регулированием по отклонению, по возмущению и комбинированные; 7. по характеру сигналов можно выделить непрерывные и дискретные системы. Дискретные системы в свою очередь делятся на импульсные, релейные и релейно-импульсные (цифровые);
8. по классу уравнений, описывающих динамические процессы в системе – линейные и нелинейные. Линейные системы описываются линейными дифференциальными и алгебраическими уравнениями с постоянными коэффициентами Особые линейные системы делятся на: нестационарные (коэффициенты изменяются во времени), с распределёнными параметрами (описываются уравнениями в частных производных), с запаздыванием и импульсные; 9. по источнику энергии, поступающей в регулятор: системы прямого и непрямого (косвенного) действия; 10. по свойствам в установившемся режиме различают статические и астатические системы. САУ называется статической, если при воздействии, стремящемся с течением времени к некоторому установившемуся значению, ошибка также стремится к постоянному значению, зависящему от величины воздействия. САУ называется астатической, если при воздействии, стремящемся с течением времени к некоторому установившемуся значению, ошибка стремится к нулю независимо от величины воздействия; 11. по количеству регулируемых параметров системы делятся на одномерные, двумерные и многомерные;
12. по закону регулирования системы делятся на системы с пропорциональным (П), пропорционально интегральным (ПИ), пропорционально -дифференциальным (ПД) и пропорционально интегрально дифференциальным (ПИД) регуляторами; 13. по степени самонастройки, адаптации, оптимизации и интеллектуализации различают: Ø Экстремальные системы — значение регулируемой величины автоматически поддерживается на экстремальном значении (максимуме, минимуме) при различных значениях возмущающих воздействий, заранее неизвестных. Программа изменения выходной величины определяется автоматически в процессе работы САУ. Ø Системы с самонастройкой параметров — это системы, в которых автоматически в зависимости от переменных заранее неизвестных внешних условий устанавливаются оптимальные значения параметров системы - регулируемая величина на выходе САУ изменяется по оптимальному закону в соответствии с априори заданным критерием качества — функционалом J (это функции полезности, максимума прибыли, минимума потерь или минимума расхода энергии при работе САУ и т. п. п
Ø Системы с самонастройкой структуры — это системы, в которых в зависимости от переменных, заранее не определённых внешних условий производится оптимальная настройка структуры системы таким образом, чтобы регулируемая величина на выходе изменялась по выгоднейшему (оптимальному) закону в соответствии с заданным критерием качества. Ø Системы комбинированного типа с самонастройкой структуры и параметров. Ø Интеллектуальные системы управления (ИСУ) - это адаптивные или самоприспосабливающиеся системы, обладающие способностью приспосабливаться к изменению внешних условий, а также улучшать свою работу по мере накопления опыта (свойство самообучения). ИСУ нового поколения строятся как самообучающиеся самонастраивающиеся системы с гибкими процедурами принятия решений об управлении, как системы, основанные на знаниях и формирующие новые знания в процессе управления и функционирования.
2 Дискретные системы управления Дискретные сигналы получаются из непрерывных квантованием по уровню, по времени или одновременно и по уровню, и по времени. Это системы, в структуре которых используются цифровые устройства, контроллеры, микропроцессоры, ЭВМ. Дискретные системы (ДС) находят широкое применение в управлении разнообразными техническими устройствами. Область применения ДС управление различными электромеханическими и электромагнитными устройствами, системами телеизмерения и телеуправления, многоканальными системами связи, системами радиоуправления и т. д. На рубеже 90 -х годов произошло разделение путей развития систем управления на две линии: на основе универсальных ЭВМ, и на основе контроллеров и более простых ЭВМ, но зато оптимизированных для требуемой задачи.
Оба подхода получили право на жизнь, а их разумное сочетание обеспечивает высокое качество систем автоматического управления (САУ). При использовании в САУ ЭВМ встаёт задача преобразования промежуточной величины в цифровую форму, появилось и стремительно развивается новое поколение датчиков, в которых имеются встроенные контроллеры, осуществляющие такое преобразование. Такой интеллектуальный датчик сам становится элементом вычислительной сети, поддерживающим сетевой протокол и передающим данные в цифровой форме. Часто в контроллере такого датчика производится предварительная цифровая обработка сигнала, например, коррекция систематической погрешности преобразователя, предварительная фильтрация случайных помех, а также контроль работоспособности.
ü Цифровыми и интеллектуальными (со встроенными микроконтроллерами) в САУ могут быть и другие составные части: исполнительные устройства, каналы связи, задатчики воздействий, фильтры и т. п. Кроме перепрограммируемости, это даёт повышение надёжности за счёт гибкости конфигурации. ü Работа дискретных систем связана с воздействием, передачей и преобразованием последовательности импульсов. В отдельные точки ДС сигналы управления поступают в некоторые заданные или произвольные промежутки времени. Характерной чертой любой ДС является наличие импульсных элементов (ИЭ), с помощью которых осуществляется преобразование непрерывных величин в последовательности дискретных сигналов.
Современная теория управления располагает универсальным методом исследования дискретных систем на основе специального математического аппарата - дискретного преобразователя Лапласа, который позволил максимально приблизить методологию исследования ДС к методологии исследования непрерывных систем. Однако работа ДС связана с квантованием непрерывных сигналов и теория управления дискретными системами имеет особенности, обусловленные наличием в этих системах импульсных элементов. При квантовании по уровню непрерывный сигнал х(t) преобразуется в последовательность дискретных сигналов, фиксированных в произвольные моменты времени при условии x = const. Системы, в которых используются сигналы, квантованные по конечному числу уровней (часто 2 -3 уровня), называются релейными системами. Квантование по уровню является нелинейным преобразованием сигналов, релейные системы относятся к классу нелинейных систем.
При квантовании по времени сигналы фиксируются в дискретные моменты времени t = const. При этом уровни сигнала могут принимать произвольные значения. Системы, реализующие квантование сигналов по времени, называются импульсными системами (ИС). Квантование по времени осуществляется импульсным элементом, который в частном случае пропускает входной сигнал х(t) лишь в течение некоторого времени. При квантовании по уровню и по времени непрерывный сигнал заменяется дискретными уровнями, ближайшими к значениям непрерывного сигнала в дискретные моменты времени t = const. Дискретные системы, реализующие сигналы, квантованные по уровню и по времени, называются релейно-импульсными, или цифровыми. В этих системах квантование по уровню и по времени осуществляется кодоимпульсным модулятором или цифровым вычислительным устройством.
Решетчатой функцией называется функция, получающаяся в результате замены непрерывной переменной на дискретную, определенную в дискретные моменты времени n. Т, n=0, 1, 2, … Непрерывной функции x(t) соответствует решетчатая функция х(n. Т), где Т – период квантования, при этом непрерывная функция является огибающей решетчатой функции. При заданном значении периода квантования Т непрерывной функции x(t) соответствует однозначная решетчатая функция х(n. Т). Импульсная модуляция. Последовательность импульсов в ИС подвергается импульсной модуляции. Это изменение какого-либо параметра периодически повторяющихся импульсов. Применительно к немодулированной последовательности импульсов (рис. 5. 1. 1, а) такими параметрами являются амплитуда импульсов А, длительность и период повторения Т. Величина, определяющая закон модуляции, называется модулирующей величиной.
Автотранспортные средства на разных этапах материального производства выступают в разных качествах: 1. Этап проектирования — системы и агрегаты автомобиля являются техническими объектами управления, 2. этап производства — технологические и производственные объекты управления, 3. этап эксплуатации — АТС выступают как технологические объекты управления при ремонте и обслуживании и как элементы транспортной системы при организации перевозочного производственного процесса.
На АТС используются различные системы автоматического регулирования и управления. К ним относятся: системы стабилизации скорости и траектории движения АТС, программные и следящие системы регулирования торможением (противобуксовочные и антиблокировочные системы), системы регулирования подвески (плавностью хода) и системы регулирования просвета (высоты кузова над дорогой).
При движении АТС возникает задача обеспечить взаимодействие сложной системы «водитель — АТС —дорога —среда» . В процессе управления перевозочным процессом участниками процесса управления являются службы организации дорожного движения. При организации перевозочного процесса решается транспортная задача: доставка грузов задача или пассажиров в заданный пункт за определенное время с минимальными затратами. При этом возникают определенные ограничения по скорости движения, запасу топлива; времени в пути и т. д.
На первом уровне в процессе управления движением АТС на маршруте перевозки груза можно выделить два момента: 1. управление АТС в пределах видимости дороги водителем; 2. управление на всем маршруте (Здесь водителю приходится решать навигационную задачу, используя карты или схемы маршрута, дорожные указатели и знаки и показания приборов АТС. В данном случае водитель совмещает функции пилота и штурмана)
3 ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ НА АТС Информационно-вычислительные системы облегчают водителю решение навигационной задачи. В таких системах используется информация о движении и состоянии АТС, поступающая от бортовых систем, и информация о дорожных и метеорологических условиях (обледенение, пробки, ремонт), поступающая от измерительных систем, установленных вдоль автомагистрали на всем ее протяжении, а также от метеостанции и бюро погоды. Внешние данные передаются по специальным или спутниковым линиям связи.
Карты дороги с указанием оптимального маршрута могут поступать в систему из общей базы данных по каналу связи или предварительно записываться в память микропроцессора информационной системы. Современные навигационные системы включают в себя спутниковые средства пеленгации и точного определения местоположения (координат) АТС, которые могут совмещаться со спасательной системой. Такая система может с помощью специального маяка передавать сигналы службе обслуживания и спасения. Система определения координат АТС в технической литературе получила название «навигатор» .
В навигационных измерительно-вычислительных системах в качестве устройства обработки информации применяются исключительно МП. Так как устройства обработки МП информации на базе МП по структуре аналогичны ЭВМ, то они получили название «маршрутные компьютеры» . Преобразователи Каналы связи
Маршрутный компьютер
Параметры, которые измеряются и рассчитываются информационно-вычислительной системой и представляются водителю на дисплее. Параметр Пределы значений Квант отсчета Текущее время суток, ч/мин 00, 00…. 23, 59 1 Текущий расход топлива, л/100 км О. . . 62, 5 0, 1 Средний расход топлива за поездку, л/100 км 0. . . 99. 9 ОД Суммарный расход топлива за поездку, л О. . . 624, 9 0, 1 Пробег поездки, км 0. . . 999, 9 0, 1 Средняя скорость поездки, км/ч 0. . . 199, 9 0, 1 Время поездки, ч/мин 00, 00. . . 99, 59 1
Информация, получаемая с МК, позволяет также при использовании правил экономичного вождения автомобиля добиваться снижения расхода топлива на 10. . . 15%. Анализ параметров расхода топлива, выдаваемых МК, позволяет осуществлять ежедневную диагностику состояния автомобиля. Современные маршрутные компьютеры выполняют также функции диагностических тестеров и выдают все диагностические коды ошибок контроллера ДВС.
5. Системы определения координат АТС Маячковые системы определения координат АТС. Маяки с инфракрасным излучателем устанавливаются на транспортных путях. Они имеют точную привязку к местности и свой код. На автомобиле устанавливается приемник с дешифратором. В простейшем случае маяки указываются на карте, и по коду маяка водитель определяет местоположение АТС. При использовании микропроцесса карта может быть внесена в его память и маяки будут отражаться на экране дисплея. Вместе с кодом маяка может передаваться и дополнительная информация о дорожной обстановке и сервисном обслуживании на данном участке дороги.
Компасные системы определения координат АТС. Разработаны надежные малогабаритные магнитные компасы с полупроводниковыми преобразователями положения чувствительного элемента компаса в электрический сигнал. При наличии МК и датчика пути можно определять расстояние, пройденное по каждому азимуту. Координаты местоположения АТС относительно начальной точки движения выдаются на дисплей ИВС.
Пеленгационно-спутниковые системы определения координат АТС. Радиомаяк с кодовыми посылками, установленный на АТС, пеленгуется несколькими пеленгаторами, установленными на спутниках. По каналу связи географические координаты, определенные навигационной системой, передаются на дисплей АТС. Микропроцессорное устройство обработки информации хранит в памяти карту маршрута и по заданию водителя и истинным координатам АТС прокладывает
6. РАЗВИТИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ АТС Процесс управления автомобилем включает в себя: трогание, ускорение, стабилизацию скорости и траектории движения, маневрирование, торможение и остановку. Водитель регулирует необходимое для остановку движения усилие, скорость и направление. Дня этого на автомобиле имеются соответствующие органы управления. Возмущающие воздействия, определяемые внешней средой, и множество вариантов сочетаний скорости, силы и направлений усложняют управление автомобилем. При управлении движением (вождении) транспортного средства приходится решать следующие задачи: управление скоростью на тяговых режимах; управление скоростью на тормозных режимах; управление направлением движения; управление плавностью хода.
Основным источником энергии является двигатель. Его механическая энергия преобразуется в другие виды непосредственно или через промежуточное преобразование в электрическую энергию. Потребители тепловой энергии могут утилизировать тепло двигателя или иметь независимый источник. Основными параметрами источников энергии являются напряжение, давление, температура и мощность (производительность). Для успешного использования дополнительных источников требуется стабилизация их выходных параметров, а это можно обеспечить только путем применения автоматических регуляторов. Это регуляторы напряжения, давления, температуры и т. д.
Пример дискретного УПРАВЛЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЕМ Автоматизация управления сцеплением упрощает работу водителя при трогании и переключении передач. В настоящее время применяются автоматизированные и автоматические системы управления. В первом случае в привод прямого действия устанавливают различного рода усилители для снижения усилия на педали сцепления. Во втором случае в сцеплении или приводе применяют систему автоматического управления. При этом отпадает необходимость в педали сцепления и, следовательно, в традиционном приводе. Автоматическое сцепление должно обеспечить возможность трогания с места с различной скоростью, осуществлять переключение передач без рывков и т. д.
клапан-распределитель 7, управляемый электромагнитом 1, контакт К находится на рычаге переключения передач и замыкается при его перемещении. В результате шток клапана 7 смещается и вакуум-ресивер 2, соединенный с коллектором двигателя через обратный клапан 3, сообщается с камерой 6, с помощью которой выключается сцепление. При отпускании рычага переключения передач контакт К I размыкается, камера сообщается с атмосферой и под действием нажимных пружин сцепление включается. Темп включения сцепления зависит от времени заполнения камеры воздухом, который поступает через жиклер 4 и дополнительный клапан 5, степень открытия которого определяется разрежением в диффузоре карбюратора.
Скачать презентацию Непрерывные и дискретные САУ на примере конструкции автомобилей
Л_05_Непрерывные и дискретные САУ.ppt