Основы теории управления Лекция 1 Основные понятия

Основы теории управления Лекция 1 Основные понятия

Понятие об управлении • Управление – создание условий, обеспечивающих требуемое протекание процесса. Управление направлено на достижение определённой цели. • Объект управления – любой объект, в котором протекает процесс, подлежащий управлению.

Автоматическое управление • Автоматическое управление (регулирование) реализация всех элементов процесса управления (регулирования) осуществляется специально созданным техническим устройством, без непосредственного участия человека. • Автоматическое управляющее устройство (автоматический регулятор) - автоматически действующее устройство, предназначенное для реализации процесса управления (регулирования). • Автоматизированное управление осуществляется совместными действиями технических устройств и человека.

Управление и регулирование Система автоматического управления • Автоматическое управление – автоматическое осуществление совокупности воздействий, выбранных из множества возможных на основании определённой информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с целью управления. • Автоматическое регулирование – поддержание постоянной или изменение по заданному закону некоторой величины, характеризующей процесс. • Система автоматического управления (регулирования) – совокупность объекта управления и управляющего устройства (регулятора).

Процесс управления • Любой процесс управления – это процесс переработки информации. • Сообщение – форма представления информации. • Сигнал – отображение сообщения, являющееся некоторой изменяющейся физической величиной любой природы.

Состояние объекта автоматического управления • Параметры состояния (переменные состояния) – совокупность переменных величин, характеризующих состояние объекта управления. • Управляемые (выходные) переменные – переменные, по которым ведется управление. • Воздействие (входной сигнал) – величина, характеризующая внешние влияние на объект управления. • Управляющее воздействие вырабатывается управляющим устройством. • Задающее воздействие – внешнее воздействие, определяющее требуемый закон изменения управляемой величины. • Возмущающее воздействие (возмущение) – воздействие, не зависящее от системы управления.

Нагрузка и помехи • Нагрузка – внешнее воздействие, приложенное к управляемому объекту, не зависящее от управляющего устройства и являющееся причиной изменения режима работы объекта. • Помехи – это внешние воздействия на отдельные элементы управляющего устройства или объекта управления, не содержащие информации, необходимой для управления.

Переменные состояния Управляющие воздействия Задающие воздействия g = (g 1, g 2, …, gr) u = (u 1, u 2, …. , um) Объект Управления Возмущающие воздействия Управляемые (выходные) переменные y = (y 1, y 2, …, yn) f = (f 1, f 2, …, fk) Вектор x = (x 1, x 2, …, xn) - совокупность переменных, характеризующих состояние объекта управления. Если считать, что в системе осуществляется управление всеми координатами состояния объекта, то векторы x и y совпадают.

Управляющие и управляемые координаты • В общем случае вектор y является нелинейной векторной функцией управляющих переменных и внешних воздействий: y = y (u, g, f). • u 1, u 2, …, um – управляющие координаты • y 1, y 2, …, yn – управляемые координаты • Закон управления – правило или функциональная зависимость, в соответствии с которой управляющее устройство формирует управляющее воздействие u(t). u (t) = F (y, g, f).

Разомкнутые и замкнутые системы управления • Разомкнутые системы управления. Управляющее воздействие вырабатывается на основе информации о величине возмущающих воздействий, характеристиках объекта и цели управления. В таких системах управляющее устройство не получает информации о результатах управления. Такое управление называется жёстким. • Замкнутые системы управления. Управляющее воздействие вырабатывается на основе информации о характеристиках объекта, цели и результатах управления. В таких системах осуществлён замкнутый цикл передачи воздействий. Значение управляемой величины влияет на значение управляющей величины. Обратная связь – подача сигнала с выхода устройства на его вход.

Функциональная схема системы управления с обратной связью Элемент Сравнения Задающий Элемент g f Преобразующий Элемент u (регулятор) Чувствительный Элемент y Объект Управления y

Классификация систем автоматического управления по назначению • Системы стабилизации. Предназначены для поддержания постоянного значения управляемой величины y(t). В таких системах g(t)=g 0=const. Системы стабилизации делятся на системы прямого и непрямого действия в зависимости от того, используются или не используются дополнительные источники энергии. • Системы программного управления. Предназначены для изменения управляемой величины y(t) по заранее заданной программе, называемой программой управления. В таких системах g=g 0(t). • Следящие системы. Предназначены для изменения управляемой величины y(t) по закону g(t), который заранее неизвестен.

Адаптивные САУ • Адаптивные САУ способны обеспечивать выполнение задачи управления в тех случаях, когда характеристики объекта управления и возмущающих воздействий либо неизвестны заранее, либо существенно изменяются заранее непредвиденным образом. • Задачи адаптивной САУ: 1. Изучение объекта. 2. Управление объектом.

Задачи теории управления • Теория управления изучает общие принципы построения различных систем и методы их исследования независимо от физической природы процессов, происходящих в них. • Теория автоматического управления является теоретической базой создания автоматических систем в различных областях техники. • Основные задачи теории управления: 1. Анализ систем управления. 2. Синтез систем управления.

Литература Лотош М. М. «Основы теории автоматического управления» www. knigainformatika. com/rule. html