Теория автоматического управления Лекция 1 Содержание дисциплины

Теория автоматического управления Лекция 1

Содержание дисциплины n n n Современные разделы теории автоматического управления линейными системами Теория автоматического управления нелинейными и нестационарными системами Адаптивные и экстремальные системы

Теория автоматического управления: о дисциплине n n Изначально: изучение статики и динамики процессов автоуправления техническими объектами (производственными, энергетическими, транспортными) В настоящее время: изучение динамических свойств систем управления q q экономических, организационных, биологических, пр.

Теория автоматического управления: о дисциплине n Любые процессы, даже сколь угодно сложные, – математические модели (системы дифференциальных уравнений) Структура системы автоматического управления (САУ) Регулятор ОУ

Обобщенная цель управления n функционирование с требуемой точностью, несмотря на инерционные свойства и неизбежные помехи

Этапы развития ТАУ n n Отклонения от нормального хода под действием непрерывных помех Первый регулятор – поплавковый регулятор уровня для водяных часов (грек Хсибиос, египетская Александрия, примерно третий век до н. э. ) Схема клепсидры Ктезибия с поплавковым указателем (александрийский механик, второй век до н. э. )

Этапы развития ТАУ n 1675 год – маятниковый регулятор хода часов - потребность в точном измерении времени при астрономических наблюдениях Христиан Гюйгенс (14. 04. 1629 - 8. 07. 1695, Голландия)

Этапы развития ТАУ n n Управление процессами, подверженными сильным помехам, при действии которых утрачивалась не только точность, но и работоспособность системы Центробежные маятниковые уравнители скорости хода водяных мукомольные мельниц (средние века) Мельница из Остии (древняя Италия)

Этапы развития ТАУ: первые промышленные регуляторы n Автоматический поплавковый регулятор питания котла паровой машины (1765 г. , И. И. Ползунов, г. Барнаул) Иван Ива нович Ползуно в (14. 03. 1728, Екатеринбург — 27. 05. 1766, Барнаул)

Этапы развития ТАУ: первые промышленные регуляторы Макет паровой машины Схема паровой машины И. И. Ползунова

Этапы развития ТАУ: первые промышленные регуляторы n Центробежный регулятор скорости паровой машины (1784 г. , Дж. Уатт, Англия) Джеймс Уатт (Watt) (19. 01. 1736 – 19. 08. 1819 )

Этапы развития ТАУ: первые промышленные регуляторы Паровой регулятор Уатта Модель паровой машины Уатта

Этапы развития ТАУ: первое программное устройство управления n Программное устройство управления ткацким станком от перфокарты (для воспроизводства узора на коврах) (1808 г. , Жаккар, Франция) Жозе ф Мари Жакка р (Жаккард) (07. 1752 – 07. 08. 1834 )

Этапы развития ТАУ: первое программное устройство управления Машина Жаккарда

Особенности первого этапа развития ТАУ n n Отсутствие теоретических исследований Все регуляторы – безынерционные

Второй этап развития ТАУ n 60 -е годы 19 столетия: три фундаментальные работы Дж. Максвелла и И. А. Вышнеградского q q n системный подход (регулятор и машина – единая динамическая система) исследование малых колебаний линеаризация сложных дифференциальных уравнений основы теории устойчивости, критерии Рауса и Гурвица Первые десятилетия 20 века: усложнение систем, усиление требований к точности и качеству – частотные методы

Второй этап развития ТАУ n 40 -50 годы 20 столетия : основы теории нелинейных систем (Ляпунов, Лурье, Лётов и др. ) q q q выделение класса: две части – линейная динамическая и нелинейная статическая кусочно-линейные аппроксимации нелинейных статических характеристик исследования устойчивости нелинейных систем с аналитическими характеристиками нелинейной части

Современный этап развития ТАУ (60 -е годы 20 века – наст. время) n n Использование математического аппарата метода пространства состояний Оптимизация "в большом" для достижения конечной цели управления на основе методов оптимального управления Использование моделей процесса не только при разработке систем, но и в процессе управления Компенсация неполноты априорной информации средствами оценивания (наблюдения), параметрической идентификации и адаптации

Современный этап развития ТАУ (60 -е годы 20 века – наст. время) n n Современные аппаратные средства (промышленный микроконтроллер или DSP) Множество моделей управляемых процессов: q q q Детерминированные системы обыкновенных дифференциальных уравнений (линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных, как правило, неавтономных) Одноканальные (одномерные) системы ОДУ с постоянными коэффициентами Многомерные системы

Система управления

Классификация систем автоматического регулирования

САУ хлебопекарной печи

Функциональное звено

Узел, сумматор, сравнивающее устройство

Функциональная схема

Принцип компенсации

Принцип обратной связи

Схема САР хлебопекарной печи

САР уровня воды в баке