Einführung in die Theorie der automatischen Regelung. Grundbegriffe der Regelungstheorie für technische Systeme

Ich veröffentliche das erste Kapitel der Vorlesungen über die Theorie der automatischen Steuerung, nach denen Ihr Leben nie mehr dasselbe sein wird.

Die Vorlesungen des Kurses „Steuerung Technischer Systeme“ werden von Oleg Stepanovich Kozlov am Lehrstuhl für „Kernreaktoren und Energietechnik“ der Fakultät für „Energietechnik“ der MGTU benannt nach N.E. Bauman gehalten. Dafür gebührt ihm großer Dank.

Diese Vorlesungen werden gerade in Form eines Buches veröffentlicht, und da hier Spezialisten für TAU, Studenten und einfach Interessierte am Thema sind, wird jede Kritik gern begrüßt.

Einführung in die Theorie der automatischen Regelung. Grundbegriffe der Regelungstheorie für technische Systeme

1. Grundlegende Begriffe der Theorie der Steuerung technischer Systeme

1.1. Ziele, Prinzipien der Steuerung, Arten von Steuerungssystemen, grundlegende Definitionen, Beispiele

Die Entwicklung und Verbesserung der industriellen Produktion (Energie, Transport, Maschinenbau, Raumfahrttechnik usw.) erfordert eine kontinuierliche Steigerung der Produktivität von Maschinen und Aggregaten, eine Verbesserung der Produktqualität, eine Senkung der Kosten und insbesondere in der Kernenergie eine drastische Erhöhung der Sicherheit (kerntechnische, strahlenschutztechnische usw.) bei der Nutzung von Kernkraftwerken und Kernanlagen.

Die Umsetzung der festgelegten Ziele ist ohne die Einführung moderner Steuerungssysteme nicht möglich, zu denen sowohl automatisierte (mit menschlichem Bediener) als auch automatische (ohne menschlichen Bediener) Systeme gehören.

Definition: Steuerung ist die Organisation eines bestimmten technologischen Prozesses, die das Erreichen des festgelegten Ziels sicherstellt.

Die Steuerungstheorie stellt einen Bereich der modernen Wissenschaft und Technik dar. Sie basiert sowohl auf grundlegenden (allgemeinwissenschaftlichen) Disziplinen (wie Mathematik, Physik, Chemie usw.) als auch auf angewandten Disziplinen (Elektronik, Mikroprozessortechnik, Programmierung usw.).

Jeder Steuerungsprozess (automatischer) besteht aus den folgenden grundlegenden Phasen (Elementen):

  • Erfassung von Informationen über die Steuerungsaufgabe;
  • Erfassung von Informationen über das Ergebnis der Steuerung;
  • Analyse der erhaltenen Informationen;
  • Durchführung der Entscheidung (Einwirkung auf das Steuerungsobjekt).

Für die Umsetzung des Steuerungsprozesses muss das Steuerungssystem (SÜ) Folgendes haben:

  • Informationsquellen über die Steuerungsaufgabe;
  • Informationsquellen über die Ergebnisse der Steuerung (verschiedene Sensoren, Messgeräte, Detektoren usw.);
  • Geräte zur Analyse der erhaltenen Informationen und zur Entscheidungsfindung;
  • Aktuatoren, die auf das Steuerobjekt einwirken, bestehend aus: Regler, Motoren, Verstärkungs- und Umwandlungsgeräten usw.

Definition: Wenn das Steuerungssystem (SS) alle oben aufgeführten Teile enthält, dann ist es geschlossen.

Definition: Die Steuerung eines technischen Objekts unter Verwendung von Informationen über die Ergebnisse der Steuerung wird als Rückkopplungsprinzip bezeichnet.

Schematisch kann ein solches Steuerungssystem wie folgt dargestellt werden:

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Abb. 1.1.1 — Struktur des Steuerungssystems (SS)

Wenn das Steuerungssystem (SS) ein strukturelles Schema hat, dessen Aussehen der Abb. 1.1.1 entspricht, und ohne menschliches (Bediener-) Eingreifen funktioniert, dann wird es genannt automatisches Steuerungssystem (ASS).

Wenn das SS mit dem Eingreifen eines Menschen (Operators) funktioniert, dann wird es genannt automatisiertes SS.

Wenn die Steuerung einen gegebenen Gesetzmäßigkeit der Veränderung des Objekts über die Zeit unabhängig von den Ergebnissen der Steuerung sicherstellt, dann erfolgt diese Steuerung nach einem offenen Zyklus, und die Steuerung selbst wird genannt Softwaresteuerung.

Zu den Systemen, die nach einem offenen Zyklus arbeiten, gehören industrielle Automaten (Förderbänder, Rotationslinien usw.), Maschinen mit numerischer Steuerung (CNC): siehe Beispiel in Abb. 1.1.2.

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Abb. 1.1.2 — Beispiel für die Programmsteuerung

Das Steuergerät kann zum Beispiel auch als „Kopierer“ fungieren.

Da es in diesem Beispiel keine Sensoren (Messgeräte) gibt, die das hergestellte Teil überwachen, kann, wenn zum Beispiel der Werkzeughalter falsch montiert oder beschädigt wurde, das gesetzte Ziel (Herstellung des Teils) nicht erreicht (realisiert) werden. In Systemen dieses Typs ist normalerweise eine Ausgangskontrolle erforderlich, die lediglich die Abweichungen der Dimensionen und Formen des Teils vom gewünschten festhalten wird.

Automatische Steuerungssysteme werden in 3 Typen unterteilt:

  • automatische Steuerungssysteme (ASS);
  • automatische Regelungssysteme (ARS);
  • Nachführsysteme (NF).

ARS und NF sind Teilmengen von ASS ==> Einführung in die Theorie der automatischen Regelung. Grundbegriffe der Regelungstheorie für technische Systeme.

Definition: Ein automatisches Steuerungssystem, das die Konstanz einer bestimmten physikalischen Größe (Gruppe von Größen) in dem zu regelnden Objekt gewährleistet, wird als automatisches Regelungssystem (ARS) bezeichnet.

Automatische Regelungssysteme (ARS) sind die am weitesten verbreitete Art von automatischen Steuerungssystemen.

Der erste automatische Regler der Welt (18. Jahrhundert) – der Watt-Regler. Dieses Schema (siehe Abb. 1.1.3) wurde von Watt in England entwickelt, um eine konstante Drehgeschwindigkeit des Rades einer Dampfmaschine aufrechtzuerhalten und damit die Konstanz der Drehgeschwindigkeit (Bewegung) der Riemenscheibe (Riemen) der Übertragung zu gewährleisten.

In diesem Schema sind die empfindlichen Elemente (Messsensoren) „Gewichte“ (Kugeln). „Gewichte“ (Kugeln) verursachen auch die Bewegung des Hebels und später des Ventils. Daher kann dieses System als direktes Regulierungs system und der Regler als direkt wirkender Regler, da er gleichzeitig die Funktionen sowohl des „Messgeräts“ als auch des „Reglers“ erfüllt.

Bei direkt wirkenden Reglern ist keine zusätzliche Energiequelle zum Bewegen des Regelorgans erforderlich.

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Abb. 1.1.3 – Schema des automatischen Watt-Reglers

In Systemen mit indirekter Regelung ist das Vorhandensein (die Anwesenheit) eines Verstärkers (z. B. Leistung) sowie eines zusätzlichen Aktuators erforderlich, der beispielsweise einen Elektromotor, Servomotor, Hydroantrieb usw. enthält.

Ein Beispiel für ein automatisches Steuerungssystem (ARS), im vollen Sinne dieser Definition, ist ein Steuerungssystem, das den Start einer Rakete in den Orbit gewährleistet, wobei die zu regelnde Größe beispielsweise der Winkel zwischen der Achse der Rakete und der Normalen zur Erde sein kann. ==> siehe Abb. 1.1.4.a und Abb. 1.1.4.b

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Abb. 1.1.4 (a)
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Abb. 1.1.4 (b)

1.2. Struktur von Steuerungssystemen: einfache und mehrdimensionale Systeme

In der Theorie der Steuerung technischer Systeme wird jede Anlage in eine Reihe von Gliedern unterteilt, die in Netzwerkstrukturen verbunden sind. Im einfachsten Fall enthält das System ein Glied, auf das ein Eingangsreiz (Eingang) einwirkt, und am Ausgang erhält man die Reaktion des Systems (Ausgang).

In der Theorie der Steuerung technischer Systeme werden zwei grundlegende Methoden zur Darstellung der Glieder von Steuerungssystemen verwendet:

— in den Variablen „Eingang-Ausgang“;

— in Zustandsvariablen (nähere Informationen finden Sie in den Abschnitten 6…7).

Die Darstellung in den Variablen 'Eingang-Ausgang' wird normalerweise verwendet, um relativ einfache Systeme zu beschreiben, die einen 'Eingang' (eine Steuerungsaktion) und einen 'Ausgang' (eine geregelte Größe, siehe Abbildung 1.2.1) haben.

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Abb. 1.2.1 – Schematische Darstellung eines einfachen Regelungssystems

Normalerweise wird diese Beschreibung für technisch nicht anspruchsvolle ASC (Automatisierte Regelsysteme) verwendet.

In letzter Zeit hat die Darstellung in Zustandsvariablen, insbesondere für technisch komplexe Systeme einschließlich mehrdimensionaler ASC, weit verbreitet. In Abb. 1.2.2 ist eine schematische Darstellung eines mehrdimensionalen automatisierten Regelungssystems dargestellt, in dem u1(t)…um(t) — Steuerungsaktionen (Steuerungsvektor), y1(t)…yp(t) — geregelte Parameter des ASC (Ausgangsvektor).

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Abb. 1.2.2 — Schematische Darstellung eines mehrdimensionalen Regelungssystems

Betrachten wir die Struktur des ASC näher, dargestellt in den Variablen 'Eingang-Ausgang' und mit einem Eingang (Eingangs- oder Vorgabesteuerungsaktion) und einem Ausgang (Ausgangsaktion oder geregelte (oder regulierte) Variable).

Angenommen, das strukturelle Schema eines solchen ASC besteht aus einer bestimmten Anzahl von Elementen (Gliedern). Durch Gruppierung der Glieder nach funktionalem Prinzip (was die Glieder tun), kann das strukturelle Schema des ASC in folgende typische Form gebracht werden:

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Abb. 1.2.3 — Strukturschema eines automatisierten Regelsystems

Das Symbol ε(t) oder die Variable ε(t) bezeichnet die Abweichung (Fehler) am Ausgang des Vergleichsgeräts, das sowohl im Modus einfacher vergleichender arithmetischer Operationen (meistens Subtraktion, seltener Addition) als auch in komplexeren Vergleichsoperationen (Prozeduren) 'arbeiten' kann.

Da das y1(t) = y(t)*k1

k1 — Verstärkungsfaktor, also ==>
ε(t) = x(t) — y1(t) = x(t) — k1*y(t)

Die Aufgabe des Regelungssystems besteht darin (wenn es stabil ist), 'zu arbeiten', um die Abweichung (den Fehler) zu beseitigen ε(t), d.h. ==> ε(t) → 0.

Es ist zu beachten, dass auf das Managementsystem sowohl externe Einflüsse (steuernd, störend, Interferenzen) als auch interne Störungen wirken. Störungen unterscheiden sich von Einflüssen durch die Stochastizität (Zufälligkeit) ihres Bestehens, während Einflüsse fast immer deterministisch sind.

Um den steuernden (einflussnehmenden) zu kennzeichnen, verwenden wir entweder x(t), oder u(t).

1.3. Grundsätze der Regelungstechnik

Wenn wir zum letzten Bild zurückkehren (das Strukturdiagramm der Regelungsanlage in Abb. 1.2.3), ist es notwendig, die Rolle zu „entschlüsseln“, die das verstärkende und umwandelnde Gerät spielt (welche Funktionen es erfüllt).

Wenn das verstärkende und umwandelnde Gerät (VPU) nur die Verstärkung (oder Dämpfung) des Fehlersignals ε(t) vornimmt, nämlich: Einführung in die Theorie der automatischen Regelung. Grundbegriffe der Regelungstheorie für technische Systeme

Einführung in die Theorie der automatischen Regelung. Grundbegriffe der Regelungstheorie für technische Systeme– der Proportionalitätsfaktor (im speziellen Fall Einführung in die Theorie der automatischen Regelung. Grundbegriffe der Regelungstheorie für technische Systeme = Const), dann wird dieser Betriebsmodus der geschlossenen Regelungsanlage als proportionaler Regelungsmodus (P-Regelung) bezeichnet.

Wenn das VPU das Ausgangssignal ε1(t) bildet, das proportional zum Fehler ε(t) und dem Integral von ε(t) ist, d.h. Einführung in die Theorie der automatischen Regelung. Grundbegriffe der Regelungstheorie für technische Systeme, dann wird dieser Regelungsmodus als proportional-integrativen (PI-Regelung) bezeichnet. ==> Einführung in die Theorie der automatischen Regelung. Grundbegriffe der Regelungstheorie für technische Systeme

b – der Proportionalitätsfaktor (im speziellen Fall b = Const).

Normalerweise wird die PI-Regelung verwendet, um die Genauigkeit der Kontrolle (Regelung) zu erhöhen.

Wenn das VPU ein Ausgangssignal ε1(t) bildet, das proportional zum Fehler ε(t) und seiner Ableitung ist, wird dieser Modus als proportional-differenzierenden (PD-Regelung) bezeichnet: ==> Einführung in die Theorie der automatischen Regelung. Grundbegriffe der Regelungstheorie für technische Systeme

Normalerweise erhöht die Verwendung der PD-Regelung die Reaktionsgeschwindigkeit der Regelungsanlage.

Wenn das VPU ein Ausgangssignal ε1(t) bildet, das proportional zum Fehler ε(t), seiner Ableitung und dem Integral des Fehlers ==> Einführung in die Theorie der automatischen Regelung. Grundbegriffe der Regelungstheorie für technische Systeme, dann wird dieser Regelungsmodus als proportional-integral-differenzierenden Regelungsmodus (PID-Regelung) bezeichnet.

Die PID-Regelung ermöglicht in der Regel eine „gute“ Regelgenauigkeit bei „guter“ Reaktionsgeschwindigkeit.

1.4. Klassifikation der automatischen Steuerungssysteme

1.4.1. Klassifikation nach Art der mathematischen Beschreibung

Nach der Art der mathematischen Beschreibung (Gleichungen der Dynamik und Statik) werden automatische Steuerungssysteme (ASS) in lineare und nichtlineare Systeme (ASS oder ASP) unterteilt.

Jede „Unterklasse“ (linear und nichtlinear) unterteilt sich in eine Reihe weiterer „Unterklassen“. Beispielsweise unterscheiden sich lineare Regelungsanlagen (RA) hinsichtlich der Art der mathematischen Beschreibung.
Da im aktuellen Semester die dynamischen Eigenschaften nur linearer Systeme der automatischen Steuerung (Regelung) behandelt werden, geben wir nachfolgend eine Klassifikation nach der Art der mathematischen Beschreibung für lineare Regelungsanlagen (RA) an:

1) Lineare Systeme der automatischen Steuerung, die in den Variablen „Eingang-Ausgang“ durch gewöhnliche Differentialgleichungen (ODG) mit konstanten Koeffizienten beschrieben werden:

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wo x(t) – Eingangsgröße; y(t) – Ausgangsgröße (geregelte Größe).

Verwendet man die operatorische („kompakte“) Schreibweise der linearen ODG, so kann die Gleichung (1.4.1) in folgender Form dargestellt werden:

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wo, p = d/dt — Differenzierungsoperator; L(p), N(p) — entsprechende lineare Differentialoperatoren, die gleich sind:

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2) Lineare Systeme der automatischen Steuerung, die durch lineare gewöhnliche Differentialgleichungen (ODG) mit variablen (in der Zeit) Koeffizienten beschrieben werden:

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Im Allgemeinen können solche Systeme auch der Klasse der nichtlinearen Regelungsanlagen (RA) zugeordnet werden.

3) Lineare Systeme der automatischen Steuerung, die durch lineare Differenzgleichungen beschrieben werden:

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wo f(…) – lineare Funktion der Argumente; k = 1, 2, 3… — ganze Zahlen; Δt – Quantisierungsintervall (Diskretisierungsintervall).

Die Gleichung (1.4.4) kann in „kompakter“ Schreibweise dargestellt werden:

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In der Regel wird eine solche Beschreibung linearer Regelungsanlagen (RA) in digitalen Steuerungssystemen (unter Verwendung von Computern) verwendet.

4) Lineare Systeme der automatischen Steuerung mit Verzögerung:

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wo L(p), N(p) — lineare Differentialoperatoren; τ — Verzögerungszeit oder Verzögerungskonstante.

Wenn die Operatoren L(p) und N(p) degenerieren (L(p) = 1; N(p) = 1), dann entspricht die Gleichung (1.4.6) der mathematischen Beschreibung der Dynamik eines idealen Verzögerungsgliedes:

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Die grafische Darstellung seiner Eigenschaften ist in Abb. 1.4.1 dargestellt.

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Abb. 1.4.1 — Grafiken für Eingang und Ausgang eines idealen Verzögerungsgliedes.

5) Lineare Systeme der automatischen Steuerung, die durch lineare Differentialgleichungen in partiellen Ableitungen. Oft werden solche Regelungsanlagen als verteilte Steuerungssysteme bezeichnet. ==> „Abstraktes“ Beispiel einer solchen Beschreibung:

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Das Gleichungssystem (1.4.7) beschreibt die Dynamik eines linear verteilten automatisierten Regelungssystems, d.h. die geregelte Größe hängt nicht nur von der Zeit, sondern auch von einer räumlichen Koordinate ab.
Wenn das Regelungssystem ein «räumliches» Objekt darstellt, dann ==>

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wo Einführung in die Theorie der automatischen Regelung. Grundbegriffe der Regelungstheorie für technische Systeme hängt es von der Zeit und den räumlichen Koordinaten ab, die durch den Positionsvektor definiert sind. Einführung in die Theorie der automatischen Regelung. Grundbegriffe der Regelungstheorie für technische Systeme

6) Automatisierte Regelungssysteme, die beschrieben werden durch Systeme gewöhnliche Differenzialgleichungen oder Systeme von Differenzengleichungen oder Systeme von partiellen Differentialgleichungen ==>, und so weiter ...

Eine ähnliche Klassifikation kann auch für nichtlineare Regelungssysteme (NRS) vorgeschlagen werden …

Für lineare Systeme gelten folgende Anforderungen:

  • Linearität der statischen Eigenschaften des Regelungssystems;
  • Linearität der Dynamikgleichung, d.h. die Variablen treten nur in linearer Kombination in die Dynamikgleichung ein.

Die statische Eigenschaft ist die Abhängigkeit des Ausgangs von der Größe des Eingangseinflusses im stationären Modus (wenn alle Übergangsprozesse abgeklungen sind).

Für Systeme, die durch lineare gewöhnliche Differentialgleichungen mit konstanten Koeffizienten beschrieben werden, ergibt sich die statische Eigenschaft aus der Dynamikgleichung (1.4.1), indem alle nichtstationären Terme auf Null gesetzt werden ==>

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In Abb. 1.4.2 sind Beispiele für lineare und nichtlineare statische Eigenschaften von automatisierten Regelungssystemen dargestellt.

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Abb. 1.4.2 — Beispiele für statische lineare und nichtlineare Eigenschaften

Die Nichtlinearität der Terme, die Ableitungen nach der Zeit in den Dynamikgleichungen enthalten, kann durch die Verwendung nichtlinearer mathematischer Operationen (*, /, Einführung in die Theorie der automatischen Regelung. Grundbegriffe der Regelungstheorie für technische Systeme, Einführung in die Theorie der automatischen Regelung. Grundbegriffe der Regelungstheorie für technische Systeme, sin, ln usw.) entstehen. Zum Beispiel, betrachten wir die Dynamikgleichung eines bestimmten «abstrakten» Regelungssystems

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stellen wir fest, dass in dieser Gleichung bei linearer statischer Eigenschaft Einführung in die Theorie der automatischen Regelung. Grundbegriffe der Regelungstheorie für technische Systeme die zweiten und dritten Summanden (dynamische Terme) auf der linken Seite der Gleichung — nichtlineare, daher ist das durch eine solche Gleichung beschriebene Regelungssystem nichtlinear im dynamischen Bereich..

1.4.2. Klassifikation nach der Art der übertragenden Signale

Nach der Art der übertragenden Signale werden automatisierte Regelungssysteme (oder Regulierungssysteme) unterteilt in:

  • kontinuierliche Systeme (Systeme kontinuierlicher Wirkung);
  • Relaisysteme (Systeme relaisierter Wirkung);
  • diskrete Systeme (Impuls- und digitale Systeme).

Das System kontinuierlicher Die Handlung wird als solches Steuerungssystem bezeichnet, in dem jedes Element stetigem Änderung des Eingangssignals über die Zeit entspricht einer kontinuierlichen Änderung des Ausgangssignals, wobei das Gesetz der Änderung des Ausgangssignals beliebig sein kann. Damit das Steuerungssystem kontinuierlich ist, müssen die statischen Eigenschaften aller Elemente kontinuierlich sein.

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Abb. 1.4.3 — Beispiel für ein kontinuierliches System

Das System relativer Handel wird als Steuerungssystem bezeichnet, in dem zumindest in einem der Elemente bei kontinuierlicher Änderung der Eingangsgröße die Ausgangsgröße zu bestimmten Zeitpunkten des Steuerungsprozesses sprunghaft in Abhängigkeit von der Eingangsgröße ändert. Die statische Eigenschaft eines solchen Elements hat Sprungstellen oder Brüche mit einem Knick.

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Abb. 1.4.4 — Beispiele für die statischen Eigenschaften von Relais

Das System diskreter Handel wird als System bezeichnet, in dem zumindest in einem der Elemente bei kontinuierlicher Änderung der Eingangsgröße die Ausgangsgröße die Form einzelner Impulse, die nach einem bestimmten Zeitraum erscheinen.

Ein Element, das ein kontinuierliches Signal in ein diskretes Signal umwandelt, wird als Impulswandler bezeichnet. Diese Art von übertragenen Signalen tritt in Steuerungssystemen mit Computern oder Controllern auf.

Am häufigsten werden folgende Methoden (Algorithmen) zur Umwandlung des kontinuierlichen Eingangssignals in ein Impulsausgangssignal realisiert:

  • Amplituden-Impuls-Modulation (AIM);
  • Breiten-Impuls-Modulation (BIM).

In Abb. 1.4.5 ist eine grafische Darstellung des Algorithmus der Amplituden-Impuls-Modulation (AIM) dargestellt. Im oberen Teil der Abb. ist die zeitliche Abhängigkeit x(t) — des Signals am Eingang zum Impulselement. Das Ausgangssignal des Impulsmoduls (Elements) y(t) ist eine Sequenz von rechteckigen Impulsen, die mit konstant einem Quantisierungsintervall Δt erscheinen (siehe untere Teil der Abb.). Die Dauer der Impulse ist gleich und beträgt Δ. Die Amplitude des Impulses am Ausgang des Moduls ist proportional zur entsprechenden Größe des kontinuierlichen Signals x(t) am Eingang dieses Moduls.

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Abb. 1.4.5 — Umsetzung der Amplituden-Impuls-Modulation

Dieses Verfahren der Impulsmodulation war in der elektronischen Mess- und Steuertechnik von Steuer- und Schutzeinrichtungen (SUC) von Kernkraftwerken (KKW) in den 70er und 80er Jahren des letzten Jahrhunderts weit verbreitet.

In Abb. 1.4.6 ist eine grafische Darstellung des Algorithmus der Pulsbreitenmodulation (PWM) zu sehen. Im oberen Teil von Abb. 1.14 ist die zeitliche Abhängigkeit x(t) – des Signals am Eingang des Impulsmoduls dargestellt. Das Ausgangssignal des Impulsmoduls y(t) – eine Sequenz von Rechteckimpulsen, die mit einer konstanten Quantisierungsperiode erscheinen Δt (siehe unteren Teil von Abb. 1.14). Die Amplitude aller Impulse ist gleich. Die Dauer des Impulses Δt am Ausgang des Moduls ist proportional zur entsprechenden Größe des kontinuierlichen Signals x(t) am Eingang des Impulsmoduls.

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Abb. 1.4.6 — Implementierung der Pulsbreitenmodulation

Diese Methode der Impulsmodulation ist derzeit die am häufigsten verwendete in elektronischen Messgeräten von Steuerungs- und Schutzsystemen (SUS) von Kernkraftwerken (NPP) und automatisierten Systemen anderer technischer Systeme.

Abschließend zu diesem Abschnitt ist zu bemerken, dass, wenn die charakteristischen Zeitkonstanten in anderen Modulen des automatisierten Systems (SAS) deutlich größer sind Δt (um Größenordnungen), dann kann das Impulsmodul als ein kontinuierliches automatisches Steuerungssystem betrachtet werden (bei Verwendung sowohl von PWM als auch von PDM).

1.4.3. Klassifikation nach Art der Steuerung

Nach der Art der Steuerungsprozesse werden automatische Steuersysteme in folgende Typen unterteilt:

  • deterministische AS, in denen das Eingangssignal eindeutig dem Ausgangssignal (und umgekehrt) zugeordnet werden kann;
  • stochastische AS (statistische, probabilistische), in denen auf ein bestimmtes Eingangssignal das AS "antwortet" mit einem zufälligen (stochastischen) Ausgangssignal.

Das Ausgangssignal einer stochastischen Signalquelle ist gekennzeichnet durch:

  • Verteilungsgesetz;
  • Erwartungswert (Mittelwert);
  • Varianz (Standardabweichung).

Stochastische Eigenschaften des Steuerungsprozesses sind normalerweise in deutlich nichtlinearen SAS sowohl aus der Sicht der statischen Merkmale als auch in Bezug auf (auch in größerem Maße) die Nichtlinearität der dynamischen Mitglieder in den Dynamikgleichungen zu beobachten.

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Abb. 1.4.7 — Verteilung der Ausgangsgröße eines stochastischen AS

Neben den erwähnten Hauptarten der Klassifizierung von Steuerungssystemen gibt es auch andere Klassifizierungen. Zum Beispiel kann die Klassifizierung nach dem Steuerungsverfahren erfolgen und auf der Wechselwirkung mit der Außenwelt sowie der Fähigkeit des automatischen Steuerungssystems zur Anpassung an Änderungen der Umgebungsparameter basieren. Die Systeme werden in zwei große Klassen unterteilt:

1) Gewöhnliche (nicht selbstoptimierende) Steuerungssysteme ohne Anpassung; diese Systeme gehören zur Kategorie der einfachen Systeme, die ihre Struktur im Steuerungsprozess nicht verändern. Sie sind am weitesten entwickelt und werden häufig eingesetzt. Gewöhnliche Steuerungssysteme lassen sich in drei Unterklassen unterteilen: offene, geschlossene und kombinierte Steuerungssysteme.

2) Selbstoptimierende (adaptive) Steuerungssysteme. In diesen Systemen erfolgt bei Veränderungen der äußeren Bedingungen oder der Eigenschaften des Regelungsobjekts eine automatische (nicht im Voraus festgelegte) Änderung der Parameter des Steuersystems durch Anpassung der Koeffizienten des Steuerungssystems, der Struktur des Steuerungssystems oder sogar durch die Einführung neuer Elemente.

Ein weiteres Beispiel für die Klassifizierung: nach hierarchischen Merkmalen (ein Ebenen, zwei Ebenen, mehrere Ebenen).

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Quelle: habr.com

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