Δημοσιεύω το πρώτο κεφάλαιο διαλέξεων για τη θεωρία του αυτόματου ελέγχου, μετά από το οποίο η ζωή σας δεν θα είναι ποτέ η ίδια.

Διαλέξεις για το μάθημα «Διαχείριση Τεχνικών Συστημάτων» δίνονται από τον Oleg Stepanovich Kozlov στο Τμήμα «Πυρηνικών αντιδραστήρων και σταθμών παραγωγής ενέργειας», Σχολή «Ηλεκτρομηχανολόγων Μηχανικών» του MSTU. Ν.Ε. Μπάουμαν. Για το οποίο του είμαι πολύ ευγνώμων.

Αυτές οι διαλέξεις μόλις ετοιμάζονται για δημοσίευση σε μορφή βιβλίου, και δεδομένου ότι υπάρχουν ειδικοί της TAU, φοιτητές και όσοι απλώς ενδιαφέρονται για το θέμα, κάθε κριτική είναι ευπρόσδεκτη.

1. Βασικές έννοιες της θεωρίας ελέγχου τεχνικών συστημάτων

1.1. Στόχοι, αρχές διαχείρισης, είδη συστημάτων διαχείρισης, βασικοί ορισμοί, παραδείγματα

Η ανάπτυξη και βελτίωση της βιομηχανικής παραγωγής (ενέργεια, μεταφορές, μηχανολογία, διαστημική τεχνολογία κ.λπ.) απαιτεί συνεχή αύξηση της παραγωγικότητας μηχανών και μονάδων, βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων, μείωση του κόστους και, ιδιαίτερα στην πυρηνική ενέργεια, απότομη αύξηση της ασφάλεια (πυρηνική, ακτινοβολία κ.λπ.) .δ.) λειτουργία πυρηνικών σταθμών και πυρηνικών εγκαταστάσεων.

Η υλοποίηση των τεθέντων στόχων είναι αδύνατη χωρίς την εισαγωγή σύγχρονων συστημάτων ελέγχου, συμπεριλαμβανομένων τόσο των αυτοματοποιημένων (με τη συμμετοχή ανθρώπινου χειριστή) όσο και των αυτόματων (χωρίς τη συμμετοχή ανθρώπινου χειριστή) συστημάτων ελέγχου (CS).

Ορισμός: Η διαχείριση είναι μια οργάνωση μιας συγκεκριμένης τεχνολογικής διαδικασίας που διασφαλίζει την επίτευξη ενός καθορισμένου στόχου.

Θεωρία ελέγχου είναι κλάδος της σύγχρονης επιστήμης και τεχνολογίας. Βασίζεται (βασίζεται) τόσο σε θεμελιώδεις (γενικά επιστημονικούς) κλάδους (για παράδειγμα, μαθηματικά, φυσική, χημεία κ.λπ.) όσο και σε εφαρμοσμένους κλάδους (ηλεκτρονική, τεχνολογία μικροεπεξεργαστών, προγραμματισμός κ.λπ.).

Οποιαδήποτε διαδικασία ελέγχου (αυτόματο) αποτελείται από τα ακόλουθα κύρια στάδια (στοιχεία):

• λήψη πληροφοριών σχετικά με την εργασία ελέγχου·
• λήψη πληροφοριών σχετικά με το αποτέλεσμα της διαχείρισης·
• ανάλυση των ληφθέντων πληροφοριών·
• υλοποίηση της απόφασης (επίπτωση στο αντικείμενο ελέγχου).

Για την υλοποίηση της Διαδικασίας Διαχείρισης, το σύστημα διαχείρισης (CS) πρέπει να διαθέτει:

• πηγές πληροφοριών σχετικά με το έργο διαχείρισης·
• πηγές πληροφοριών σχετικά με τα αποτελέσματα ελέγχου (διάφοροι αισθητήρες, συσκευές μέτρησης, ανιχνευτές κ.λπ.)·
• συσκευές για την ανάλυση των ληφθέντων πληροφοριών και την ανάπτυξη λύσεων·
• ενεργοποιητές που ενεργούν στο Αντικείμενο Ελέγχου, που περιέχουν: ρυθμιστή, κινητήρες, συσκευές μετατροπής ενίσχυσης κ.λπ.

Ορισμός: Εάν το σύστημα ελέγχου (CS) περιέχει όλα τα παραπάνω μέρη, τότε είναι κλειστό.

Ορισμός: Ο έλεγχος ενός τεχνικού αντικειμένου χρησιμοποιώντας πληροφορίες σχετικά με τα αποτελέσματα ελέγχου ονομάζεται αρχή ανάδρασης.

Σχηματικά, ένα τέτοιο σύστημα ελέγχου μπορεί να αναπαρασταθεί ως:

Ρύζι. 1.1.1 — Δομή του συστήματος ελέγχου (MS)

Εάν το σύστημα ελέγχου (CS) έχει ένα μπλοκ διάγραμμα, η μορφή του οποίου αντιστοιχεί στο Σχ. 1.1.1, και λειτουργεί (λειτουργεί) χωρίς ανθρώπινη συμμετοχή (χειριστή), τότε καλείται σύστημα αυτόματου ελέγχου (ACS).

Εάν το σύστημα ελέγχου λειτουργεί με τη συμμετοχή ενός ατόμου (χειριστή), τότε καλείται αυτοματοποιημένο σύστημα ελέγχου.

Εάν ο έλεγχος παρέχει έναν δεδομένο νόμο αλλαγής ενός αντικειμένου στο χρόνο, ανεξάρτητα από τα αποτελέσματα του ελέγχου, τότε αυτός ο έλεγχος εκτελείται σε ανοιχτό βρόχο και το ίδιο το στοιχείο ελέγχου ονομάζεται ελεγχόμενο πρόγραμμα.

Τα συστήματα ανοιχτού βρόχου περιλαμβάνουν βιομηχανικές μηχανές (μεταφορικές γραμμές, περιστροφικές γραμμές κ.λπ.), μηχανές αριθμητικού ελέγχου υπολογιστών (CNC): βλέπε παράδειγμα στο Σχ. 1.1.2.

Εικ.1.1.2 - Παράδειγμα ελέγχου προγράμματος

Η κύρια συσκευή μπορεί να είναι, για παράδειγμα, ένα "αντιγραφικό".

Εφόσον σε αυτό το παράδειγμα δεν υπάρχουν αισθητήρες (μετρητές) που να παρακολουθούν το εξάρτημα που κατασκευάζεται, εάν, για παράδειγμα, ο κόφτης τοποθετήθηκε λανθασμένα ή έσπασε, τότε ο στόχος (παραγωγή του εξαρτήματος) δεν μπορεί να επιτευχθεί (πραγματοποιηθεί). Τυπικά, σε συστήματα αυτού του τύπου απαιτείται έλεγχος εξόδου, ο οποίος θα καταγράφει μόνο την απόκλιση των διαστάσεων και του σχήματος του εξαρτήματος από το επιθυμητό.

Τα συστήματα αυτόματου ελέγχου χωρίζονται σε 3 τύπους:

• συστήματα αυτόματου ελέγχου (ACS).
• συστήματα αυτόματου ελέγχου (ACS).
• συστήματα παρακολούθησης (SS).

Το SAR και το SS είναι υποσύνολα του SPG ==> .

Ορισμός: Ένα αυτόματο σύστημα ελέγχου που διασφαλίζει τη σταθερότητα οποιουδήποτε φυσικού μεγέθους (ομάδας ποσοτήτων) στο αντικείμενο ελέγχου ονομάζεται αυτόματο σύστημα ελέγχου (ACS).

Τα συστήματα αυτόματου ελέγχου (ACS) είναι ο πιο κοινός τύπος συστημάτων αυτόματου ελέγχου.

Ο πρώτος αυτόματος ρυθμιστής στον κόσμο (18ος αιώνας) είναι ο ρυθμιστής Watt. Αυτό το σχήμα (βλ. Εικ. 1.1.3) εφαρμόστηκε από τον Watt στην Αγγλία για να διατηρήσει μια σταθερή ταχύτητα περιστροφής του τροχού μιας ατμομηχανής και, κατά συνέπεια, για να διατηρήσει μια σταθερή ταχύτητα περιστροφής (κίνηση) της τροχαλίας μετάδοσης (ιμάντας ).

Σε αυτό το σχήμα ευαίσθητα στοιχεία (οι αισθητήρες μέτρησης) είναι «βαρίδια» (σφαίρες). Τα «βαρίδια» (σφαίρες) «αναγκάζουν» επίσης τον βραχίονα στροφέα και μετά τη βαλβίδα να κινηθεί. Επομένως, αυτό το σύστημα μπορεί να ταξινομηθεί ως σύστημα άμεσου ελέγχου και ο ρυθμιστής μπορεί να ταξινομηθεί ως ρυθμιστή άμεσης δράσης, καθώς εκτελεί ταυτόχρονα τις λειτουργίες τόσο ενός "μετρητή" και ενός "ρυθμιστή".

Σε ρυθμιστικές αρχές άμεσης δράσης πρόσθετη πηγή δεν απαιτείται ενέργεια για την κίνηση του ρυθμιστή.

Ρύζι. 1.1.3 — Αυτόματο κύκλωμα ρυθμιστή Watt

Τα συστήματα έμμεσου ελέγχου απαιτούν την παρουσία (παρουσία) ενός ενισχυτή (για παράδειγμα, ισχύος), ενός πρόσθετου ενεργοποιητή που περιέχει, για παράδειγμα, έναν ηλεκτρικό κινητήρα, σερβοκινητήρα, υδραυλική κίνηση κ.λπ.

Ένα παράδειγμα συστήματος αυτόματου ελέγχου (σύστημα αυτόματου ελέγχου), με την πλήρη έννοια αυτού του ορισμού, είναι ένα σύστημα ελέγχου που εξασφαλίζει την εκτόξευση ενός πυραύλου σε τροχιά, όπου η ελεγχόμενη μεταβλητή μπορεί να είναι, για παράδειγμα, η γωνία μεταξύ του πυραύλου άξονα και η κάθετη προς τη Γη ==> βλέπε Εικ. 1.1.4.α και σχ. 1.1.4.β

Ρύζι. 1.1.4(α)

Ρύζι. 1.1.4 (β)

1.2. Δομή συστημάτων ελέγχου: απλά και πολυδιάστατα συστήματα

Στη θεωρία της Τεχνικής Διαχείρισης Συστημάτων, κάθε σύστημα συνήθως χωρίζεται σε ένα σύνολο συνδέσμων που συνδέονται σε δομές δικτύου. Στην απλούστερη περίπτωση, το σύστημα περιέχει έναν σύνδεσμο, η είσοδος του οποίου παρέχεται με μια ενέργεια εισόδου (είσοδος) και η απόκριση του συστήματος (έξοδος) λαμβάνεται στην είσοδο.

Στη θεωρία της Τεχνικής Διαχείρισης Συστημάτων, χρησιμοποιούνται 2 κύριοι τρόποι αναπαράστασης των συνδέσμων συστημάτων ελέγχου:

— σε μεταβλητές «εισόδου-εξόδου».

— σε μεταβλητές κατάστασης (για περισσότερες λεπτομέρειες, βλ. ενότητες 6...7).

Η αναπαράσταση σε μεταβλητές εισόδου-εξόδου χρησιμοποιείται συνήθως για να περιγράψει σχετικά απλά συστήματα που έχουν μία «είσοδο» (μία ενέργεια ελέγχου) και μία «έξοδο» (μία ελεγχόμενη μεταβλητή, βλέπε Εικόνα 1.2.1).

Ρύζι. 1.2.1 – Σχηματική αναπαράσταση απλού συστήματος ελέγχου

Συνήθως, αυτή η περιγραφή χρησιμοποιείται για τεχνικά απλά συστήματα αυτόματου ελέγχου (αυτόματα συστήματα ελέγχου).

Πρόσφατα, η αναπαράσταση σε μεταβλητές κατάστασης έχει γίνει ευρέως διαδεδομένη, ειδικά για τεχνικά πολύπλοκα συστήματα, συμπεριλαμβανομένων των πολυδιάστατων αυτόματων συστημάτων ελέγχου. Στο Σχ. Το 1.2.2 δείχνει μια σχηματική αναπαράσταση ενός πολυδιάστατου αυτόματου συστήματος ελέγχου, όπου u1(t)…um(t) — ενέργειες ελέγχου (διάνυσμα ελέγχου), y1(t)…yp(t) — ρυθμιζόμενες παράμετροι του ACS (διάνυσμα εξόδου).

Ρύζι. 1.2.2 — Σχηματική αναπαράσταση ενός πολυδιάστατου συστήματος ελέγχου

Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα τη δομή του ACS, που αντιπροσωπεύεται στις μεταβλητές «εισόδου-εξόδου» και έχει μία είσοδο (είσοδος ή κύρια, ή ενέργεια ελέγχου) και μία έξοδο (ενέργεια εξόδου ή ελεγχόμενη (ή ρυθμιζόμενη) μεταβλητή).

Ας υποθέσουμε ότι το μπλοκ διάγραμμα ενός τέτοιου ACS αποτελείται από έναν ορισμένο αριθμό στοιχείων (δεσμούς). Ομαδοποιώντας τους συνδέσμους σύμφωνα με τη λειτουργική αρχή (τι κάνουν οι σύνδεσμοι), το δομικό διάγραμμα του ACS μπορεί να μειωθεί στην ακόλουθη τυπική μορφή:

Ρύζι. 1.2.3 — Μπλοκ διάγραμμα του συστήματος αυτόματου ελέγχου

Σύμβολο ε(t) ή μεταβλητή ε(t) υποδεικνύει την αναντιστοιχία (σφάλμα) στην έξοδο της συσκευής σύγκρισης, η οποία μπορεί να «λειτουργήσει» τόσο με απλές συγκριτικές αριθμητικές πράξεις (συχνότερα αφαίρεση, σπανιότερα πρόσθεση) όσο και σε πιο περίπλοκες συγκριτικές πράξεις (διαδικασίες).

Ως y1(t) = y(t)*k1Όπου k1 είναι το κέρδος, τότε ==>
ε(t) = x(t) - y1(t) = x(t) - k1*y(t)

Το καθήκον του συστήματος ελέγχου είναι (εάν είναι σταθερό) να «δουλέψει» για να εξαλείψει την αναντιστοιχία (σφάλμα) ε(t), δηλ. ==> ε(t) → 0.

Πρέπει να σημειωθεί ότι το σύστημα ελέγχου επηρεάζεται τόσο από εξωτερικές επιρροές (ελεγχόμενες, ενοχλητικές, παρεμβολές) όσο και από εσωτερικές παρεμβολές. Η παρεμβολή διαφέρει από την κρούση λόγω της στοχαστικότητας (τυχαιότητας) της ύπαρξής της, ενώ η επίδραση είναι σχεδόν πάντα ντετερμινιστική.

Για να ορίσουμε το στοιχείο ελέγχου (ενέργεια ρύθμισης) θα χρησιμοποιήσουμε είτε x (τ)Ή u(t).

1.3. Βασικοί νόμοι ελέγχου

Αν επιστρέψουμε στο τελευταίο σχήμα (το μπλοκ διάγραμμα του ACS στο Σχ. 1.2.3), τότε είναι απαραίτητο να «αποκρυπτογραφήσουμε» τον ρόλο που παίζει η συσκευή μετατροπής ενίσχυσης (τι λειτουργίες εκτελεί).

Εάν η συσκευή μετατροπής ενίσχυσης (ACD) ενισχύει (ή εξασθενεί) μόνο το σήμα ασυμφωνίας ε(t), συγκεκριμένα: Όπου – συντελεστής αναλογικότητας (στη συγκεκριμένη περίπτωση = Const), τότε ένας τέτοιος τρόπος ελέγχου ενός αυτόματου συστήματος ελέγχου κλειστού βρόχου ονομάζεται λειτουργία αναλογικός έλεγχος (P-control).

Εάν η μονάδα ελέγχου παράγει ένα σήμα εξόδου ε1(t), ανάλογο με το σφάλμα ε(t) και το ολοκλήρωμα του ε(t), π.χ. , τότε καλείται αυτή η λειτουργία ελέγχου αναλογικά-ολοκληρώνοντας (Έλεγχος PI). ==> Όπου b – συντελεστής αναλογικότητας (στη συγκεκριμένη περίπτωση β = Κωνστ).

Συνήθως, ο έλεγχος PI χρησιμοποιείται για τη βελτίωση της ακρίβειας ελέγχου (ρύθμισης).

Εάν η μονάδα ελέγχου παράγει ένα σήμα εξόδου ε1(t), ανάλογο με το σφάλμα ε(t) και την παράγωγό του, τότε αυτή η λειτουργία ονομάζεται αναλογικά διαφοροποιώντας (Έλεγχος PD): ==>

Συνήθως, η χρήση του ελέγχου PD αυξάνει την απόδοση του ACS

Εάν η μονάδα ελέγχου παράγει ένα σήμα εξόδου ε1(t), ανάλογο με το σφάλμα ε(t), την παράγωγό του και το ολοκλήρωμα του σφάλματος ==> , τότε καλείται αυτή η λειτουργία και μετά καλείται αυτή η λειτουργία ελέγχου λειτουργία ελέγχου αναλογικού-ολοκληρώματος-διαφοροποίησης (Έλεγχος PID).

Ο έλεγχος PID σας επιτρέπει συχνά να παρέχετε «καλή» ακρίβεια ελέγχου με «καλή» ταχύτητα

1.4. Ταξινόμηση συστημάτων αυτόματου ελέγχου

1.4.1. Ταξινόμηση ανά είδος μαθηματικής περιγραφής

Με βάση τον τύπο της μαθηματικής περιγραφής (εξισώσεις δυναμικής και στατικής), τα συστήματα αυτόματου ελέγχου (ACS) χωρίζονται σε γραμμικός и μη γραμμικό συστήματα (αυτοπροωθούμενα όπλα ή SAR).

Κάθε «υποκατηγορία» (γραμμική και μη γραμμική) χωρίζεται σε έναν αριθμό «υποκατηγοριών». Για παράδειγμα, τα γραμμικά αυτοκινούμενα όπλα (SAP) έχουν διαφορές στον τύπο της μαθηματικής περιγραφής.
Δεδομένου ότι αυτό το εξάμηνο θα εξετάσει τις δυναμικές ιδιότητες μόνο των συστημάτων γραμμικού αυτόματου ελέγχου (ρύθμισης), παρακάτω παρέχουμε μια ταξινόμηση σύμφωνα με τον τύπο της μαθηματικής περιγραφής για συστήματα γραμμικού αυτόματου ελέγχου (ACS):

1) Γραμμικά συστήματα αυτόματου ελέγχου που περιγράφονται στις μεταβλητές εισόδου-εξόδου με συνήθεις διαφορικές εξισώσεις (ODE) με μόνιμος συντελεστές:

όπου x (τ) – επιρροή εισόδου. ε (τ) – επιρροή εξόδου (ρυθμιζόμενη τιμή).

Εάν χρησιμοποιήσουμε τη μορφή τελεστή ("συμπαγής") για τη σύνταξη ενός γραμμικού ODE, τότε η εξίσωση (1.4.1) μπορεί να αναπαρασταθεί με την ακόλουθη μορφή:

Οπου, p = d/dt — φορέας διαφοροποίησης· L(p), N(p) είναι οι αντίστοιχοι γραμμικοί διαφορικοί τελεστές, οι οποίοι είναι ίσοι με:

2) Γραμμικά συστήματα αυτόματου ελέγχου που περιγράφονται με γραμμικές συνήθεις διαφορικές εξισώσεις (ODE) με μεταβλητές (σε χρόνο) συντελεστές:

Στη γενική περίπτωση, τέτοια συστήματα μπορούν να ταξινομηθούν ως μη γραμμικά συστήματα αυτόματου ελέγχου (NSA).

3) Γραμμικά συστήματα αυτόματου ελέγχου που περιγράφονται με εξισώσεις γραμμικής διαφοράς:

όπου φά(…) – γραμμική συνάρτηση ορισμάτων. k = 1, 2, 3… - ολόκληροι αριθμοί; Δt – διάστημα κβαντοποίησης (διάστημα δειγματοληψίας).

Η εξίσωση (1.4.4) μπορεί να αναπαρασταθεί με έναν "συμπαγή" συμβολισμό:

Συνήθως, αυτή η περιγραφή των συστημάτων γραμμικού αυτόματου ελέγχου (ACS) χρησιμοποιείται σε συστήματα ψηφιακού ελέγχου (με χρήση υπολογιστή).

4) Γραμμικά αυτόματα συστήματα ελέγχου με καθυστέρηση:

όπου L(p), N(p) — γραμμικοί διαφορικοί τελεστές· τ — χρόνος καθυστέρησης ή σταθερά καθυστέρησης.

Εάν οι χειριστές L(p) и N(p) εκφυλισμένος (L(p) = 1; N(p) = 1), τότε η εξίσωση (1.4.6) αντιστοιχεί στη μαθηματική περιγραφή της δυναμικής του συνδέσμου ιδανικής καθυστέρησης:

και μια γραφική απεικόνιση των ιδιοτήτων του φαίνεται στο Σχ. 1.4.1

Ρύζι. 1.4.1 — Γραφήματα εισόδου και εξόδου της ιδανικής σύνδεσης καθυστέρησης

5) Γραμμικά συστήματα αυτόματου ελέγχου που περιγράφονται με γραμμικές διαφορικές εξισώσεις στο μερικώς παράγωγα. Τέτοια αυτοκινούμενα όπλα ονομάζονται συχνά διανέμονται συστήματα ελέγχου. ==> Ένα "αφηρημένο" παράδειγμα μιας τέτοιας περιγραφής:

Το σύστημα εξισώσεων (1.4.7) περιγράφει τη δυναμική ενός γραμμικά κατανεμημένου συστήματος αυτόματου ελέγχου, δηλ. η ελεγχόμενη ποσότητα εξαρτάται όχι μόνο από το χρόνο, αλλά και από μία χωρική συντεταγμένη.
Εάν το σύστημα ελέγχου είναι ένα «χωρικό» αντικείμενο, τότε ==>

όπου εξαρτάται από το χρόνο και τις χωρικές συντεταγμένες που καθορίζονται από το διάνυσμα ακτίνας

6) Περιγραφόμενα αυτοκινούμενα όπλα συστήματα ODE, ή συστήματα εξισώσεων διαφοράς, ή συστήματα μερικών διαφορικών εξισώσεων ==> και ούτω καθεξής...

Μια παρόμοια ταξινόμηση μπορεί να προταθεί για μη γραμμικά συστήματα αυτόματου ελέγχου (SAP)…

Για γραμμικά συστήματα πληρούνται οι ακόλουθες απαιτήσεις:

• γραμμικότητα των στατικών χαρακτηριστικών του ACS.
• γραμμικότητα της δυναμικής εξίσωσης, δηλ. Οι μεταβλητές περιλαμβάνονται στην εξίσωση δυναμικής μόνο σε γραμμικό συνδυασμό.

Το στατικό χαρακτηριστικό είναι η εξάρτηση της εξόδου από το μέγεθος της επιρροής εισόδου σε σταθερή κατάσταση (όταν όλες οι μεταβατικές διεργασίες έχουν τελειώσει).

Για συστήματα που περιγράφονται με γραμμικές συνήθεις διαφορικές εξισώσεις με σταθερούς συντελεστές, το στατικό χαρακτηριστικό προκύπτει από τη δυναμική εξίσωση (1.4.1) θέτοντας όλους τους μη στάσιμους όρους σε μηδέν ==>

Το σχήμα 1.4.2 δείχνει παραδείγματα γραμμικών και μη γραμμικών στατικών χαρακτηριστικών συστημάτων αυτόματου ελέγχου (ρύθμισης).

Ρύζι. 1.4.2 - Παραδείγματα στατικών γραμμικών και μη γραμμικών χαρακτηριστικών

Η μη γραμμικότητα όρων που περιέχουν χρονικές παραγώγους σε δυναμικές εξισώσεις μπορεί να προκύψει όταν χρησιμοποιούνται μη γραμμικές μαθηματικές πράξεις (*, /, , , αμαρτία, ln, κ.λπ.). Για παράδειγμα, λαμβάνοντας υπόψη τη δυναμική εξίσωση κάποιου «αφηρημένου» αυτοκινούμενου όπλου

Σημειώστε ότι σε αυτή την εξίσωση, με ένα γραμμικό στατικό χαρακτηριστικό ο δεύτερος και ο τρίτος όρος (δυναμικοί όροι) στην αριστερή πλευρά της εξίσωσης είναι μη γραμμικό, επομένως το ACS που περιγράφεται από παρόμοια εξίσωση είναι μη γραμμικό σε δυναμικός σχέδιο.

1.4.2. Ταξινόμηση ανάλογα με τη φύση των εκπεμπόμενων σημάτων

Με βάση τη φύση των μεταδιδόμενων σημάτων, τα συστήματα αυτόματου ελέγχου (ή ρύθμισης) χωρίζονται σε:

• συνεχή συστήματα (συνεχή συστήματα).
• συστήματα αναμετάδοσης (συστήματα ενεργειών αναμετάδοσης)·
• συστήματα διακριτής δράσης (παλμική και ψηφιακή).

Σύστημα συνεχής Η ενέργεια ονομάζεται ένα τέτοιο ACS, σε κάθε έναν από τους συνδέσμους του οποίου συνεχής αλλαγή στο σήμα εισόδου με την πάροδο του χρόνου αντιστοιχεί σε συνεχές αλλαγή στο σήμα εξόδου, ενώ ο νόμος της αλλαγής στο σήμα εξόδου μπορεί να είναι αυθαίρετος. Για να είναι συνεχές το αυτοκινούμενο όπλο, είναι απαραίτητο τα στατικά χαρακτηριστικά όλων οι σύνδεσμοι ήταν συνεχείς.

Ρύζι. 1.4.3 - Παράδειγμα συνεχούς συστήματος

Σύστημα αναμετάδοση Η ενέργεια ονομάζεται αυτόματο σύστημα ελέγχου στο οποίο τουλάχιστον σε έναν σύνδεσμο, με συνεχή αλλαγή στην τιμή εισόδου, η τιμή εξόδου σε ορισμένες στιγμές της διαδικασίας ελέγχου αλλάζει "άλμα" ανάλογα με την τιμή του σήματος εισόδου. Το στατικό χαρακτηριστικό ενός τέτοιου συνδέσμου έχει ορια ΑΝΤΟΧΗΣ ή κάταγμα με ρήξη.

Ρύζι. 1.4.4 - Παραδείγματα στατικών χαρακτηριστικών ρελέ

Σύστημα διακεκριμένος δράση είναι ένα σύστημα στο οποίο τουλάχιστον σε έναν σύνδεσμο, με συνεχή αλλαγή στην ποσότητα εισόδου, η ποσότητα εξόδου έχει είδος ατομικών παρορμήσεων, που εμφανίζεται μετά από ορισμένο χρονικό διάστημα.

Ο σύνδεσμος που μετατρέπει ένα συνεχές σήμα σε ένα διακριτό σήμα ονομάζεται παλμική ζεύξη. Παρόμοιος τύπος μεταδιδόμενων σημάτων εμφανίζεται σε ένα αυτόματο σύστημα ελέγχου με υπολογιστή ή ελεγκτή.

Οι πιο συχνά εφαρμοσμένες μέθοδοι (αλγόριθμοι) για τη μετατροπή ενός σήματος συνεχούς εισόδου σε παλμικό σήμα εξόδου είναι:

• διαμόρφωση πλάτους παλμού (PAM);
• Διαμόρφωση πλάτους παλμού (PWM).

Στο Σχ. Το σχήμα 1.4.5 παρουσιάζει μια γραφική απεικόνιση του αλγόριθμου διαμόρφωσης πλάτους παλμού (PAM). Στην κορυφή του Σχ. παρουσιάζεται η χρονική εξάρτηση x (τ) - σήμα στην είσοδο στο τμήμα παρόρμησης. Σήμα εξόδου του μπλοκ παλμών (σύνδεσμος) ε (τ) – μια ακολουθία ορθογώνιων παλμών που εμφανίζονται με μόνιμος περίοδος κβαντισμού Δt (βλ. κάτω μέρος του σχήματος). Η διάρκεια των παλμών είναι ίδια και ίση με Δ. Το πλάτος παλμού στην έξοδο του μπλοκ είναι ανάλογο με την αντίστοιχη τιμή του συνεχούς σήματος x(t) στην είσοδο αυτού του μπλοκ.

Ρύζι. 1.4.5 — Εφαρμογή διαμόρφωσης πλάτους παλμού

Αυτή η μέθοδος διαμόρφωσης παλμών ήταν πολύ διαδεδομένη στον ηλεκτρονικό εξοπλισμό μέτρησης συστημάτων ελέγχου και προστασίας (CPS) πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής (NPP) τη δεκαετία του '70...80 του περασμένου αιώνα.

Στο Σχ. Το σχήμα 1.4.6 δείχνει μια γραφική απεικόνιση του αλγόριθμου διαμόρφωσης πλάτους παλμού (PWM). Στην κορυφή του Σχ. Το 1.14 δείχνει τη χρονική εξάρτηση x (τ) – σήμα στην είσοδο του παλμικού συνδέσμου. Σήμα εξόδου του μπλοκ παλμών (σύνδεσμος) ε (τ) – μια ακολουθία ορθογώνιων παλμών που εμφανίζονται με σταθερή περίοδο κβαντισμού Δt (βλ. κάτω μέρος της Εικ. 1.14). Το πλάτος όλων των παλμών είναι το ίδιο. Διάρκεια παλμού Δt στην έξοδο του μπλοκ είναι ανάλογη με την αντίστοιχη τιμή του συνεχούς σήματος x (τ) στην είσοδο του μπλοκ παλμών.

Ρύζι. 1.4.6 — Εφαρμογή διαμόρφωσης εύρους παλμού

Αυτή η μέθοδος διαμόρφωσης παλμού είναι σήμερα η πιο κοινή στον ηλεκτρονικό εξοπλισμό μέτρησης συστημάτων ελέγχου και προστασίας (CPS) πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής (NPP) και ACS άλλων τεχνικών συστημάτων.

Ολοκληρώνοντας αυτή την υποενότητα, θα πρέπει να σημειωθεί ότι εάν οι χαρακτηριστικές σταθερές χρόνου σε άλλους συνδέσμους των αυτοκινούμενων πυροβόλων (SAP) σημαντικά περισσότερο Δt (κατά τάξεις μεγέθους), μετά το σύστημα παλμών μπορεί να θεωρηθεί σύστημα συνεχούς αυτόματου ελέγχου (όταν χρησιμοποιείται τόσο AIM όσο και PWM).

1.4.3. Ταξινόμηση ανά φύση του ελέγχου

Με βάση τη φύση των διαδικασιών ελέγχου, τα συστήματα αυτόματου ελέγχου χωρίζονται στους ακόλουθους τύπους:

• ντετερμινιστικά συστήματα αυτόματου ελέγχου, στα οποία το σήμα εισόδου μπορεί να συσχετιστεί αναμφίβολα με το σήμα εξόδου (και αντίστροφα).
• στοχαστικό ACS (στατιστικό, πιθανολογικό), στο οποίο το ACS «απαντά» σε ένα δεδομένο σήμα εισόδου τυχαία (στοχαστικό) σήμα εξόδου.

Το στοχαστικό σήμα εξόδου χαρακτηρίζεται από:

• νόμος διανομής?
• μαθηματική προσδοκία (μέση τιμή).
• διασπορά (τυπική απόκλιση).

Η στοχαστική φύση της διαδικασίας ελέγχου συνήθως παρατηρείται σε ουσιαστικά μη γραμμικό ACS τόσο από την άποψη των στατικών χαρακτηριστικών, όσο και από την άποψη (ακόμη και σε μεγαλύτερο βαθμό) της μη γραμμικότητας των δυναμικών όρων στις δυναμικές εξισώσεις.

Ρύζι. 1.4.7 — Κατανομή της τιμής εξόδου ενός στοχαστικού συστήματος αυτόματου ελέγχου

Εκτός από τους παραπάνω βασικούς τύπους ταξινόμησης συστημάτων ελέγχου, υπάρχουν και άλλες ταξινομήσεις. Για παράδειγμα, η ταξινόμηση μπορεί να πραγματοποιηθεί σύμφωνα με τη μέθοδο ελέγχου και να βασίζεται στην αλληλεπίδραση με το εξωτερικό περιβάλλον και στην ικανότητα προσαρμογής του ACS στις αλλαγές των περιβαλλοντικών παραμέτρων. Τα συστήματα χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες:

1) Συνηθισμένα (μη αυτορυθμιζόμενα) συστήματα ελέγχου χωρίς προσαρμογή. Τα συστήματα αυτά ανήκουν στην κατηγορία των απλών που δεν αλλάζουν τη δομή τους κατά τη διαδικασία διαχείρισης. Είναι τα πιο ανεπτυγμένα και ευρέως χρησιμοποιούμενα. Τα συνηθισμένα συστήματα ελέγχου χωρίζονται σε τρεις υποκατηγορίες: συστήματα ελέγχου ανοικτού βρόχου, κλειστού βρόχου και συνδυασμένων συστημάτων ελέγχου.

2) Αυτορυθμιζόμενα (προσαρμοστικά) συστήματα ελέγχου. Σε αυτά τα συστήματα, όταν αλλάζουν εξωτερικές συνθήκες ή χαρακτηριστικά του ελεγχόμενου αντικειμένου, συμβαίνει μια αυτόματη (όχι προκαθορισμένη) αλλαγή στις παραμέτρους της συσκευής ελέγχου λόγω αλλαγών στους συντελεστές του συστήματος ελέγχου, στη δομή του συστήματος ελέγχου ή ακόμα και στην εισαγωγή νέων στοιχείων. .

Ένα άλλο παράδειγμα ταξινόμησης: σύμφωνα με ιεραρχική βάση (μονοεπίπεδο, δύο επίπεδα, πολυεπίπεδα).

Μόνο εγγεγραμμένοι χρήστες μπορούν να συμμετάσχουν στην έρευνα. Συνδεθείτε, Σας παρακαλούμε.

Να συνεχίσετε να δημοσιεύετε διαλέξεις για το UTS;

• 88,7%Ναι 118

• 7,5%Νο10

• 3,8%Δεν ξέρω 5

Ψήφισαν 133 χρήστες. 10 χρήστες απείχαν.

Πηγή: www.habr.com