Aku nerbitake bab pisanan saka ceramah ing teori kontrol otomatis, sawise kang urip ora bakal padha.

Kuliah babagan kursus "Manajemen Sistem Teknis" diwenehake dening Oleg Stepanovich Kozlov ing Departemen "Reaktor Nuklir lan Pembangkit Listrik", Fakultas "Teknik Mesin Daya" MSTU. N.E. Bauman. Kanggo sing aku matur nuwun banget marang dheweke.

Kuliah iki lagi disiapake kanggo publikasi ing wangun buku, lan amarga ana spesialis TAU, mahasiswa, lan sing mung kasengsem ing subyek, kritik apa wae ditampa.

1. Konsep dhasar teori kontrol sistem teknis

1.1. Tujuan, prinsip manajemen, jinis sistem manajemen, definisi dhasar, conto

Pangembangan lan perbaikan produksi industri (energi, transportasi, teknik mesin, teknologi ruang angkasa, lan liya-liyane) mbutuhake peningkatan produktivitas mesin lan unit sing terus-terusan, ningkatake kualitas produk, nyuda biaya lan, utamane ing energi nuklir, tambah akeh. safety (nuklir, radiation, etc.) .d.) operasi pembangkit listrik tenaga nuklir lan instalasi nuklir.

Implementasine gol sing disetel ora mungkin tanpa introduksi sistem kontrol modern, kalebu sistem kontrol otomatis (karo partisipasi operator manungsa) lan otomatis (tanpa partisipasi operator manungsa) (CS).

Definisi: Manajemen minangka organisasi saka proses teknologi tartamtu sing njamin prestasi sing ditemtokake.

Teori kontrol minangka cabang ilmu pengetahuan lan teknologi modern. Iki adhedhasar (adhedhasar) disiplin dhasar (ilmiah umum) (contone, matematika, fisika, kimia, lsp.) lan disiplin terapan (elektronik, teknologi mikroprosesor, pemrograman, lsp.).

Sembarang proses kontrol (otomatis) kalebu tahapan utama (unsur):

• entuk informasi babagan tugas kontrol;
• entuk informasi babagan asil manajemen;
• analisis informasi sing ditampa;
• implementasine saka kaputusan (dampak ing obyek kontrol).

Kanggo ngetrapake Proses Manajemen, sistem manajemen (CS) kudu duwe:

• sumber informasi babagan tugas manajemen;
• sumber informasi babagan asil kontrol (macem-macem sensor, piranti ukur, detektor, lsp);
• piranti kanggo nganalisa informasi sing ditampa lan ngembangake solusi;
• aktuator sing tumindak ing Obyek Kontrol, ngemot: regulator, motor, piranti pengubah amplifikasi, lsp.

Definisi: Yen sistem kontrol (CS) ngemot kabeh bagean ing ndhuwur, banjur ditutup.

Definisi: Kontrol obyek teknis nggunakake informasi babagan asil kontrol diarani prinsip umpan balik.

Secara skematis, sistem kontrol kasebut bisa dituduhake minangka:

Gabah. 1.1.1 - Struktur sistem kontrol (MS)

Yen sistem kontrol (CS) duwe diagram blok, wangun sing cocog karo Fig. 1.1.1, lan fungsi (karya) tanpa partisipasi manungsa (operator), banjur diarani sistem kontrol otomatis (ACS).

Yen sistem kontrol beroperasi kanthi partisipasi wong (operator), banjur diarani sistem kontrol otomatis.

Yen Kontrol menehi hukum tartamtu saka owah-owahan saka obyek ing wektu, preduli saka asil kontrol, banjur kontrol kuwi dileksanakake ing daur ulang mbukak, lan kontrol dhewe disebut. program kontrol.

Sistem open-loop kalebu mesin industri (garis conveyor, garis rotary, etc.), mesin kontrol numerik komputer (CNC): ndeleng conto ing Fig. 1.1.2.

Fig.1.1.2 - Conto kontrol program

Piranti master bisa, contone, "copier".

Amarga ing conto iki ora ana sensor (meter) sing ngawasi bagean sing diprodhuksi, yen, contone, pemotong dipasang kanthi ora bener utawa rusak, mula target sing disetel (produksi bagean) ora bisa digayuh (diwujudake). Biasane, ing sistem jinis iki, kontrol output dibutuhake, sing mung bakal ngrekam panyimpangan dimensi lan wangun bagean saka sing dikarepake.

Sistem kontrol otomatis dipérang dadi 3 jinis:

• sistem kontrol otomatis (ACS);
• sistem kontrol otomatis (ACS);
• sistem tracking (SS).

SAR lan SS minangka subset saka bedhil self-propelled ==> .

Definisi: Sistem kontrol otomatis sing njamin konsistensi jumlah fisik (klompok jumlah) ing obyek kontrol diarani sistem kontrol otomatis (ACS).

Sistem kontrol otomatis (ACS) minangka jinis sistem kontrol otomatis sing paling umum.

Regulator otomatis pisanan ing donya (abad kaping 18) yaiku regulator Watt. Skema iki (pirsani Fig. 1.1.3) dipun ginakaken dening Watt ing Inggris kanggo njaga kacepetan rotasi pancet setir mesin uap lan, patut, kanggo njaga kacepetan pancet rotasi (gerakan) saka katrol transmisi (sabuk). ).

Ing skema iki unsur sensitif (sensor pengukur) yaiku "bobot" (bola). "Bobot" (spheres) uga "meksa" lengen rocker lan banjur katup kanggo mindhah. Mulane, sistem iki bisa diklasifikasikaké minangka sistem kontrol langsung, lan regulator bisa diklasifikasikaké minangka regulator tumindak langsung, awit iku bebarengan nindakake fungsi saka loro "meter" lan "regulator".

Ing regulator tumindak langsung sumber tambahan ora perlu energi kanggo mindhah regulator.

Gabah. 1.1.3 - sirkuit pengatur otomatis Watt

Sistem kontrol ora langsung mbutuhake ngarsane (ana) amplifier (contone, daya), aktuator tambahan ngemot, contone, motor listrik, servomotor, hydraulic drive, etc.

Conto sistem kontrol otomatis (sistem kontrol otomatis), ing pangertèn lengkap definisi iki, iku sistem kontrol sing njamin peluncuran roket menyang orbit, ngendi variabel kontrol bisa, contone, amba antarane roket. sumbu lan normal menyang Bumi ==> deleng Fig. 1.1.4.a lan anjir. 1.1.4.b

Gabah. 1.1.4(a)

Gabah. 1.1.4 (b)

1.2. Struktur sistem kontrol: sistem prasaja lan multidimensi

Ing teori Manajemen Sistem Teknis, sistem apa wae biasane dipérang dadi sakumpulan pranala sing disambungake menyang struktur jaringan. Ing kasus sing paling gampang, sistem kasebut ngemot siji tautan, input sing diwenehake karo tumindak input (input), lan respon sistem (output) ditampa ing input.

Ing teori Manajemen Sistem Teknis, 2 cara utama kanggo makili pranala sistem kontrol digunakake:

- ing variabel "input-output";

- ing variabel negara (kanggo rincian liyane, ndeleng bagean 6...7).

Perwakilan ing variabel input-output biasane digunakake kanggo njlèntrèhaké sistem relatif prasaja sing duwe siji "input" (siji tumindak kontrol) lan siji "output" (siji variabel kontrol, ndeleng Figure 1.2.1).

Gabah. 1.2.1 - Perwakilan skematis saka sistem kontrol prasaja

Biasane, katrangan iki digunakake kanggo sistem kontrol otomatis sing prasaja teknis (sistem kontrol otomatis).

Bubar, perwakilan ing variabel negara wis nyebar, utamane kanggo sistem teknis sing rumit, kalebu sistem kontrol otomatis multidimensi. Ing Fig. 1.2.2 nuduhake perwakilan skematis saka sistem kontrol otomatis multidimensi, ngendi u1(t)…um(t) - tumindak kontrol (vektor kontrol), y1(t)…yp(t) - paramèter luwes saka ACS (vektor output).

Gabah. 1.2.2 - Perwakilan skematis saka sistem kontrol multidimensi

Ayo kita nimbang luwih rinci struktur ACS, dituduhake ing variabel "input-output" lan duwe siji input (input utawa master, utawa tumindak kontrol) lan siji output (tindakan output utawa kontrol (utawa luwes) variabel).

Ayo kita nganggep yen diagram pemblokiran saka ACS kasebut kasusun saka sawetara unsur (pranala). Kanthi nglompokake pranala miturut prinsip fungsional (apa sing ditindakake pranala), diagram struktural ACS bisa dikurangi dadi wangun khas ing ngisor iki:

Gabah. 1.2.3 - Diagram blok sistem kontrol otomatis

Simbol ε(t) utawa variabel ε(t) nuduhake mismatch (error) ing output saka piranti mbandingaken, kang bisa "operate" ing mode loro operasi aritmetika komparatif prasaja (paling asring subtraction, kurang asring tambahan) lan operasi komparatif luwih Komplek (prosedur).

Wiwit y1(t) = y(t)*k1ngendi k1 punika gain, banjur ==>
ε(t) = x(t) - y1(t) = x(t) - k1*y(t)

Tugas sistem kontrol yaiku (yen stabil) kanggo "bisa" kanggo ngilangi mismatch (kesalahan) ε(t), i.e. ==> ε(t) → 0.

Perlu dicathet yen sistem kontrol kena pengaruh eksternal (kontrol, gangguan, gangguan) lan interferensi internal. Interferensi beda-beda saka impact dening stochasticity (randomness) saka sawijining orane, nalika impact meh tansah deterministik.

Kanggo nemtokake kontrol (tindakan setelan) kita bakal nggunakake salah siji x(t), utawa u(t).

1.3. hukum dhasar kontrol

Yen kita bali menyang tokoh pungkasan (diagram blok ACS ing Fig. 1.2.3), iku perlu kanggo "decipher" peran diputer dening piranti amplifikasi-ngowahi (apa fungsi nindakake).

Yen piranti pengubah amplifikasi (ACD) mung nambah (utawa nyuda) sinyal sing ora cocog ε(t), yaiku: ngendi - koefisien proporsionalitas (ing kasus tartamtu = Const), banjur mode kontrol sistem kontrol otomatis loop tertutup diarani mode kontrol proporsional (P-kontrol).

Yen unit kontrol ngasilake sinyal output ε1(t), sebanding karo kesalahan ε(t) lan integral saka ε(t), i.e. , banjur mode kontrol iki disebut proporsional-integrasi (kontrol PI). ==> ngendi b - koefisien proporsionalitas (ing kasus tartamtu b = Kons).

Biasane, kontrol PI digunakake kanggo nambah akurasi kontrol (regulasi).

Yen unit kontrol ngasilake sinyal output ε1(t), sebanding karo kesalahan ε(t) lan turunane, banjur mode iki diarani proporsional diferensiasi (Kontrol PD): ==>

Biasane, panggunaan kontrol PD nambah kinerja ACS

Yen unit kontrol ngasilake sinyal output ε1(t), sebanding karo kesalahan ε(t), turunan, lan integral saka kesalahan ==> , banjur mode iki diarani banjur mode kontrol iki diarani mode kontrol proporsional-integral-diferensiasi (kontrol PID).

Kontrol PID asring ngidini sampeyan nyedhiyakake akurasi kontrol "apik" kanthi kacepetan "apik".

1.4. Klasifikasi sistem kontrol otomatis

1.4.1. Klasifikasi miturut jinis deskripsi matematika

Adhedhasar jinis deskripsi matematika (persamaan dinamika lan statika), sistem kontrol otomatis (ACS) dipérang dadi linier и nonlinier sistem (self-propelled gun utawa SAR).

Saben "subclass" (linear lan nonlinear) dipérang dadi sawetara "subclass". Contone, bedhil self-propelled linear (SAP) duwe beda ing jinis deskripsi matematika.
Wiwit semester iki bakal nimbang sifat dinamis mung sistem kontrol (regulasi) otomatis linier, ing ngisor iki kita nyedhiyakake klasifikasi miturut jinis deskripsi matematika kanggo sistem kontrol otomatis linier (ACS):

1) Sistem kontrol otomatis linear sing diterangake ing variabel input-output kanthi persamaan diferensial biasa (ODE) kanthi permanen koefisien:

ngendi x(t) - pengaruh input; y(t) - pengaruh output (nilai sing bisa diatur).

Yen kita nggunakake wangun operator ("kompak") kanggo nulis ODE linear, banjur persamaan (1.4.1) bisa dituduhake ing wangun ing ngisor iki:

ngendi, p = d/dt - operator diferensiasi; L(p), N(p) yaiku operator diferensial linier sing cocog, sing padha karo:

2) Linear sistem kontrol otomatis diterangake dening persamaan diferensial biasa linear (ODE) karo variabel (ing wektu) koefisien:

Ing kasus umum, sistem kasebut bisa diklasifikasikake minangka sistem kontrol otomatis nonlinier (NSA).

3) Sistem kontrol otomatis linear diterangake kanthi persamaan beda linear:

ngendi f(…) - fungsi linear saka argumen; k = 1, 2, 3… - nomer wutuh; Δt - interval kuantisasi (interval sampling).

Persamaan (1.4.4) bisa diwakili ing notasi "kompak":

Biasane, katrangan babagan sistem kontrol otomatis linier (ACS) iki digunakake ing sistem kontrol digital (nggunakake komputer).

4) Sistem kontrol otomatis linear kanthi wektu tundha:

ngendi L(p), N(p) - operator diferensial linear; τ - wektu lag utawa lag pancet.

Yen operator L(p) и N(p) degenerasi (L(p) = 1; N(p) = 1), banjur persamaan (1.4.6) cocog karo deskripsi matématika saka dinamika pranala tundha becik:

lan ilustrasi grafis saka properti kasebut ditampilake ing Fig. 1.4.1

Gabah. 1.4.1 - Grafik input lan output saka link tundha becik

5) Sistem kontrol otomatis linear diterangake dening persamaan diferensial linear ing turunan parsial. Senjata self-propelled kuwi asring diarani disebarake sistem kontrol. ==> Conto "abstrak" saka deskripsi kasebut:

Sistem persamaan (1.4.7) nggambarake dinamika sistem kontrol otomatis sing disebarake kanthi linear, yaiku. jumlah kontrol gumantung ora mung ing wektu, nanging uga ing siji koordinat spasial.
Yen sistem kontrol minangka obyek "spasial", banjur ==>

ngendi gumantung ing wektu lan koordinat spasial ditemtokake dening vektor radius

6) bedhil poto-propelled diterangake sistem ODE, utawa sistem persamaan diferensial, utawa sistem persamaan diferensial parsial ==> lan liya-liyane...

Klasifikasi sing padha bisa diusulake kanggo sistem kontrol otomatis nonlinier (SAP)…

Kanggo sistem linear, syarat ing ngisor iki dipenuhi:

• linearitas karakteristik statis ACS;
• linearitas saka persamaan dinamika, i.e. variabel kalebu ing persamaan dinamika mung ing kombinasi linear.

Karakteristik statis yaiku katergantungan output ing gedhene pengaruh input ing kahanan ajeg (nalika kabeh proses transien wis mati).

Kanggo sistem sing diterangake kanthi persamaan diferensial biasa linier kanthi koefisien konstan, karakteristik statis dipikolehi saka persamaan dinamis (1.4.1) kanthi nyetel kabeh istilah non-stasioner menyang nol ==>

Gambar 1.4.2 nuduhake conto karakteristik statis linear lan nonlinear saka sistem kontrol otomatis (regulasi).

Gabah. 1.4.2 - Conto karakteristik linear statis lan nonlinear

Nonlinier istilah sing ngemot turunan wektu ing persamaan dinamis bisa muncul nalika nggunakake operasi matematika nonlinier (*, /, , , sin, ln, lsp). Contone, considering persamaan dinamika sawetara "abstrak" gun poto-propelled

Elinga yen ing persamaan iki, kanthi karakteristik statis linier istilah kapindho lan katelu (istilah dinamis) ing sisih kiwa persamaan yaiku nonlinier, mula ACS diterangake kanthi persamaan sing padha yaiku nonlinier ing dinamis rencana.

1.4.2. Klasifikasi miturut sifat sinyal sing dikirim

Adhedhasar sifat sinyal sing dikirim, sistem kontrol otomatis (utawa regulasi) dipérang dadi:

• sistem terus-terusan (sistem terus-terusan);
• sistem relay (sistem aksi relay);
• sistem aksi diskrit (pulsa lan digital).

Sistem terus-terusan tumindak disebut ACS kuwi, ing saben pranala kang terus-terusan owah-owahan ing sinyal input liwat wektu cocog terus owah-owahan ing sinyal output, nalika hukum owah-owahan ing sinyal output bisa kasepakatan. Kanggo gun poto-propelled dadi terus, iku perlu sing ciri statis kabeh pranala padha terus-terusan.

Gabah. 1.4.3 - Conto saka sistem terus

Sistem relay tumindak disebut sistem kontrol otomatis kang paling ing siji link, karo owah-owahan terus-terusan ing Nilai input, Nilai output ing sawetara wektu proses kontrol ngganti "mlumpat" gumantung ing Nilai saka sinyal input. Karakteristik statis link kasebut nduweni titik break utawa pecah karo pecah.

Gabah. 1.4.4 - Conto karakteristik statis relay

Sistem diskrèt tumindak minangka sistem sing paling ora ing siji pranala, kanthi owah-owahan terus-terusan ing jumlah input, jumlah output wis jinis impuls individu, katon sawise wektu tartamtu.

Tautan sing ngowahi sinyal kontinu dadi sinyal diskrit diarani pranala pulsa. Jinis sing padha saka sinyal sing ditularaké ana ing sistem kontrol otomatis karo komputer utawa controller.

Cara sing paling umum dileksanakake (algoritma) kanggo ngowahi sinyal input terus-terusan dadi sinyal output pulsa yaiku:

• modulasi amplitudo pulsa (PAM);
• Pulse width modulation (PWM).

Ing Fig. Gambar 1.4.5 nampilake ilustrasi grafis algoritma modulasi amplitudo pulsa (PAM). Ing ndhuwur Fig. katergantungan wektu diwenehi x(t) - sinyal ing ngleboke menyang bagean impuls. Sinyal output blok pulsa (link) y(t) – urutan pulsa persegi dowo katon karo permanen periode kuantisasi Δt (pirsani bagean ngisor saka gambar). Durasi pulsa padha lan padha karo Δ. Amplitudo pulsa ing output blok sebanding karo nilai sing cocog saka sinyal kontinu x (t) ing input blok iki.

Gabah. 1.4.5 - Implementasi modulasi amplitudo pulsa

Cara modulasi pulsa iki umum banget ing peralatan pangukuran elektronik saka kontrol lan sistem proteksi (CPS) pembangkit listrik tenaga nuklir (NPP) ing 70s ... 80s ing abad pungkasan.

Ing Fig. Gambar 1.4.6 nuduhake ilustrasi grafis algoritma modulasi lebar pulsa (PWM). Ing ndhuwur Fig. 1.14 nuduhake katergantungan wektu x(t) - sinyal ing input menyang link pulsa. Sinyal output blok pulsa (link) y(t) – urutan pulsa persegi dowo katon karo periode kuantisasi pancet Δt (ndeleng ngisor Fig. 1.14). Amplitudo kabeh pulsa padha. Durasi pulsa Δt ing output saka pemblokiran iku sebanding karo nilai sing cocog saka sinyal terus x(t) ing input blok pulsa.

Gabah. 1.4.6 - Implementasi modulasi lebar pulsa

Cara modulasi pulsa iki saiki paling umum ing peralatan pangukuran elektronik kontrol lan sistem proteksi (CPS) pembangkit listrik tenaga nuklir (NPP) lan ACS sistem teknis liyane.

Nyimpulake bagean iki, kudu dicathet yen wektu karakteristik tetep ing pranala liyane saka bedhil self-propelled (SAP) Ngartekno luwih Δt (kanthi urutan gedhene), banjur sistem pulsa bisa dianggep minangka sistem kontrol otomatis terus-terusan (nalika nggunakake AIM lan PWM).

1.4.3. Klasifikasi miturut sifat kontrol

Adhedhasar sifat proses kontrol, sistem kontrol otomatis dipérang dadi jinis ing ngisor iki:

• sistem kontrol otomatis deterministik, kang sinyal input bisa unambiguously gadhah sinyal output (lan kosok balene);
• stokastik ACS (statistik, probabilistik), ing ngendi ACS "nanggapi" menyang sinyal input sing diwenehake acak (stochastic) sinyal output.

Sinyal stokastik output ditondoi dening:

• hukum distribusi;
• pangarepan matematika (nilai rata-rata);
• dispersi (standar deviasi).

Sifat stokastik saka proses kontrol biasane diamati ing dhasar ACS nonlinier saka sudut pandang karakteristik statis, lan saka sudut pandang (malah nganti luwih akeh) saka nonlinearitas istilah dinamis ing persamaan dinamika.

Gabah. 1.4.7 - Distribusi nilai output sistem kontrol otomatis stokastik

Saliyane jinis utama klasifikasi sistem kontrol ing ndhuwur, ana klasifikasi liyane. Contone, klasifikasi bisa ditindakake miturut metode kontrol lan adhedhasar interaksi karo lingkungan njaba lan kemampuan kanggo adaptasi ACS kanggo owah-owahan ing parameter lingkungan. Sistem dipérang dadi rong kelas gedhe:

1) Sistem kontrol biasa (non-self-adjusting) tanpa adaptasi; Sistem kasebut kalebu kategori sing sederhana sing ora ngganti struktur sajrone proses manajemen. Padha sing paling dikembangaké lan digunakake digunakake. Sistem kontrol biasa dipérang dadi telung subclass: open-loop, closed-loop lan sistem kontrol gabungan.

2) Sistem kontrol self-adjusting (adaptif). Ing sistem kasebut, nalika kahanan njaba utawa karakteristik obyek sing dikontrol, owah-owahan otomatis (ora ditemtokake) ing paramèter piranti kontrol amarga owah-owahan ing koefisien sistem kontrol, struktur sistem kontrol, utawa malah introduksi unsur anyar. .

Conto klasifikasi liyane: miturut basis hirarkis (siji-tingkat, loro-tingkat, multi-tingkat).

Mung pangguna pangguna sing bisa melu survey. mlebunggih.

Terus nerbitake ceramah babagan UTS?

• 88,7%inggih118

• 7,5%No10

• 3,8%Aku ora ngerti5

133 pangguna milih. 10 pangguna abstain.

Source: www.habr.com