Kuring medarkeun bab mimiti ceramah ngeunaan téori kontrol otomatis, nu satutasna hirup anjeun moal jadi sarua.

Kuliah dina kursus "Manajemén Sistem Téknis" dirumuskeun ku Oleg Stepanovich Kozlov di Jurusan "Reaktor Nuklir sareng Pembangkit Listrik", Fakultas "Téknik Mesin Daya" MSTU. N.E. Bauman. Pikeun anu kuring nganuhunkeun pisan ka anjeunna.

Kuliah ieu ngan keur disiapkeun pikeun publikasi dina wangun buku, sarta saprak aya spesialis TAU, mahasiswa, jeung nu saukur museurkeun subjek, kritik sagala wilujeng sumping.

1. Konsep dasar téori kontrol sistem teknis

1.1. Tujuan, prinsip manajemén, jinis sistem manajemen, definisi dasar, conto

Ngembangkeun sareng ningkatkeun produksi industri (énergi, transportasi, rékayasa mékanis, téknologi ruang angkasa, jsb.) ngabutuhkeun paningkatan kontinyu dina produktivitas mesin sareng unit, ningkatkeun kualitas produk, ngirangan biaya sareng, khususna dina énergi nuklir, paningkatan anu seukeut dina kaamanan (nuklir, radiasi, jsb) .d.) operasi pembangkit listrik nuklir jeung instalasi nuklir.

Palaksanaan tujuan set mustahil tanpa bubuka sistem kontrol modern, kaasup duanana otomatis (kalawan partisipasi operator manusa) jeung otomatis (tanpa partisipasi operator manusa) sistem kontrol (CS).

Harti: Manajemén mangrupikeun organisasi prosés téknologi khusus anu ngajamin ngahontal tujuan anu disetél.

Téori kontrol mangrupa cabang élmu pangaweruh jeung téhnologi modérn. Didasarkeun (dumasar) kana disiplin dasar (ilmiah umum) (contona, matematika, fisika, kimia, jsb.) sareng disiplin terapan (éléktronik, téknologi mikroprosesor, pemrograman, jsb.).

Sakur prosés kontrol (otomatis) diwangun ku tahapan utama (unsur):

• meunangkeun informasi ngeunaan tugas kontrol;
• meunangkeun informasi ngeunaan hasil manajemén;
• analisis informasi narima;
• palaksanaan kaputusan (dampak dina obyék kontrol).

Pikeun ngalaksanakeun Prosés Manajemén, sistem manajemen (CS) kedah gaduh:

• sumber informasi ngeunaan tugas manajemén;
• sumber informasi ngeunaan hasil kontrol (rupa sensor, alat ukur, detéktor, jsb);
• alat pikeun nganalisis inpormasi anu ditampi sareng ngembangkeun solusi;
• actuators nimpah dina Objék Control, ngandung: regulator, motor, alat amplifikasi-ngarobah, jsb.

Harti: Upami sistem kontrol (CS) ngandung sadaya bagian di luhur, maka ditutup.

Harti: Kontrol hiji obyék téknis ngagunakeun inpormasi ngeunaan hasil kontrol disebut prinsip umpan balik.

Schematically, sistem kontrol misalna bisa digambarkeun salaku:

Sangu. 1.1.1 - Struktur sistem kontrol (MS)

Upami sistem kontrol (CS) ngagaduhan diagram blok, bentukna pakait sareng Gbr. 1.1.1, sarta fungsi (karya) tanpa partisipasi manusa (operator), mangka disebut sistem kontrol otomatis (ACS).

Lamun sistem kontrol beroperasi kalawan partisipasi hiji jalma (operator), mangka disebut sistem kontrol otomatis.

Upami Kontrol nyayogikeun hukum anu dipasihkeun pikeun ngarobih hiji obyék dina waktosna, henteu paduli hasil kontrol, maka kontrol sapertos kitu dilaksanakeun dina loop anu kabuka, sareng kontrol sorangan disebut. program dikawasa.

Sistem open-loop kaasup mesin industri (garis conveyor, garis rotary, jsb), mesin kontrol numerik komputer (CNC): tingali conto dina Gbr. 1.1.2.

Gbr.1.1.2 - Conto kontrol program

Alat master tiasa, contona, "copier".

Kusabab dina conto ieu henteu aya sensor (pangukuran) ngawaskeun bagian anu diproduksi, upami, contona, pamotong dipasang teu leres atanapi rusak, maka tujuan anu disetél (produksi bagian) henteu tiasa dihontal (diwujudkeun). Ilaharna, dina sistem tipe ieu diperlukeun kontrol kaluaran, nu ngan bakal ngarekam simpangan tina dimensi jeung bentuk bagian ti nu dipikahoyong.

Sistem kontrol otomatis dibagi kana 3 jinis:

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

SAR jeung SS mangrupa sawaréh ti SPG ==> .

Harti: Hiji sistem kontrol otomatis nu ensures constancy tina sagala kuantitas fisik (grup kuantitas) dina obyék kontrol disebut sistem kontrol otomatis (ACS).

Sistem kontrol otomatis (ACS) mangrupikeun jinis sistem kontrol otomatis anu paling umum.

Regulator otomatis munggaran di dunya (abad ka-18) nyaéta régulator Watt. skéma ieu (tingali Gbr. 1.1.3) dilaksanakeun ku Watt di Inggris pikeun ngajaga laju konstan rotasi kabayang tina mesin uap sarta, sasuai, pikeun ngajaga laju konstan rotasi (gerak) tina katrol transmisi (sabuk). ).

Dina skéma ieu elemen sénsitip (sensor ukur) nyaéta "beurat" (spheres). "Beurat" (spheres) ogé "maksakeun" panangan rocker lajeng klep pikeun mindahkeun. Ku alatan éta, sistem ieu bisa digolongkeun kana sistem kontrol langsung, sarta regulator bisa digolongkeun kana régulator akting langsung, saprak éta sakaligus ngalaksanakeun fungsi duanana "méter" jeung "régulator".

Dina régulator akting langsung sumber tambahan euweuh énergi anu diperlukeun pikeun mindahkeun regulator nu.

Sangu. 1.1.3 - Watt circuit regulator otomatis

Sistem kontrol teu langsung merlukeun ayana (aya) hiji amplifier (contona, kakuatan), hiji actuator tambahan ngandung, contona, hiji motor listrik, servomotor, drive hidrolik, jsb.

Conto sistem kontrol otomatis (sistem kontrol otomatis), dina harti pinuh definisi ieu, nyaéta sistem kontrol nu ensures peluncuran rokét kana orbit, dimana variabel dikawasa bisa jadi, contona, sudut antara rokét. sumbu sareng normal ka Bumi ==> tingali Gbr. 1.1.4.a jeung Gbr. 1.1.4.b

Sangu. 1.1.4(a)

Sangu. 1.1.4 (b)

1.2. Struktur sistem kontrol: sistem basajan tur multidimensional

Dina téori Manajemén Sistem Téknis, sistem naon waé biasana dibagi kana sakumpulan tautan anu nyambung kana struktur jaringan. Dina kasus pangbasajanna, sistem ngandung hiji link, input nu disadiakeun kalawan aksi input (input), sarta respon sistem (kaluaran) dicandak dina input.

Dina téori Manajemén Sistem Téknis, 2 cara utama pikeun ngagambarkeun tautan sistem kontrol dianggo:

- dina variabel "input-output";

— dina variabel kaayaan (pikeun leuwih rinci, tingali bagian 6...7).

Répréséntasi dina variabel input-output biasana dipaké pikeun ngajelaskeun sistem kawilang basajan nu boga hiji "input" (hiji aksi kontrol) jeung hiji "output" (hiji variabel dikawasa, tingali Gambar 1.2.1).

Sangu. 1.2.1 - Répréséntasi skéma tina sistem kontrol basajan

Ilaharna, pedaran ieu dipaké pikeun sistem kontrol otomatis téhnisna basajan (sistem kontrol otomatis).

Anyar-anyar ieu, perwakilan dina variabel kaayaan parantos nyebar, khususna pikeun sistem téknis anu kompleks, kalebet sistem kontrol otomatis multidimensional. Dina Gbr. 1.2.2 nembongkeun ngagambarkeun skéma tina sistem kontrol otomatis multidimensional, dimana u1(t)…um(t) - tindakan kontrol (vektor kontrol), y1(t)…yp(t) - parameter adjustable tina ACS (vektor kaluaran).

Sangu. 1.2.2 - Répréséntasi skéma tina sistem kontrol multidimensional

Hayu urang nganggap di leuwih jéntré struktur ACS, dibere dina "input-output" variabel sarta ngabogaan hiji input (input atawa master atawa kontrol Peta) jeung hiji kaluaran (aksi kaluaran atawa dikawasa (atawa adjustable) variabel).

Hayu urang nganggap yén diagram blok ACS sapertos diwangun ku sababaraha elemen (tumbu). Ku ngagolongkeun Tumbu nurutkeun prinsip fungsional (naon nu Tumbu ngalakukeun), diagram struktural ACS bisa diréduksi jadi formulir has handap:

Sangu. 1.2.3 - diagram Blok tina sistem kontrol otomatis

Lambang ε(t) atawa variabel ε(t) nuduhkeun mismatch (kasalahan) dina kaluaran alat ngabandingkeun, nu bisa "beroperasi" dina modeu duanana operasi arithmetic komparatif basajan (paling sering pangurangan, kirang sering tambahan) jeung operasi komparatif leuwih kompleks (prosedur).

ti mimiti y1(t) = y(t)*k1dimana k1 nyaeta gain, lajeng ==>
ε(t) = x(t) - y1(t) = x(t) - k1*y(t)

Tugas sistem kontrol nyaéta (upami stabil) pikeun "karya" pikeun ngaleungitkeun mismatch (kasalahan) ε(t), i.e. ==> ε(t) → 0.

Ieu kudu dicatet yén sistem kontrol kapangaruhan ku duanana pangaruh éksternal (ngadalikeun, disturbing, interference) jeung interference internal. Interferensi béda ti dampak ku stochasticity (randomness) ayana, sedengkeun dampak ampir sok deterministik.

Pikeun nunjuk kontrol (setting action) urang bakal ngagunakeun boh x(t)atawa anjeun (t).

1.3. hukum dasar kontrol

Lamun urang balik deui ka inohong panungtungan (block diagram tina ACS dina Gbr. 1.2.3), mangka perlu "decipher" peran dicoo ku alat amplifikasi-ngarobah (naon fungsina).

Upami alat konversi amplifikasi (ACD) ngan ukur ningkatkeun (atanapi ngirangan) sinyal anu teu cocog ε(t), nyaéta: dimana - koefisien proporsionalitas (dina kasus nu tangtu = Const), maka mode kontrol sapertos sistem kontrol otomatis loop tertutup disebut mode kontrol proporsional (P-kontrol).

Lamun unit kontrol ngahasilkeun sinyal kaluaran ε1(t), sabanding jeung kasalahan ε(t) jeung integral tina ε(t), i.e. , mangka mode kontrol ieu disebut proporsional-integrasi (kontrol PI). ==> dimana b - koefisien proporsionalitas (dina kasus nu tangtu b = Konst).

Ilaharna, kontrol PI dipaké pikeun ngaronjatkeun kontrol (regulasi) akurasi.

Lamun unit kontrol ngahasilkeun sinyal kaluaran ε1(t), sabanding jeung kasalahan ε(t) jeung turunan na, mangka mode ieu disebut. ngabédakeun sacara proporsional (Kadali PD): ==>

Ilaharna, pamakéan kontrol PD ngaronjatkeun kinerja ACS

Lamun unit kontrol ngahasilkeun sinyal kaluaran ε1(t), sabanding jeung kasalahan ε(t), turunan na, jeung integral tina kasalahan ==> , lajeng mode ieu disebut lajeng mode kontrol ieu disebut modeu kontrol proporsional-integral-diferensiasi (kontrol PID).

Kontrol PID mindeng ngidinan Anjeun pikeun nyadiakeun akurasi kontrol "alus" kalawan speed "alus".

1.4. Klasifikasi sistem kontrol otomatis

1.4.1. Klasifikasi dumasar kana jenis déskripsi matematik

Dumasar kana jinis pedaran matematik (persamaan dinamika sareng statik), sistem kontrol otomatis (ACS) dibagi kana liniér и nonlinier sistem (bedil timer propelled atanapi SAR).

Unggal "subclass" (linier jeung nonlinier) dibagi kana sababaraha "subclass". Contona, linear self-propelled gun (SAP) boga béda dina tipe déskripsi matematik.
Kusabab semester ieu bakal mertimbangkeun sipat dinamis ukur sistem kontrol otomatis linier (regulasi), di handap ieu kami nyayogikeun klasifikasi dumasar kana jinis pedaran matematik pikeun sistem kontrol otomatis linier (ACS):

1) Sistem kontrol otomatis linier digambarkeun dina variabel input-output ku persamaan diferensial biasa (ODE) kalawan permanén koefisien:

di mana x(t) - pangaruh input; y (t) – pangaruh kaluaran (nilai adjustable).

Upami urang nganggo operator ("kompak") kanggo nyerat ODE linier, maka persamaan (1.4.1) tiasa diwakilan dina bentuk ieu:

dimana, p = d/dt - operator diferensiasi; L(p), N(p) mangrupakeun operator diferensial linier pakait, nu sarua jeung:

2) Sistem kontrol otomatis linier digambarkeun ku persamaan diferensial biasa linier (ODE) jeung variabel (dina waktos) koefisien:

Sacara umum, sistem sapertos kitu tiasa digolongkeun kana sistem kontrol otomatis nonlinier (NSA).

3) Sistem kontrol otomatis linier digambarkeun ku persamaan béda linier:

di mana f(…) - fungsi linier argumen; k = 1, 2, 3… - angka sakabeh; Δt - interval kuantisasi (interval sampling).

Persamaan (1.4.4) tiasa diwakilan dina notasi "kompak":

Ilaharna, pedaran sistem kontrol otomatis linier (ACS) ieu dipaké dina sistem kontrol digital (ngagunakeun komputer).

4) Sistem kontrol otomatis linier kalayan reureuh:

di mana L(p), N(p) - operator diferensial linier; τ - waktos lag atanapi lag konstan.

Lamun operator L (p) и N(p) degenerasi (L(p) = 1; N(p) = 1), lajeng persamaan (1.4.6) pakait jeung pedaran matematik dinamika link reureuh idéal:

sareng ilustrasi grafis sipatna dipidangkeun dina Gbr. 1.4.1

Sangu. 1.4.1 - Grafik tina input jeung kaluaran link reureuh idéal

5) Sistem kontrol otomatis linier digambarkeun ku persamaan diferensial linier dina turunan parsial. pakarang timer propelled misalna mindeng disebut disebarkeun sistem kontrol. ==> Conto "abstrak" tina pedaran sapertos kieu:

Sistim persamaan (1.4.7) ngajelaskeun dinamika sistem kontrol otomatis disebarkeun linier, i.e. kuantitas dikawasa gumantung teu ukur dina waktu, tapi ogé dina hiji koordinat spasial.
Upami sistem kontrol mangrupikeun obyék "spasial", teras ==>

di mana gumantung kana waktu jeung koordinat spasial ditangtukeun ku vektor radius

6) pakarang timer propelled digambarkeun sistem ODEs, atawa sistem persamaan diferensial, atawa sistem persamaan diferensial parsial ==> jeung saterusna...

Klasifikasi anu sami tiasa diajukeun pikeun sistem kontrol otomatis nonlinier (SAP)…

Pikeun sistem linier, sarat di handap ieu nyumponan:

• linieritas karakteristik statik ACS;
• linearitas tina persamaan dinamika, i.e. variabel kaasup kana persamaan dinamika ngan dina kombinasi linier.

Karakteristik statik nyaéta gumantungna kaluaran dina gedena pangaruh input dina kaayaan ajeg (lamun sakabéh prosés fana geus maot kaluar).

Pikeun sistem anu dijelaskeun ku persamaan diferensial biasa linier kalayan koefisien konstan, karakteristik statik dicandak tina persamaan dinamis (1.4.1) ku netepkeun sadaya istilah anu henteu stasioner kana nol ==>

Gambar 1.4.2 nunjukkeun conto karakteristik statik linier sareng nonlinier tina sistem kontrol otomatis (regulasi).

Sangu. 1.4.2 - Conto ciri linier statik jeung nonlinier

Nonlinier istilah anu ngandung turunan waktu dina persamaan dinamis tiasa timbul nalika ngagunakeun operasi matematik nonlinier (*, /, , , dosa, ln, jsb). Contona, tempo persamaan dinamika sababaraha "abstrak" gun timer propelled

Catet yén dina persamaan ieu, kalayan karakteristik statik linier istilah kadua jeung katilu (istilah dinamis) di sisi kénca persamaan nyaéta nonlinier, kituna ACS digambarkeun ku persamaan sarupa nyaeta nonlinier dina dinamis rencana.

1.4.2. Klasifikasi dumasar kana sifat sinyal anu dikirimkeun

Dumasar sifat sinyal anu dikirimkeun, sistem kontrol otomatis (atanapi pangaturan) dibagi kana:

• sistem kontinyu (sistem kontinyu);
• sistem relay (sistem aksi relay);
• sistem aksi diskrit (pulsa jeung digital).

Sistim kontinyu aksi disebut ACS misalna, dina unggal Tumbu nu kontinyu parobahan dina sinyal input kana waktu saluyu jeung kontinyu parobahan dina sinyal kaluaran, sedengkeun hukum robah dina sinyal kaluaran bisa wenang. Pikeun gun timer propelled jadi kontinyu, perlu yén ciri statik sadaya Tumbu éta kontinyu.

Sangu. 1.4.3 - Conto sistem kontinyu

Sistim relay Peta disebut sistem kontrol otomatis nu sahenteuna dina hiji link, ku robah kontinyu dina nilai input, nilai kaluaran dina sababaraha moments prosés kontrol robah "luncat" gumantung kana nilai sinyal input. Karakteristik statik link sapertos gaduh titik putus atawa narekahan kalawan beubeulahan.

Sangu. 1.4.4 - Conto relay ciri statik

Sistim diskrit action nyaéta sistem nu sahenteuna dina hiji link, kalawan parobahan terus-terusan dina kuantitas input, kuantitas kaluaran boga tipe impulses individu, muncul sanggeus kurun waktu nu tangtu.

Link nu ngarobah sinyal kontinyu kana sinyal diskrit disebut link pulsa. Hiji tipe sarupa sinyal dikirimkeun lumangsung dina sistem kontrol otomatis kalawan komputer atawa controller.

Métode anu paling sering dilaksanakeun (algoritma) pikeun ngarobih sinyal input kontinyu kana sinyal kaluaran pulsa nyaéta:

• modulasi amplitudo pulsa (PAM);
• Modulasi lebar pulsa (PWM).

Dina Gbr. Gambar 1.4.5 nembongkeun ilustrasi grafis tina algoritma modulasi amplitudo pulsa (PAM). Di luhureun Gbr. gumantungna waktos dibere x(t) - sinyal di lawang kana bagian impuls. Sinyal kaluaran blok pulsa (link) y (t) – runtuyan pulsa rectangular muncul kalawan permanén periode kuantisasi Δt (tingali bagian handap gambar). Durasi pulsa sami sareng sami sareng Δ. Amplitudo pulsa dina kaluaran blok sabanding jeung nilai pakait tina sinyal kontinyu x (t) dina input blok ieu.

Sangu. 1.4.5 - Palaksanaan modulasi amplitudo pulsa

Metoda modulasi pulsa ieu pisan umum dina alat ukur éléktronik kontrol jeung sistem panyalindungan (CPS) pembangkit listrik tenaga nuklir (NPP) dina 70s ... 80s abad panungtungan.

Dina Gbr. Gambar 1.4.6 nembongkeun ilustrasi grafis tina algoritma modulasi lebar pulsa (PWM). Di luhureun Gbr. 1.14 nembongkeun gumantungna waktos x(t) – sinyal dina input ka link pulsa. Sinyal kaluaran blok pulsa (link) y (t) – runtuyan pulsa rectangular muncul kalawan perioda kuantisasi konstan Δt (tingali handap Gbr. 1.14). Amplitudo sadaya pulsa sami. Durasi pulsa Δt dina kaluaran blok sabanding jeung nilai pakait tina sinyal kontinyu x(t) dina input blok pulsa.

Sangu. 1.4.6 - Palaksanaan modulasi lebar pulsa

Metoda modulasi pulsa ieu ayeuna paling umum dina alat ukur éléktronik kontrol sareng sistem panyalindungan (CPS) pembangkit listrik tenaga nuklir (NPP) sareng ACS tina sistem téknis anu sanés.

Concluding subsection ieu, éta kudu dicatet yén lamun waktu karakteristik konstanta dina tumbu séjén tina pakarang timer propelled (SAP) nyata leuwih Δt (ku urutan gedena), lajeng sistem pulsa bisa dianggap sistem kontrol otomatis kontinyu (lamun ngagunakeun duanana AIM sareng PWM).

1.4.3. Klasifikasi ku alam kontrol

Dumasar kana sifat prosés kontrol, sistem kontrol otomatis dibagi kana jinis ieu:

• sistem kontrol otomatis deterministik, nu sinyal input bisa unambiguously pakait sareng sinyal kaluaran (sabalikna);
• ACS stokastik (statistik, probabilistik), dimana ACS "ngaréspon" kana sinyal input anu dipasihkeun. acak-acakan (stochastic) sinyal kaluaran.

Sinyal stokastik kaluaran dicirikeun ku:

• hukum distribusi;
• ekspektasi matematik (nilai rata-rata);
• dispersi (standar deviasi).

Sifat stokastik tina prosés kontrol biasana dititénan dina dasarna nonlinier ACS boh tina sudut pandang karakteristik statik, sareng tina sudut pandang (sanajan langkung ageung) tina nonlinier tina istilah dinamis dina persamaan dinamika.

Sangu. 1.4.7 - Distribusi nilai kaluaran sistem kontrol otomatis stokastik

Salian jenis utama klasifikasi sistem kontrol di luhur, aya klasifikasi séjén. Salaku conto, klasifikasi tiasa dilaksanakeun dumasar kana metode kontrol sareng dumasar kana interaksi sareng lingkungan luar sareng kamampuan adaptasi ACS kana parobahan parameter lingkungan. Sistem dibagi kana dua kelas ageung:

1) Sistem kontrol biasa (non-self-nyaluyukeun) tanpa adaptasi; Sistem ieu kagolong kana kategori saderhana anu henteu ngarobih strukturna nalika prosés manajemén. Aranjeunna paling dimekarkeun sarta loba dipaké. Sistem kontrol biasa dibagi kana tilu subclass: open-loop, closed-loop sareng sistem kontrol gabungan.

2) Sistem kontrol nyaluyukeun diri (adaptif). Dina sistem ieu, nalika kaayaan éksternal atanapi karakteristik obyék dikawasa robah, otomatis (henteu predetermined) parobahan dina parameter alat kontrol lumangsung alatan parobahan dina koefisien sistem kontrol, struktur sistem kontrol, atawa malah bubuka elemen anyar. .

Conto klasifikasi séjén: dumasar kana dasar hirarki (hiji tingkat, dua tingkat, multi-tingkat).

Ngan pamaké nu kadaptar bisa ilubiung dina survey. Daptar, Punten.

Terus nerbitkeun ceramah ngeunaan UTS?

• 88,7%Leres118

• 7,5%No10

• 3,8%Abdi henteu terang5

133 pamaké milih. 10 pamaké abstained.

sumber: www.habr.com