Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

Tôi đang xuất bản chương đầu tiên của bài giảng về lý thuyết điều khiển tự động, sau đó cuộc sống của bạn sẽ không bao giờ giống như vậy nữa.

Các bài giảng trong khóa học “Quản lý hệ thống kỹ thuật” được giảng dạy bởi Oleg Stepanovich Kozlov tại Khoa “Lò phản ứng hạt nhân và nhà máy điện”, Khoa “Cơ khí điện” của MSTU. N.E. Bauman. Tôi rất biết ơn anh ấy vì điều đó.

Những bài giảng này chỉ đang được chuẩn bị để xuất bản dưới dạng sách, và vì có các chuyên gia, sinh viên TAU và những người chỉ quan tâm đến chủ đề này nên mọi lời chỉ trích đều được hoan nghênh.

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

1. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

1.1. Mục tiêu, nguyên tắc quản lý, các loại hệ thống quản lý, định nghĩa cơ bản, ví dụ

Sự phát triển và cải tiến sản xuất công nghiệp (năng lượng, giao thông, cơ khí, công nghệ vũ trụ, v.v.) đòi hỏi năng suất của máy móc và các bộ phận không ngừng tăng lên, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí và đặc biệt là trong năng lượng hạt nhân, tăng mạnh về an toàn (hạt nhân, bức xạ, v.v.) .d.) vận hành các nhà máy điện hạt nhân và các cơ sở hạt nhân.

Việc thực hiện các mục tiêu đã đặt ra là không thể nếu không có sự ra đời của các hệ thống điều khiển hiện đại, bao gồm cả hệ thống điều khiển tự động (với sự tham gia của con người) và tự động (không có sự tham gia của con người) (CS).

Định nghĩa: Quản lý là việc tổ chức một quy trình công nghệ cụ thể nhằm đảm bảo đạt được mục tiêu đã đề ra.

Lý thuyết kiểm soát là một nhánh của khoa học và công nghệ hiện đại. Nó dựa trên (dựa trên) cả các ngành cơ bản (khoa học tổng quát) (ví dụ: toán học, vật lý, hóa học, v.v.) và các ngành ứng dụng (điện tử, công nghệ vi xử lý, lập trình, v.v.).

Bất kỳ quy trình kiểm soát nào (tự động) đều bao gồm các giai đoạn (yếu tố) chính sau:

  • thu thập thông tin về nhiệm vụ kiểm soát;
  • thu thập thông tin về kết quả quản lý;
  • phân tích thông tin nhận được;
  • thực hiện quyết định (tác động đến đối tượng kiểm soát).

Để thực hiện Quy trình quản lý, hệ thống quản lý (CS) phải có:

  • nguồn thông tin về nhiệm vụ quản lý;
  • nguồn thông tin về kết quả điều khiển (các loại cảm biến, thiết bị đo lường, máy dò, v.v.);
  • thiết bị phân tích thông tin nhận được và phát triển giải pháp;
  • các bộ truyền động tác động lên Đối tượng Điều khiển, bao gồm: bộ điều chỉnh, động cơ, thiết bị chuyển đổi khuếch đại, v.v.

Định nghĩa: Nếu hệ thống điều khiển (CS) chứa tất cả các bộ phận trên thì nó sẽ đóng.

Định nghĩa: Việc điều khiển một đối tượng kỹ thuật sử dụng thông tin về kết quả điều khiển được gọi là nguyên tắc phản hồi.

Về mặt sơ đồ, một hệ thống điều khiển như vậy có thể được biểu diễn dưới dạng:

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật
Cơm. 1.1.1 - Cấu trúc của hệ thống điều khiển (MS)

Nếu hệ thống điều khiển (CS) có sơ đồ khối, dạng của sơ đồ này tương ứng với Hình 1.1.1. XNUMX, còn chức năng (công trình) không có sự tham gia của con người (người vận hành) thì gọi là Hệ thống điều khiển tự động (ACS).

Nếu hệ thống điều khiển hoạt động có sự tham gia của con người (người vận hành) thì gọi là hệ thống điều khiển tự động.

Nếu Điều khiển đưa ra một quy luật nhất định về sự thay đổi của một đối tượng theo thời gian, bất kể kết quả điều khiển như thế nào, thì điều khiển đó được thực hiện trong một vòng lặp mở và chính điều khiển đó được gọi là chương trình điều khiển.

Hệ thống vòng hở bao gồm các máy công nghiệp (dây chuyền, dây chuyền quay, v.v.), máy điều khiển số bằng máy tính (CNC): xem ví dụ trong Hình 1.1.2. XNUMX.

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật
Hình 1.1.2 - Ví dụ về điều khiển chương trình

Ví dụ, thiết bị chính có thể là “máy photocopy”.

Vì trong ví dụ này không có cảm biến (phép đo) giám sát bộ phận đang được sản xuất, chẳng hạn, nếu máy cắt được lắp đặt không chính xác hoặc bị hỏng, thì mục tiêu đã đặt ra (sản xuất bộ phận) không thể đạt được (hiện thực hóa). Thông thường, trong các hệ thống loại này, cần có điều khiển đầu ra, điều này sẽ chỉ ghi lại độ lệch về kích thước và hình dạng của bộ phận so với kích thước mong muốn.

Hệ thống điều khiển tự động được chia thành 3 loại:

  • hệ thống điều khiển tự động (ACS);
  • hệ thống điều khiển tự động (ACS);
  • hệ thống theo dõi (SS).

SAR và SS là tập con của SPG ==> Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật.

Định nghĩa: Hệ thống điều khiển tự động đảm bảo tính không đổi của bất kỳ đại lượng vật lý (nhóm đại lượng) nào trong đối tượng điều khiển được gọi là hệ thống điều khiển tự động (ACS).

Hệ thống điều khiển tự động (ACS) là loại hệ thống điều khiển tự động phổ biến nhất.

Bộ điều chỉnh tự động đầu tiên trên thế giới (thế kỷ 18) là bộ điều chỉnh Watt. Sơ đồ này (xem Hình 1.1.3) được Watt ở Anh thực hiện để duy trì tốc độ quay không đổi của bánh xe động cơ hơi nước và theo đó, để duy trì tốc độ quay (chuyển động) không đổi của ròng rọc truyền động (dây đai). ).

Trong sơ đồ này yếu tố nhạy cảm (cảm biến đo) là “trọng lượng” (quả cầu). “Trọng lượng” (quả cầu) cũng “ép” cánh tay cò mổ và sau đó là van chuyển động. Vì vậy, hệ thống này có thể được phân loại là hệ thống điều khiển trực tiếp và bộ điều chỉnh có thể được phân loại là hệ thống điều khiển trực tiếp. bộ điều chỉnh tác động trực tiếp, vì nó thực hiện đồng thời các chức năng của cả “đồng hồ đo” và “bộ điều chỉnh”.

Trong cơ quan quản lý tác động trực tiếp nguồn bổ sung không cần năng lượng để di chuyển bộ điều chỉnh.

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật
Cơm. 1.1.3 — Mạch điều chỉnh tự động Watt

Hệ thống điều khiển gián tiếp yêu cầu sự hiện diện (hiện diện) của bộ khuếch đại (ví dụ: nguồn), một bộ truyền động bổ sung có chứa, ví dụ, động cơ điện, động cơ servo, bộ truyền động thủy lực, v.v.

Một ví dụ về hệ thống điều khiển tự động (hệ thống điều khiển tự động), theo nghĩa đầy đủ của định nghĩa này, là hệ thống điều khiển đảm bảo việc phóng tên lửa vào quỹ đạo, trong đó giá trị được điều khiển có thể là góc giữa tên lửa trục và pháp tuyến của Trái đất ==> xem hình. 1.1.4.a và hình. 1.1.4.b

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật
Cơm. 1.1.4(a)
Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật
Cơm. 1.1.4 (b)

1.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển: hệ thống đơn giản và đa chiều

Trong lý thuyết Quản lý hệ thống kỹ thuật, bất kỳ hệ thống nào thường được chia thành một tập hợp các liên kết được kết nối thành các cấu trúc mạng. Trong trường hợp đơn giản nhất, hệ thống chứa một liên kết, đầu vào của liên kết này được cung cấp bởi một hành động đầu vào (đầu vào) và phản hồi của hệ thống (đầu ra) thu được ở đầu vào.

Trong lý thuyết Quản lý hệ thống kỹ thuật, có 2 cách chính biểu diễn các liên kết của hệ thống điều khiển được sử dụng:

- trong các biến “đầu vào-đầu ra”;

— trong các biến trạng thái (để biết thêm chi tiết, xem phần 6...7).

Việc biểu diễn các biến đầu vào-đầu ra thường được sử dụng để mô tả các hệ thống tương đối đơn giản có một “đầu vào” (một hành động điều khiển) và một “đầu ra” (một biến được điều khiển, xem Hình 1.2.1).

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật
Cơm. 1.2.1 – Sơ đồ biểu diễn hệ thống điều khiển đơn giản

Thông thường, mô tả này được sử dụng cho các hệ thống điều khiển tự động đơn giản về mặt kỹ thuật (hệ thống điều khiển tự động).

Gần đây, việc biểu diễn bằng các biến trạng thái đã trở nên phổ biến, đặc biệt đối với các hệ thống phức tạp về mặt kỹ thuật, bao gồm cả hệ thống điều khiển tự động đa chiều. Trong bộ lễ phục. 1.2.2 trình bày sơ đồ biểu diễn hệ thống điều khiển tự động đa chiều, trong đó u1(t)…ừm(t) — các hành động điều khiển (vectơ điều khiển), y1(t)…yp(t) - các thông số có thể điều chỉnh của ACS (vectơ đầu ra).

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật
Cơm. 1.2.2 - Sơ đồ biểu diễn hệ thống điều khiển đa chiều

Chúng ta hãy xem xét chi tiết hơn cấu trúc của ACS, được biểu thị bằng các biến “đầu vào-đầu ra” và có một đầu vào (đầu vào hoặc chính hoặc hành động điều khiển) và một đầu ra (hành động đầu ra hoặc biến được điều khiển (hoặc có thể điều chỉnh)).

Giả sử rằng sơ đồ khối của một ACS như vậy bao gồm một số phần tử (liên kết) nhất định. Bằng cách nhóm các liên kết theo nguyên tắc chức năng (các liên kết làm gì), sơ đồ cấu trúc của ACS có thể được rút gọn thành dạng điển hình sau:

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật
Cơm. 1.2.3 - Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động

Biểu tượng ε(t) hoặc biến ε(t) cho biết sự không khớp (lỗi) ở đầu ra của thiết bị so sánh, có thể “hoạt động” ở chế độ của cả các phép toán số học so sánh đơn giản (thường là phép trừ, ít thường xuyên cộng hơn) và các phép toán (thủ tục) so sánh phức tạp hơn.

Như y1(t) = y(t)*k1Đâu k1 là cái được thì ==>
ε(t) = x(t) - y1(t) = x(t) - k1*y(t)

Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển là (nếu ổn định) “làm việc” để loại bỏ sự không khớp (lỗi) ε(t), I E. ==> ε(t) → 0.

Cần lưu ý rằng hệ thống điều khiển bị ảnh hưởng bởi cả tác động bên ngoài (điều khiển, nhiễu, nhiễu) và nhiễu bên trong. Sự can thiệp khác với tác động bởi tính ngẫu nhiên (ngẫu nhiên) của sự tồn tại của nó, trong khi tác động hầu như luôn mang tính quyết định.

Để chỉ định điều khiển (hành động cài đặt), chúng tôi sẽ sử dụng một trong hai x (t)Hoặc u (t).

1.3. Các luật điều khiển cơ bản

Nếu chúng ta quay lại hình cuối cùng (sơ đồ khối của ACS trong Hình 1.2.3), thì cần phải “giải mã” vai trò của thiết bị chuyển đổi khuếch đại (nó thực hiện những chức năng gì).

Nếu thiết bị chuyển đổi khuếch đại (ACD) chỉ tăng cường (hoặc làm suy giảm) tín hiệu không khớp ε(t), cụ thể là: Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuậtĐâu Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật– hệ số tỷ lệ (trong trường hợp cụ thể Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật = Const), thì chế độ điều khiển như vậy của hệ thống điều khiển tự động vòng kín được gọi là chế độ kiểm soát tỷ lệ (điều khiển P).

Nếu bộ điều khiển tạo ra tín hiệu đầu ra ε1(t), tỷ lệ với sai số ε(t) và tích phân của ε(t), tức là. Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật, thì chế độ điều khiển này được gọi tích hợp theo tỷ lệ (điều khiển PI). ==> Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuậtĐâu b – hệ số tỷ lệ (trong trường hợp cụ thể b = Hằng số).

Thông thường, điều khiển PI được sử dụng để cải thiện độ chính xác của điều khiển (quy định).

Nếu bộ điều khiển tạo ra tín hiệu đầu ra ε1(t), tỷ lệ với sai số ε(t) và đạo hàm của nó thì chế độ này được gọi là phân biệt theo tỷ lệ (điều khiển PD): ==> Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

Thông thường, việc sử dụng điều khiển PD sẽ làm tăng hiệu suất của ACS

Nếu bộ điều khiển tạo ra tín hiệu đầu ra ε1(t), tỷ lệ với sai số ε(t), đạo hàm của nó và tích phân của sai số ==> Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật, thì chế độ này được gọi thì chế độ điều khiển này được gọi chế độ điều khiển vi phân tỷ lệ-tích phân (điều khiển PID).

Điều khiển PID thường cho phép bạn cung cấp độ chính xác điều khiển “tốt” với tốc độ “tốt”

1.4. Phân loại hệ thống điều khiển tự động

1.4.1. Phân loại theo kiểu mô tả toán học

Dựa vào kiểu mô tả toán học (các phương trình động học và tĩnh học), hệ thống điều khiển tự động (ACS) được chia thành tuyến tính и phi tuyến hệ thống (súng tự hành hoặc SAR).

Mỗi “lớp con” (tuyến tính và phi tuyến) được chia thành một số “lớp con”. Ví dụ, pháo tự hành tuyến tính (SAP) có sự khác biệt về kiểu mô tả toán học.
Vì học kỳ này sẽ xem xét các đặc tính động của chỉ các hệ thống điều khiển (điều chỉnh) tự động tuyến tính, nên dưới đây chúng tôi đưa ra cách phân loại theo kiểu mô tả toán học cho các hệ thống điều khiển tự động tuyến tính (ACS):

1) Hệ thống điều khiển tự động tuyến tính mô tả các biến đầu vào-đầu ra bằng phương trình vi phân thông thường (ODE) với Vĩnh viễn hệ số:

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

đâu x (t) - ảnh hưởng đầu vào; y (t) – ảnh hưởng đầu ra (giá trị điều chỉnh được).

Nếu chúng ta sử dụng dạng toán tử (“compact”) để viết ODE tuyến tính thì phương trình (1.4.1) có thể được biểu diễn dưới dạng sau:

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

ở đâu, p = d/dt - toán tử vi phân; L(p), N(p) là các toán tử vi phân tuyến tính tương ứng, bằng:

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

2) Hệ thống điều khiển tự động tuyến tính được mô tả bằng phương trình vi phân tuyến tính thông thường (ODE) với biến (theo thời gian) hệ số:

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

Trong trường hợp chung, các hệ thống như vậy có thể được phân loại là hệ thống điều khiển tự động phi tuyến tính (NSA).

3) Hệ thống điều khiển tự động tuyến tính mô tả bằng phương trình sai phân tuyến tính:

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

đâu f(…) – hàm tuyến tính của các đối số; k = 1, 2, 3… - số nguyên; Δt – khoảng lượng tử hóa (khoảng lấy mẫu).

Phương trình (1.4.4) có thể được biểu diễn dưới dạng ký hiệu “thu gọn”:

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

Thông thường, mô tả về hệ thống điều khiển tự động tuyến tính (ACS) này được sử dụng trong các hệ thống điều khiển kỹ thuật số (sử dụng máy tính).

4) Hệ thống điều khiển tự động tuyến tính có độ trễ:

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

đâu L(p), N(p) - toán tử vi phân tuyến tính; τ - thời gian trễ hoặc độ trễ không đổi.

Nếu các nhà khai thác L(p) и N(p) thoái hóa (L(p) = 1; N(p) = 1), thì phương trình (1.4.6) tương ứng với mô tả toán học về động lực học của liên kết trễ lý tưởng:

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

và một minh họa đồ họa về các thuộc tính của nó được hiển thị trong Hình. 1.4.1

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật
Cơm. 1.4.1 - Đồ thị đầu vào và đầu ra của liên kết trễ lý tưởng

5) Hệ thống điều khiển tự động tuyến tính mô tả bằng phương trình vi phân tuyến tính trong dẫn một phần. Những khẩu pháo tự hành như vậy thường được gọi là phân phối hệ thống điều khiển. ==> Một ví dụ “trừu tượng” về mô tả như vậy:

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

Hệ phương trình (1.4.7) mô tả động lực học của hệ thống điều khiển tự động phân bố tuyến tính, tức là đại lượng được kiểm soát không chỉ phụ thuộc vào thời gian mà còn phụ thuộc vào một tọa độ không gian.
Nếu hệ thống điều khiển là một đối tượng “không gian” thì ==>

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

đâu Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật phụ thuộc vào tọa độ thời gian và không gian được xác định bởi vectơ bán kính Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

6) Mô tả pháo tự hành hệ thống ODE, hoặc hệ phương trình sai phân, hoặc hệ phương trình vi phân từng phần ==>, v.v....

Một cách phân loại tương tự có thể được đề xuất cho các hệ thống điều khiển tự động phi tuyến tính (SAP)…

Đối với các hệ thống tuyến tính, các yêu cầu sau được đáp ứng:

  • tuyến tính của các đặc tính tĩnh của ACS;
  • tuyến tính của phương trình động lực học, tức là các biến được đưa vào phương trình động lực học chỉ trong tổ hợp tuyến tính.

Đặc tính tĩnh là sự phụ thuộc của đầu ra vào mức độ ảnh hưởng của đầu vào ở trạng thái ổn định (khi tất cả các quá trình nhất thời đã chết).

Đối với các hệ được mô tả bằng phương trình vi phân tuyến tính thông thường có hệ số không đổi, đặc tính tĩnh thu được từ phương trình động (1.4.1) bằng cách đặt tất cả các số hạng không dừng về XNUMX ==>

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

Hình 1.4.2 trình bày các ví dụ về đặc tính tĩnh tuyến tính và phi tuyến của hệ thống điều khiển (điều chỉnh) tự động.

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật
Cơm. 1.4.2 - Ví dụ về đặc tính tuyến tính và phi tuyến tĩnh

Tính phi tuyến của các số hạng chứa đạo hàm thời gian trong phương trình động có thể phát sinh khi sử dụng các phép toán phi tuyến (*, /, Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật, Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật, tội lỗi, ln, v.v.). Ví dụ, xét phương trình động lực học của một số pháo tự hành “trừu tượng”

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật

Lưu ý rằng trong phương trình này, với đặc tính tĩnh tuyến tính Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật số hạng thứ hai và thứ ba (thuật ngữ động) ở vế trái của phương trình là phi tuyến, do đó ACS được mô tả bằng một phương trình tương tự là phi tuyến trong năng động kế hoạch.

1.4.2. Phân loại theo tính chất tín hiệu truyền đi

Dựa trên bản chất của tín hiệu được truyền đi, hệ thống điều khiển (hoặc điều chỉnh) tự động được chia thành:

  • hệ thống liên tục (hệ thống liên tục);
  • hệ thống chuyển tiếp (hệ thống hành động chuyển tiếp);
  • hệ thống hành động rời rạc (xung và kỹ thuật số).

hệ thống tiếp diễn hành động được gọi là một ACS như vậy, trong mỗi liên kết của nó tiếp diễn thay đổi tín hiệu đầu vào theo thời gian tương ứng với liên tục sự thay đổi tín hiệu đầu ra, trong khi quy luật thay đổi tín hiệu đầu ra có thể tùy ý. Để pháo tự hành hoạt động liên tục cần có đặc tính tĩnh của tất cả các liên kết được liên tục.

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật
Cơm. 1.4.3 - Ví dụ về hệ thống liên tục

hệ thống tiếp sức hành động được gọi là hệ thống điều khiển tự động, trong đó ít nhất trong một liên kết, với sự thay đổi liên tục của giá trị đầu vào, giá trị đầu ra tại một số thời điểm của quá trình điều khiển sẽ thay đổi “nhảy” tùy thuộc vào giá trị của tín hiệu đầu vào. Đặc tính tĩnh của một liên kết như vậy có điểm dừng hoặc gãy với vỡ.

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật
Cơm. 1.4.4 - Ví dụ về đặc tính tĩnh của rơle

hệ thống rời rạc hành động là một hệ thống trong đó ít nhất trong một mắt xích, với sự thay đổi liên tục về số lượng đầu vào, số lượng đầu ra có loại xung riêng lẻ, xuất hiện sau một thời gian nhất định.

Liên kết chuyển đổi tín hiệu liên tục thành tín hiệu rời rạc được gọi là liên kết xung. Một loại tín hiệu truyền tương tự xảy ra trong hệ thống điều khiển tự động bằng máy tính hoặc bộ điều khiển.

Các phương pháp (thuật toán) được triển khai phổ biến nhất để chuyển đổi tín hiệu đầu vào liên tục thành tín hiệu đầu ra dạng xung là:

  • điều chế biên độ xung (PAM);
  • Điều chế độ rộng xung (PWM).

Trong bộ lễ phục. Hình 1.4.5 trình bày đồ họa minh họa của thuật toán điều chế biên độ xung (PAM). Ở đầu hình. sự phụ thuộc thời gian được trình bày x (t) - tín hiệu ở lối vào vào phần xung lực. Tín hiệu đầu ra của khối xung (link) y (t) – một chuỗi các xung hình chữ nhật xuất hiện với vĩnh viễn chu kỳ lượng tử hóa Δt (xem phần dưới của hình). Độ dài của các xung là như nhau và bằng Δ. Biên độ xung ở đầu ra của khối tỷ lệ thuận với giá trị tương ứng của tín hiệu liên tục x(t) ở đầu vào của khối này.

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật
Cơm. 1.4.5 - Thực hiện điều chế biên độ xung

Phương pháp điều chế xung này rất phổ biến trong các thiết bị đo điện tử của hệ thống điều khiển và bảo vệ (CPS) của các nhà máy điện hạt nhân (NPP) vào những năm 70...80 của thế kỷ trước.

Trong bộ lễ phục. Hình 1.4.6 minh họa bằng đồ họa của thuật toán điều chế độ rộng xung (PWM). Ở đầu hình. 1.14 thể hiện sự phụ thuộc thời gian x (t) – tín hiệu ở đầu vào liên kết xung. Tín hiệu đầu ra của khối xung (link) y (t) – một chuỗi các xung hình chữ nhật xuất hiện với chu kỳ lượng tử hóa không đổi Δt (xem phần dưới của Hình 1.14). Biên độ của tất cả các xung là như nhau. Thời lượng xung Δt ở đầu ra của khối tỷ lệ thuận với giá trị tương ứng của tín hiệu liên tục x (t) ở đầu vào của khối xung.

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật
Cơm. 1.4.6 - Thực hiện điều chế độ rộng xung

Phương pháp điều chế xung này hiện nay phổ biến nhất trong các thiết bị đo điện tử của hệ thống điều khiển và bảo vệ (CPS) của nhà máy điện hạt nhân (NPP) và ACS của các hệ thống kỹ thuật khác.

Kết thúc tiểu mục này, cần lưu ý rằng nếu hằng số thời gian đặc trưng ở các liên kết khác của pháo tự hành (SAP) nhiều hơn đáng kể Δt (theo bậc độ lớn), thì hệ thống xung có thể coi là hệ thống điều khiển tự động liên tục (khi sử dụng cả AIM vàPWM).

1.4.3. Phân loại theo tính chất kiểm soát

Căn cứ vào bản chất của quá trình điều khiển, hệ thống điều khiển tự động được chia thành các loại sau:

  • hệ thống điều khiển tự động xác định, trong đó tín hiệu đầu vào có thể được liên kết rõ ràng với tín hiệu đầu ra (và ngược lại);
  • ACS ngẫu nhiên (thống kê, xác suất), trong đó ACS “phản ứng” với tín hiệu đầu vào nhất định ngẫu nhiên (ngẫu nhiên) tín hiệu đầu ra.

Tín hiệu ngẫu nhiên đầu ra được đặc trưng bởi:

  • luật phân phối;
  • kỳ vọng toán học (giá trị trung bình);
  • độ phân tán (độ lệch chuẩn).

Bản chất ngẫu nhiên của quá trình điều khiển thường được quan sát thấy trong về cơ bản ACS phi tuyến cả từ quan điểm của các đặc tính tĩnh và từ quan điểm (thậm chí ở mức độ lớn hơn) về tính phi tuyến của các số hạng động trong các phương trình động lực.

Giới thiệu lý thuyết điều khiển tự động. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết điều khiển hệ thống kỹ thuật
Cơm. 1.4.7 - Phân phối giá trị đầu ra của hệ thống điều khiển tự động ngẫu nhiên

Ngoài các loại phân loại chính của hệ thống điều khiển ở trên, còn có các phân loại khác. Ví dụ, việc phân loại có thể được thực hiện theo phương pháp kiểm soát và dựa trên sự tương tác với môi trường bên ngoài và khả năng thích ứng của ACS với những thay đổi của các thông số môi trường. Hệ thống được chia thành hai lớp lớn:

1) Hệ thống điều khiển thông thường (không tự điều chỉnh) không có sự điều chỉnh; Các hệ thống này thuộc loại hệ thống đơn giản, không thay đổi cấu trúc trong quá trình quản lý. Chúng được phát triển nhất và được sử dụng rộng rãi. Các hệ thống điều khiển thông thường được chia thành ba lớp con: hệ thống điều khiển vòng hở, vòng kín và hệ thống điều khiển kết hợp.

2) Hệ thống điều khiển tự điều chỉnh (thích ứng). Trong các hệ thống này, khi các điều kiện hoặc đặc điểm bên ngoài của đối tượng được điều khiển thay đổi, sẽ xảy ra sự thay đổi tự động (không được xác định trước) trong các thông số của thiết bị điều khiển do thay đổi hệ số hệ thống điều khiển, cấu trúc hệ thống điều khiển hoặc thậm chí là đưa vào các phần tử mới. .

Một ví dụ khác về phân loại: theo cơ sở phân cấp (một cấp, hai cấp, đa cấp).

Chỉ những người dùng đã đăng ký mới có thể tham gia khảo sát. Đăng nhập, xin vui lòng.

Tiếp tục xuất bản bài giảng về UTS?

  • 88,7%Có118

  • 7,5%10

  • 3,8%tôi không biết5

133 người dùng bình chọn. 10 người dùng bỏ phiếu trắng.

Nguồn: www.habr.com

Thêm một lời nhận xét