Понятие о воздействиях и сигналах

I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ И ЭЛЕМЕНТАХ АВТОМАТИКИ

Основные понятия, определения и терминологии автоматики

Любой технологический процесс характеризуется физическими величинами, которые принято называть показателями процесса. Для одних процессов показатели могут быть постоянными, для других допускается их изменение в заданных пределах по определенному закону.

Совокупность предписаний, ведущих к правильному выполнению технологического процесса в каком – либо устройстве или ряде устройств (системе), выполняющих один и тот же технологический процесс, называется алгоритмом (законом) функционированияустройства (системы).

Устройство или совокупность устройств, осуществляющих тот или иной технологический процесс, которые нуждаются в оказании специально организованных командах извне для выполнения его алгоритма функционирование, называется управляемым объектом или объектом управления (ОУ).

Каждый объект управления имеет устройство, называемое управляющим органом, при изменении состояния которого показатели процесса будут изменяться в заданных пределах или в заданном направлении.

Через управляющий орган в объект управления поступают воздействия, которые позволяют реализовать заданный (заранее предписанный) алгоритм функционирование. Совокупность предписаний, определяющая характер воздействий извне на объект управления с целью выполнения им заданного алгоритма функционирования, называется алгоритмом управления.

Физические показатели объекта, которые преднамеренно изменяются или сохраняются неизменными в процессе управления, называют управляемыми (регулируемыми) величинами или координатами.

Обычно управляемые величины в объекте управления характеризуют качественные показатели процесса. Поэтому управлять объектом – это, значит, создавать условия, при которых качественные показатели изменялись бы по требуемому закону с определенной точностью, независимо от действия на объект внешних условий.

Управлением называется преднамеренное воздействие на объект, обеспечивающее достижение определенных самим технологическим процессом целей. Если управление осуществляется без непосредственного участия человека, то оно называетсяавтоматическим, а если с участием то – ручным.

Автоматическим управляющим устройством (АУУ) называют техническое устройство, осуществляющее воздействие на объект управления в соответствии с заложенным в нем алгоритмом управления. Автоматическое управляющее устройство воздействует на объект управления через орган управления.

Совокупность объекта управления и автоматического управляющего устройства, которые взаимодействуют между собой в соответствии с алгоритмом управления, называется системой автоматической управления (САУ)(рис. 1). Следует заметить, что система – это не механический набор, а совокупность взаимодействующих между собой элементов.

Из всех операций управления различными технологическими процессами, объединенных определением автоматической системы управления, наибольший интерес для практических целей представляют операции по поддержанию или изменению показателей процесса. Эти операции получили название регулирование. Техническое устройство, предназначенное для автоматического поддержания постоянного значения показателей процесса регулирования или изменение этих показате­лей по какому – либо требуемому закону, называют автоматическим регулятором. Сочетание объекта регулирование с автоматическим регулятором называютавтоматической системой регулирования (САР)(рис. 1).

Рис.1.1 Структурная схема системы автоматического управления (регулирования) с отрицательной обратной связью. На рисунке показаны следующие элементы: ЗАФ – задатчик алгоритма функционирования (источник информации о задачах управления); АУУ (АР) – автоматическое управляющее устройство (автоматический регулятор) (совместно с элементом сравнения (ЭС) - устройство для обработки информации); У – усилитель; ИМ – исполнительный механизм; ОУ – объект управления; Д – датчик (источник информации о результатах управления)

Основными свойствами любой системы, в том числе и автоматической, являются: целостность, связность, сложность, организованность.

Понятие о воздействиях и сигналах

В процессе работы автоматическая система управления в целом и ее отдельные части испытывают, на себе воздействие различных факторов. Воздействиемв автоматике принято называть взаимодействие между, автоматической системой и внешней средой или одной части системы на другую, при которых в ней самой происходят изменения.

Различают внутренние и внешние воздействия. Внутренним воздействием называют такие, которые передаются от одной части автоматической системы управления на другую, образуя последовательную цепь воздействий обеспечивающие протекание технологического процесса с заданными показателями. Такие воздействия называют управляющими и обозначают, рассматривая их во времени через u(t).

Внешние воздействия разделяют на два вида. К первому относятся та­кие, которые необходимы для нормального протекания технологического процесса. Их подают на вход системы намеренно в соответствии с алгоритмом функционирование, обозначают х(t)или хз(t) и называют задающими. Ко второму виду относятся те, которые воздействуют непосредственно на систему (объект) из внешней среды, то есть из той части, что не входит в рассматриваемую систему автоматического управления. Они носят неза­планированный, зачастую случайный характер, и называются возмущающими воздействиями и обозначаются, рассматривая их изменение во времени через f(t).

Возмущения, в свою очередь, подразделяются на нагрузку и помеху. Нагрузка- это возмущение, поступающее в систему помимо управляющего воздействия, влияющее на переменные состояния и параметры, характеризующие ди­намические свойства объекта управления.

Помеха - это возмущение, искажающее поступающую в управляющее устройство информацию о нагрузке, состоянии и динамических свойствах объекта управления, а так же влияющее на переменные состояния и параметры управляющего устройства. Возмущения могут быть контролируемые и неконтролируемые детерминированными (заданными функциями времени) и стохастическими (случайными), основными и второстепенными.

Возмущающие воздействия также подразделяют на основные и второстепенные. Основные возмущения – это те, которые оказывают наибольшее влияние на управляемую величину у(t), если же влияние незначительно, то его определяют как второстепенное воздействие. Как основные, так и второстепенные воздействия влияют на систему автоматического управления одновременно.

Под воздействием внешних возмущений в системе автоматического управления происходят различные количественные и качественные изменения, в результате чего управляемые (регулируемые) величины приобретают заданные значения или получают требуемый характер изменения. Значение управляемой величины, предусмотренное алгоритмом функционирования, называетсяпредписанным, а измеренное (фактическое) – действительным. Кроме того, задающие воздействие ещё называют входными х(t) илихз(t), а управляемые величины у(t) – выходными как для системы в целом, так и её для отдельных элементов.

Если в системе автоматического управления только одна управляемая величина, то систему называют одноконтурной. Если же их несколько, причем изменение одной величины влияет на другие, то систему считают многоконтурной.

Итог: Управлять объектом - это, значит, вырабатывать управляющее воздействие u(t) с таким расчетом, чтобы управляемая (регулируемая) величина у(t) изменялась по заданному закону и с требуемой точностью независимо от влияния на объект возмущающего воздействия f(t).

Систему автоматического управления, с указанием всех рассмотренных выше воздействий можно представить в виде следующей структурной схемы:

Рис.1.2 Структурная схема системы автоматического управления с отрицательной обратной связью. На рисунке показаны следующие сигналы: х(t) – задающее (предписанное), входное воздействие; u1(t), u2(t), u3(t) – управляющие, внутренние воздействия; у(t) – управляемая (регулируемая), выходная величина; f(t) – возмущающее (внешнее) воздействие; y1(t) – преобразованное значение выходной величины; e(t)=x(t)-y1(t) – сигнал рассогласования между предписанным и фактическим значениями управляемой величины