КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Автоматические системы можно классифицировать по многим признакам: по назначению (системы управления станками, летательными аппаратами, антеннами радиолокационных станций); по характеру управляемых величин (системы регулирования напряжения, частоты, скорости, ускорения, температуры, давления и др.); по виду используемой для управления энергии (электрические, электронные, гидравлические, пневматические и др.) и т. п.

По характеру изменения задающего воздействия x_вх (t) (требуемого значения управляемой величины) автоматические системы разделяют на три типа: системы стабилизации, программные системы и следящие системы.

Система стабилизации — автоматическая система, предназначенная для поддержания с заданной точностью постоянного значения управляемой величины.

В этой системе требуемое значение управляемой величины постоянно, а ошибка (рассогласование) в установившемся режиме ∆x_уст не должна прево­сходить допустимой величины ∆x_доп:

; .

Влияние возмущающих воздействий в системе стабилизации резко снижается или полностью устраняется. Примерами систем стабилизации являются системы стабилизации напряжения, частоты, скорости и др.

Программная система — автоматическая система, задана которой заключатся в изменении управляемой величины по заранее составленной программе, определяемой задающим воздействием:

; ,

где F_n (t) — программа, заранее известная функция времени.

Примеры программных автоматических систем: системы программного управления станками, системы программного управления полетом космических кораблей, системы программного вывода спутников Земли на расчетные орбиты и т. п.

Следящая система — автоматическая система, задача которой заключается в изменении управляемой величины в соответствии с заранее неизвестной функцией времени, определяемой задающим воздействием:

; ,

где F (t) — заранее неизвестная функция времени.

В следящей системе управляемая величина должна следить за задающим воздействием, являющимся обычно медленно меняющейся, но заранее неизвестной функцией времени. К следящим системам относятся следящие приводы различных объектов, системы автоматической подстройки частоты генераторов, системы телеуправления и самонаведения летательных аппаратов и т. п.

По величине установившейся ошибки автоматические системы подразделяют на статические и астатические. Если при постоянном полезном (x_вх = const) или вредном (f_k = const) воздействии на систему устанавливается отличное от нуля значение ошибки ∆x_уст, то такую систему по отношению к рассматриваемому воздействию называют статической. Если же при постоянном воздействии устанавливается равное нулю значение ошибки, то такую систему по отношению к данному воздействию называют астатической.

По способу передачи и преобразования сигналов автоматические системы разделяют на непрерывные и дискретные. В непрерывных системах передается и преобразуется каждое мгновенное значение сигнала, т. е. сигнал является непрерывной функцией времени. В дискретных системах передается и преоб­разуется сигнал, квантованный по времени, по уровню или одновременно по времени и по уровню.

По виду дифференциальных уравнений, которыми описываются автома­тические системы, их можно подразделить на линейные и нелинейные.

Автоматические системы, динамика которых описывается нелинейными уравнениями, называются нелинейными системами. Большинство автоматиче­ских систем являются нелинейными. Нелинейности возникают по различным причинам: из-за наличия зон нечувствительности и зон насыщения в статиче­ских характеристиках отдельных элементов, при включении в управляющее устройство системы нелинейных элементов (реле) и т. п. Если нелинейности сильно влияют на динамические свойства системы, то их учитывают и исследу­ют систему как нелинейную. Однако во многих случаях, особенно в системах с обратными связями при малых отклонениях, нелинейности оказывают несущественное влияние , и такие системы можно считать линейными.

Линейными автоматическими системами называют такие системы, кото­рые можно описать с достаточной точностью линейными уравнениями (алгеб­раическими, дифференциальными, уравнениями в конечных разностях и т. д.). Линейные системы подразделяют на стационарные и нестационарные. Пара­метры линейных стационарных систем неизменны во времени, эти системы описываются линейными уравнениями с постоянными коэффициентами. Ли­нейные нестационарные системы имеют переменные во времени параметры и описываются линейными уравнениями с переменными коэффициентами.

Другие признаки классификации автоматических систем будут даны в по­следующих беседах.

Подведем итога. Основными понятиями автоматики являются: управляе­мый объект, управление, автоматическое управляющее устройство, автомати­ческая система, воздействие, сигнал, обратная связь. Эти понятия применимы к автоматическим системам любой физической природы.

В настоящее время известны и находят широкое применение четыре прин­ципа автоматического управления: принцип управления по отклонению (прин­цип обратной связи), принцип управления по возмущению, принцип комбини­рованного управления и принцип адаптации. Появление нового принципа управления — принципа адаптации — самое важное достижение теории ав­томатического управления за последние 10 лет. Этот принцип приводит к со­зданию перспективного и быстро развивающегося класса самонастраивающихся автоматических систем.

Автоматические системы с обратной связью освоены наиболее полно и внед­рены в различные отрасли современной техники.