Теорії автоматичного керування

Пристрій, машина і в цілому система називаються автоматичними, якщо вони виконують свої функції без участі людини.

У зв’язку з появою та розвитком автоматичних пристроїв виникла нова галузь науки та техніки, що займається їх вивченням – автоматика. Автоматика – це прикладна наукова дисципліна, що вивчає принципи побудови та методи розрахунку автоматичних систем. Автоматика складається з двох частин: теорії технічних засобів (елементів) автоматики та теорії автоматичного керування.

Теорія елементів автоматики займається вивченням принципів побудови та методів розрахунку елементів автоматичних систем (датчиків, підсилювачів, двигунів). Теорія автоматичного керування займається вивченням автоматичних систем в цілому.

Автоматичним керуванням називається зміна будь-якої фізичної величини за певним законом без участі людини. У кожному з керованих процесів є об’єкт автоматичного керування (наприклад, водокачка в технологічному процесі водопостачання) і керована величина, яка характеризує фізичні властивості об’єкта і є його показником (наприклад, рівень води у баці водокачки).

Фізична величина, що підлягає керуванню називається керованою величиною, а технічний пристрій (устаткування або його сукупність), в якому здійснюється автоматичне керування – об’єктом керування (ОК).

Мета керування полягає в забезпеченні потрібного закону зміни керованої величини. Цей закон може бути різним. В багатьох технічних задачах вимагається підтримка керованої величини на заданому постійному рівні (для генератора – це напруга та частота обертання). В більш складних випадках необхідно змінювати керовану величину в часі за певним наперед заданим законом. Часто закон зміни керованої величини може бути заздалегідь невідомим, тобто він є випадковою функцією часу.

В реальних об’єктах керування завжди існують причини, що відхиляють керовану величину від потрібного закону керування. Ці причини називаються збурюючими факторами і можуть бути позначені f₁(t), f₂(t),…. Серед всіх збурюючих факторів зазвичай можна відокремити один або декілька, що найбільше впливають на керовану величину. Такі збурення називаються основні, інші другорядні.

Для здійснення керування об’єкт повинен мати орган керування, міняючи положення або стан якого можна впливати на об’єкт (об’єкт керування – літак, орган керування – кермо).

Вплив на орган керування називається керуючим впливом ( ).

Таким чином, загальна схема будь-якого об’єкта керування має вигляд, представлений на рис.2.1.

Пристрій, що автоматично розв’язує задачу керування в даному об’єкті називають автоматичним регулятором. Регулятор виконує функцію вимірювання відхилення керованої величини і перетворення його в керуючий вплив ( ). Не дивлячись на велику кількість різноманітних регуляторів, всі вони будуються на базі одного з двох основних принципів керування: за збуренням та за відхиленням.