Управление и регулирование Основные понятия

Управление и
регулирование
Основные понятия
F
d
U
Y
X
Объект управления
Состояние объекта:
описывается множеством переменных X = {x1;x2;…xn}
контролируется путем измерения переменных Y = {y1;y2;…yl}
зависит от:
возмущающих воздействий F = {f1;f2;…fk}
управляющих воздействий U = {u1;u2;…um}
Управление и регулирование
Для управления объектом требуется знать:
для чего нужно им управлять (цель управления)
•
выработка продукта с заданными (наилучшими) характеристиками
обеспечение оптимальной и безопасной работы оборудования
перемещение из одной точки в другую за заданное (минимальное) время
и т.д. и т.п…
•
как можно им управлять (модель объекта управления)
Модель объекта связывает его внутренние переменные X c
входными воздействиями U, F и измеряемыми величинами Y
если приоткрыть кран с горячей водой, температура будет
повышаться и выходной сигнал термопары увеличится
dX/dt = F1(X,U,F), Y =F2(X,U,F)
Управление и регулирование
Цель управления позволяет определить желаемое
состояние объекта в любой момент времени, т.е.
осуществить планирование (программирование)
Xжелаемое(t)
Цель управления
Планирование
Планирование может осуществляться вручную или автоматически (в
последнем случае цель управления формализуется в виде некоторого
функционала).
Желаемое состояние объекта может быть представлено желаемым состоянием
его выходных величин Yжелаемое(t). Оно может быть неизменным или
изменяться по определенной программе.
Управление и регулирование
Модель объекта управления позволяет построить
регулятор, который будет определять управляющие
воздействия U(t) на основе переработки информации о
желаемом (заданном)состоянии объекта или его выходов;
• текущем значении выходных величин объекта;
• текущем значении возмущений (если они измеряются).
•
X(Y)зад
U
Y
F
Регулятор
Управление и регулирование
Таким образом:
Управление = планирование + регулирование
F
X(Y)зад
ЦУ
U
Y
d
X
Планирование
Регулятор
Объект управления
Регулирование
Управление и регулирование
С другой стороны:
под регулированием обычно понимают стабилизацию или
воспроизведение непрерывных величин (уровень,
давление и т.д.). Системы управления дискретными
операциями называют системами программно-логического
управления;
 в большей части теория управления не занимается
вопросами планирования. Считается, что желаемое
состояние объекта в любой момент времени известно
(определено на более высоком уровне управления). Это
не касается «продвинутых» разделов теории, таких,
например, как оптимальные и адаптивные системы.

Управление и регулирование

по способу управления (на основе каких сигналов
формируется управление)
САР
Разомкнутые
С управлением по
заданию
С управлением по
возмущению
Замкнутые
С управлением
по отклонению
Комбинированные
Классификация систем автоматического регулирования

разомкнутая САР с управлением по заданию
U
d
Регулятор
Объект управления
способ может
применяться только
в случае, если
поведение объекта
определяется в
основном
управляющим
воздействием и мало
зависит от
возмущений
Классификация систем автоматического регулирования

разомкнутая САР с управлением по возмущению
F
U
Регулятор
d
Объект управления
способ применяется,
если поведение
объекта
определяется одним
или несколькими
возмущающими
воздействиями,
значения которых
можно измерить.
Классификация систем автоматического регулирования

замкнутая САР с управлением отклонению
F
Yзад
Y
U
d
Объект управления
Регулятор
F
E
Yзад
U
Р
-
Y
ОУ
Универсальный
способ.
Недостаток:
регулятор реагирует
на уже имеющиеся
отклонения
E = Yзад- Y – отклонение, ошибка регулирования
Классификация систем автоматического регулирования

замкнутая комбинированная САР
F
Yзад
Y
U
d
Объект управления
Регулятор
F
E
Yзад
U
Р
-
Y
ОУ
Управление по
возмущению в таких
системах по
существу – их
компенсация
Классификация систем автоматического регулирования

по виду задания
САР
Системы
стабилизации
Системы воспроизведения
Задание постоянно
Системы программного
управления
Задание изменяется по
известной программе
Следящие системы
Задание заранее неизвестно
Классификация систем автоматического регулирования

по виду используемых сигналов
САР
Дискретные
Непрерывные
1
0.6
0.2
-0.2
-1
0
Импульсные
Релейные
-0.6
2
4
6
8
Цифровые
10
Квантование по
уровню
1.2
Квантование по
уровню и времени
1.2
0.8
0.8
0.4
0.4
0
0
-0.4
-0.4
-0.8
-1.2
Квантование по
времени
-0.8
0
2
4
6
8
10
-1.2
0
2
4
6
8
10
Классификация систем автоматического регулирования

по виду математической зависимости выхода от входа
САР
Линейные
Нелинейные
Применим принцип суперпозиции
x1
Неприменим принцип суперпозиции
x1
k1
Y
k1
Y = KX
x2
k2
Y = k1(Kx1) +k2(Kx2)
Y
Y = X2
x2
k2
Y = (k1x1 +k2x2)2=
k12x12 +2k1k2x1x2+k22x22 ≠ k1x12 +k2x22
Классификация систем автоматического регулирования

по количеству регулируемых величин
САР
Многомерные
Одномерные
yзад
Р
u
ОУ
y
Несвязного
регулирования
-
y1зад-
y1зад
-
Р1
Р2
Связного
регулирования
u1
y1
y1зад-
u1
y1
u2
y2
y1зад
u2
y2
ОУ
-
Р
ОУ
Классификация систем автоматического регулирования

по постоянству параметров (математического описания)
САР
Стационарные
Нестационарные
Параметры не зависят от
времени (режима работы)
Параметры зависят от
времени (режима работы)
Qпр
Qпр
Qст
Qст
h
dh/dt = (Qпр-Qст)/S,
S = const
h
dh/dt = (Qпр-Qст)/S,
S = S(h)
Классификация систем автоматического регулирования