Показатели качества переходного процесса(и что такое переходный процесс)

6. Классификация систем управления

1. По типу решаемой задачи различают системы: стабилизации, программные, следящие.

В системах стабилизации (стабилизирующие системы) поддерживается постоянное значение управляемой величины при изменяющихся возмущающих воздействиях (стабилизация температуры, давления, напряжения, углового положения летательного аппарата и т.п.).

В программных системах обеспечивается изменение управляемой величины по заранее заданной программе. Такая задача возникает, например, при выводе ракеты на заданную траекторию, при развороте зеркала телескопа с целью компенсации вращения Земли, в бытовой технике (например, в стиральной машине) и т.д.

Следящие системы отличаются от программных лишь тем, что программа заранее неизвестна, управляемая величина воспроизводит произвольно изменяющееся задающее воздействие. В качестве задающего устройства выступает устройство, следящее за изменением какого-либо внешнего параметра. Эти изменения и будут определять изменения выходной величины системы. Например, рука робота, повторяющая движения руки человека, антенна радиолокатора, следящая за маневрирующей целью, фреза копировально-фрезерного станка, воспроизводящая движение щупа по копиру.

Все три рассмотренные вида систем управления могут быть построены по любому из трех фундаментальных принципов управления. Для них характерно требование совпадения выходной величины с некоторым предписанным значением на входе, которое само может меняться. То есть в любой момент времени требуемое значение выходной величины определено однозначно.

2. По количеству входов и выходов системы (количеству регулируемых величин) системы могут быть одномерными и многомерными.

Одномерные системы имеют один вход и один выход и соответственно обеспечивают регулирование одной величины. Однако на практике при управлении системами требуется отслеживание и регулирование нескольких величин, тогда система является многомерной. Исследование многомерных систем— достаточно сложная задача. Поэтому в инженерных расчетах стараются иногда упрощенно представить многомерную систему как несколько одномерных.

3. По количеству контуров регулирования (обратных связей) различают системы: одно- и многоконтурные системы управления.

4. По виду используемой энергии различают системы:электрические, пневматические, гидравлические, электропневматические, электрогидравлические.

5. По характеру сигналов различают системы: непрерывные, дискретные и непрерывно-дискретные.

В непрерывных (аналоговых) системах выходные сигналы всех элементов являются непрерывными функциями входных сигналов. Непрерывные системы описываются дифференциальными уравнениями, и не содержат компьютеры и другие элементы дискретного действия (микропроцессоры, логические интегральные схемы).

Если хотя бы один элемент системы имеет дискретную зависимость между входной и выходной величинами, то система является дискретной.

Микропроцессоры и компьютеры — это дискретные системы, поскольку в них вся информация хранится и обрабатывается в дискретной форме. Компьютер не может обрабатывать непрерывные сигналы, поскольку работает только с последовательностямичисел. Примеры дискретных систем можно найти в экономике (период отсчета — квартал или год) и в биологии (модель «хищник-жертва»). Для их описания применяют разностные уравнения.

Существуют также и гибридные непрерывно-дискретные системы, например, компьютерные системы управления движущимися объектами (кораблями, самолетами, автомобилями и др.). В них часть элементов описывается дифференциальными уравнениями, а часть — разностными. С точки зрения математики это создает большие сложности для их исследования, поэтому во многих случаях непрерывно-дискретные системы сводят к упрощенным чисто непрерывным или чисто дискретным моделям.

6. По математическому описанию различают системы: линейные и нелинейные.

К линейным системам применим принцип суперпозиции, в соответствии с которым выходной сигнал линейной системы на любое произвольное входное воздействие можно определить через ее реакцию на определенное типовое воздействие.

К нелинейным системам относятся системы, у которых хотя бы один элемент имеет нелинейную зависимость между входной и выходной величинами. Нелинейные системы описываются нелинейными дифференциальными уравнениями. Закон управления в такой системе представляет собой нелинейную функцию.

7. По поведению параметров системы во времени различают системы: стационарные и нестационарные. Если в период эксплуатации параметры являются неизменными, то система считается стационарной, в противном случае — нестационарной.

8. По характеру внешних воздействий (задающего и возмущающего) различают системы: детерминированные и стохастические. В детерминированных системах внешние воздействия имеют вид постоянных функций времени. В стохастических (вероятностных) системах внешние воздействия имеют вид случайных функций.

Например, для исследования качки корабля на первом этапе можно считать, что волна имеет форму синуса известной амплитуды и частоты. Это детерминированная модель. С помощью такого подхода можно получить только приближенные результаты. Однако форма волны приближенно описывается как сумма синусоид, которые имеют случайные, т.е. неизвестные заранее, частоты, амплитуды и фазы.

Теория стохастических систем позволяет получать только вероятностные результаты. Например, нельзя гарантировать, что угол отклонения корабля от курса всегдабудет равен , но можно попытаться обеспечить такое отклонение с некоторой вероятностью.

9. По обеспечению оптимального управления различают системы: оптимальные и неоптимальные системы.

Оптимальной называется такая система управления, которой тем или иным способом приданы наилучшие качества в каком-либо определенном смысле. Так, например, система, обеспечивающая максимально возможную точность управле­ния объектом, является оптимальной в смысле минимума ошибки. Система, которая переводит объект из заданного начального состояния в конечное за минимально воз­можное время, является оптимальной по быстродействию. Система, решающая ту же задачу за заданное время при минимально возможных затратах энергии, является оп­тимальной в смысле минимального расхода энергии. Эти системы могут работать в соответствии с любым из трех фундаментальных принципов управления.

10. По обеспечению адаптивного управления различают системы: неадаптивные и адаптивные системы, которые в свою очередь делятся на экстремальные и самонастраивающиеся системы.

В адаптивных системах предусмотрена возможность автоматической перенастройки параметров или изменения принципиальной схемы системы с целью приспособления к изменяющимся внешним условиям.

В экстремальных системах требуется, чтобы выходная величина всегда принимала экстремальное значение из всех возможных, которое заранее не определено и может непредсказуемо изменяться. Для его поиска система выполняет небольшие пробные движения и анализирует реакцию выходной величины на эти пробы. После этого вырабатывается управляющее воздействие, приближающее выходную величину к экстремальному значению. Процесс повторяется непрерывно. Так как в данных системах происходит непрерывная оценка выходного параметра, то они выполняются только в соответствии с третьим принципом управления: принципом обратной связи.

Экстремальное управление может применяться, например, для поддержания наиболее экономичной скорости полета самолета, соответствующей минимальному секундному расходу топлива при изменяющейся высоте полета, массе самолета, скорости и направлении ветра. При этом будет достигнута и максимальная дальность полета при заданном запасе топлива.

В тех случаях, когда закон изменения параметров объекта во времени заранее хорошо известен, можно рассчитать, как и когда нужно менять параметры управля­ющего устройства, чтобы качество работы автоматической системы в целом остава­лось неизменно хорошим. Так делается, например, в некоторых системах управле­ния ракетами, у которых в процессе полета из-за выгорания топлива изменяется масса, а из-за изменения плотности атмосферы — эффективность исполнительных орга­нов. Если же составление такой программы оказывается невозможным вследствие незнания истинного закона изменения хотя бы некоторых параметров объекта, то прибегают к построению так называемой самонастраивающейся системы. Для этого в систему вводятся дополнительные автоматические устройства, которые определя­ют отклонение какого-либо показателя качества от его требуемого значения и изме­няют параметры управляющего устройства или даже его структуру с целью мини­мизации указанного отклонения.

Дата добавления: 2015-10-29