Общие сведения о системах автоматического управления

Теория систем автоматического управления

ВИДЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Понятие о замкнутых автоматических системах

Существует чрезвычайно большое разнообразие автоматических систем, выполняющих те или иные функции но управлению самыми различными физическими процессами во всех областях техники. В этих системах сочетаются весьма разнообразные по конструкции механические, электрические и другие устройства, составляя, в общем, сложный комплекс взаимодействующих друг с другом звеньев.

Примерами автоматических систем могут служить:

а) автомат включения освещения, в котором имеется фотоэлемент, реагирующий на силу дневного света, и специальное устройство для включения освещения, срабатывающее от определенного сигнала фотоэлемента;

б) автомат, выбрасывающий какие-либо предметы (билеты, шоколад) при опускании в него определенной комбинации монет;

в) автоматический регулятор скорости вращения двигателя, поддерживающий постоянную угловую скорость двигателя независимо от внешней нагрузки (аналогично — регуляторы температуры, давления, напряжения, частоты и пр.);

г) автопилот, поддерживающий определенный курс и высоту полета самолета без помощи летчика;

д) следящая система, на выходе которой с определенной точностью воспроизводится произвольное во времени изменение какой-нибудь величины, подан ной па вход;

е) система самонаведения снаряда на цель и пр.

Все эти и им подобные автоматические системы можно разделить на два больших класса:

автоматы, выполняющие определенного рода одноразовые или многоразовые операции; сюда относятся, например, автомат включения освещения, билетный автомат и т. п.;

рическое напряжение, частоту, температуру, давление, громкость звука и пр.) в том или ином управляемом процессе. Сюда относятся автоматические регуляторы, следящие системы, автопилоты, системы самонаведения и т.п.

В данной книге будут рассматриваться только автоматические системы второго класса. Эти последние делятся в свою очередь на незамкнутые и замкнутые автоматические системы.

Общая схема незамкнутой системы в двух вариантах представлена на рис.1,1 а и 6. Это — простейшие схемы управления: полуавтоматические, когда источником воздействия является человек, и автоматические, если источником воздействия является изменение каких-либо внешних условий, в которых работает данная система (температура или давление окружающей среды, электрический ток, освещенность, изменение частоты и т. п.).

Схема, показанная на рис. 1.1,6, отличается от схемы па рис. 1.1, а тем, что кроме органов управления имеются еще контрольные приборы, которые дают возможность наблюдать за протеканием процесса в управляемом объекте.

Характерным для незамкнутой системы является то, что процесс работы системы не зависит непосредственно от результата ее воздействия на управляемый объект, т. е. в пей отсутствует обратная связь.

Естественным дальнейшим усовершенствованием автоматической системы является замыкание ее выхода со входом таким образом, чтобы контрольные приборы, измерив некоторые величины, характеризующие определенный процесс в управляемом объекте, сами служили бы одновременно и источником воздействия на систему, причем величина этого воздействия зависела бы оттого, насколько отличаются измеренные величины на управляемом объекте от требуемых значений.

Таким образом, возникает замкнутая автоматическая система. В наиболее компактной форме она представлена па рис. 1.2. Характерной особенностью этой системы является наличие обратной связи, благодаря которой информация о состоянии управляемого объекта передается в управляющее устройство.

Очевидно, что в замкнутой автоматической системе имеется полная взаимозависимость работы всех звеньев друг от друга. Протекание всех процессов в замкнутой системе коренным образом отличается от процессов в незамкнутой системе. Замкнутая система совершенно по другому реагирует па внешние возмущающие воздействия. Различные ценные свойства замкнутых автоматических систем делают их

незаменимыми во многих случаях, когда требуется точность и быстродействие управления.

Введем общую терминологию для автоматических систем, изобразив общую схему в виде рис. 1.3.

, вызывающее нежелательной изменение управляемой величины, называется возмущающим воздействием, или возмущением (порывы ветра, изменение температуры окружающей среды и др.).

. Сравниваю-

независимо от причины, вызвавшей это рассогласование.

Наиболее распространенными задачами, которые решают системы автоматического управления, являются стабилизация, выполнение заданной программы и слежение.

Системы, поддерживающие постоянное значение управляемой величины при изменяющихся возмущающих воздействиях называются стабилизирующими системами (стабилизация температуры, давления, напряжения, углового положения летательного аппарата и т. п.). Управляющее устройство таких систем иногда называют регулятором, а сами системы — системами автоматического регулирования.

Системы, изменяющие управляемую величину по заранее заданной программе, называются программными системами. Такая задача возникает, например, при выводе ракеты на заданную траекторию, при развороте зеркала телескопа с целью компенсации вращения Земли и в других случаях.