litceysel.ru
добавить свой файл
1
ТЕРМИНОЛОГИЯ


  1. Система управления

Управление – процесс выработки и осуществления управляющих воздействий, обеспечивающих достижение целей управления.

Выработка управляющих воздействий – сбор, передача и обработка необходимой информации, принятие решений и определение управляющих воздействий.

Осуществление управляющих воздействий – передача управляющих воздействий и при необходимости преобразование их в форму непосредственно воспринимаемую объектом управления.

Устройство, предназначенное для осуществления управления, первоначально, по аналогии с английским языком (controlling object), называли управляющим объектом и под системой управления (СУ) понимали совокупность объекта управления и управляющего объекта.

С некоторого времени, сложность и многофункциональность управляющих объектов привели к переносу на них термина – система управления. При таком использовании этого термина, обычно он дополняется названием объекта управления.


2. Объекты управления

Объект управления (ОУ) – это объект, для функционирования которого необходимы и допустимы специально организованные воздействия.

В зависимости от свойств или назначению ОУ могут быть отнесены: к техническим, технологическим, экономическим, организационным, социальным и т.д. отдельным объектам или комплексам.

Многообразие ОУ привело к их классификации по значительному количеству признаков, охватывающих наиболее существенные свойства ОУ.

Общие признаки классификации и видыОУ:

- количество целей управления: одноцелевые, многоцелевые;

- пространственная близость элементов ОУ: сосредоточенные, рассредоточенные;

Признаки классификации и виды ОУ по особенностям их математического описания


- вид операторов связи входных и выходных координат: линейные, нелинейные;

- класс дифференциальных уравнений: с сосредоточенными параметрами, распределенными параметрами;

- вид шкалы значений координат объекта: аналоговый, дискретный, аналого-дискретный;

- степень зависимости выходных координат от момента времени входных:


  • комбинационный дискретный – значения выходных координат в каждый момент времени зависят только от значений входных координат в тот же момент времени;

  • последовательностный дискретный – значения выходных координат хотя бы в один момент времени зависят от значений входных координат как в тот же момент времени, так и в предшествующие моменты времени;

- степень определенности операторов связи входных и выходных координат объекта: детерминированные, стохастические (стационарные или нестационарные);

- характер временной связи входных и выходных координат в объекте: безынерционные, инерционные, с чистым запаздыванием;

- степень связности процессов в объекте:

  • односвязный – каждая управляемая координата зависит только от одной соответствующей ей управляющей координаты;

  • многосвязный – хотя бы одна управляемая координата зависит от нескольких управляющих координат или несколько управляемых координат зависят от одной и той же управляющей координаты;

- степень сложности структуры объекта:

  • одномерный – содержит одну управляющую координату и одну управляемую координату;

  • многомерный – содержит несколько управляющих и (или) управляемых координат;

  • комплексы – совокупность объектов.


3. Воздействия и сигналы

Качественное и количественное влияние одних объектов на другие в системах управления определяется лишь некоторыми признаками или параметрами воздействий и сигналов. Под сигналом понимают совокупность несущего воздействия и передаваемой информации. Такое определение учитывает наличие вещественного или энергетического носителя информации, а сама информация кодируется лишь в некотором признаке или параметре этого носителя. Например, носителем сигнала на выходе индуктивного датчика является переменный ток, а информация представляется фазой или амплитудой тока.


Для оценки воздействия существенны понятия:

- главный признак – признак воздействия, качественно характеризующий рассматриваемое влияние других объектов на данный объект;

- главный параметр – параметр воздействия, количественно характеризующий рассматриваемое влияние других объектов на данный объект;

-

Для характеристики сигналов существенны:

- информативный признак – признак несущего воздействия сигнала, качественно отображающий передаваемую информацию;

- информативный параметр – параметр несущего воздействия сигнала, количественно отображающий передаваемую информацию.

Признаки классификации и классы воздействий и сигналов:

- функциональные назначения воздействий (сигналов):


  • входные, выходные, внутренние, внешние;

  • обратной связи – воздействие, реализующее обратную связь;

  • отклонения – воздействие, значение которого представляют несоответствие значений управляемой координаты значениям воздействия уставки;

  • уставки – задающее воздействие, значения которого представляют заданные значения управляемой координаты;

  • настройки, помехи;

- вид шкалы значений главного (информативного) параметра или признака: аналоговые, дискретные: двоичные, кодовые, числовые;

- характер воздействий (сигналов) во времени: непрерывные, прерывистые - оказываемое на ОУ лишь в определенные интервалы времени, периодические;

- физическая природа главного (информативного) параметра или признака: амплитудные, частотные, фазовые, временные, интенсивностные – непрерывное воздействие, главным параметром которого является мгновенное значение некоторого параметра этого воздействия, усредняемые;


- степень предсказуемости значения воздействия (сигнала) – детерминированные, стохастические: стационарные, нестационарные;

- степень сложности воздействия (сигнала): однопараметрическое – воздействие с одним главным признаком или параметром; многопараметрическое - воздействие с несколькими главными признаками или параметрами; составные: с частотным разделением; с временным разделением.


4. Виды управления

Виды управления классифицируются по признаку цели управления. Выделяются наиболее часто встречающиеся в теории виды целей, положившие начало развитию соответствующих классов СУ:


  1. Координацияуправление, цель которого заключается в согласовании процессов в разных элементах (подсистемах) ОУ.

  2. Регулирование – управление, цель которого заключается в обеспечении близости текущих значений одной или нескольких координат объекта управления к их заданным значениям.

Разновидностями регулирования являются:

  • стабилизация – регулирование, цель которого заключается в обеспечении постоянства значений управляемых координат на заданном интервале времени;

  • следящее регулирование – регулирование, цель которого заключается в обеспечении соответствия значений управляемых координат значениям воздействий (сигналов) уставки, меняющимся заранее не известным образом;

  • программное управление – регулирование, цель которого заключается в обеспечении соответствия значений управляемых координат значениям воздействий (сигналов) уставки, меняющимся заранее известным образом.

3. Оптимальное управлениеуправление, цель которого заключается в обеспечении экстремального значения показателя качества управления; например, систему, обладающую наибольшей, с какой-нибудь определенной точки зрения, точностью среди всех систем данного класса можно считать оптимальной.


4. Экстремальное управление – управление, цель которого заключается в достижении и удержании экстремума заданного показателя качества функционирования ОУ.

5. Терминальное управление – управление, цель которого заключается в переводе ОУ из заданного начального состояния в заданное конечное состояние за ограниченное время.

6. Финитное управление – управление, цель которого заключается в переводе ОУ из заданного начального состояния в заданное конечное состояние за ограниченное время.

7. Противоаварийное управление – управление, цель которого заключается в предотвращении развития аварийных событий, возникающих в СУ.

8. Восстанавливающее управление – управление, цель которого заключается в возвращении в состояние исправности, работоспособности или правильности функционирования СУ, утраченное вследствие дефектов ее элементов и (или) структуры.


5. Принципы управления

Классификационные признаки, характеризующие понятия, относящиеся к принципам управления, выделены на основе анализа факторов, определяющих алгоритм или закон управления, т.е. выработку и осуществление управляющих воздействий. Большинство этих факторов удобно рассматривать на примере типичной функциональной структуры замкнутой СУ, представленной на рис. 1.



На рис. 1 приняты следующие обозначения: ОУ
– объект управления, УО – управляющий объект, У – управляемые координаты объекта управления, У* - координаты состояния ОУ, У0 – задающие воздействия (сигналы), W – возмущения, U – управляющие воздействия, Z – воздействия обратной связи, {F1} – зависимости, характеризующие выработку управляющих воздействий, {F2} – зависимости, характеризующие процессы в ОУ.


Классификационные признаки и принципы управления


  1. Степень использования при управлении информации о состояниях ОУ: с обратной связью (учитывает), без обратной связи (не учитывает).

  2. Степень использования при управлении информации о возмущениях:

    • по отклонениям – управление с обратной связью, при котором управляющие воздействия вырабатываются только по значениям воздействий (сигналов) отклонений; эти системы являются замкнутыми. Управление по принципу отрицательной обратной связи является универсальным. Впервые этот принцип был предложен в 1964 г. И.И. Ползуновым, который создал регулятор уровня воды в паровом котле. В 1784 г. Д. Уатт этот же принцип использовал для автоматического регулирования частоты вращения паровой машины. Именно этот принцип лежит в основе науки о процессах управления, связи и переработке информации в природе и технике – кибернетике, основоположником которой является Н. Винер. Достоинством таких систем является выработка управляющего воздействия вне зависимости от того, по какой причине изменилась управляемая величина. Фактически этот принцип управления является единственно действенным для объектов, точные характеристики и параметры которых неизвестны или меняются в процессе эксплуатации. К недостаткам рассматриваемого принципа управления относят наличие статизма, значение которого обратно пропорционально коэффициенту усиления системы. Для повышения точности в установившемся режиме его надо увеличивать, что вступает в противоречие с устойчивостью системы.
    • по возмущениям – управление, при котором управляющие воздействия вырабатываются только по значениям возмущений (сигналов возмущений) на ОУ и значениям задающих воздействий (задающих сигналов). Принцип компенсации возмущения предложен в 1878 г. французским академиком Ж.В. Понселе. Схема регулирования разомкнута, т.е. не осуществляется контроль результата приложения управляющего воздействия. Сигнал изменения воздействия положительный. Достоинствами такого принципа управления являются; теоретическая возможность получения инвариантной системы за счет подбора параметров УО; большее быстродействие, по сравнению с системами по отклонению, т.к. возмущение одновременно воздействует на ОУ и УО. Его недостатки заключаются в устранении только тех воздействий, которые имеют каналы компенсаций, и в наличии ограничений на характеристики ОУ.


    • комбинированное управление – управление, представляющее собой сочетание управлений по отклонениям и по возмущениям.

  3. Степень использования при управлении информации о параметрах и структуре ОУ:

  • адаптивное управление – управление, при котором управляющие воздействия вырабатываются при заранее не известных или изменяющихся в процессе эксплуатации свойствах СУ. Как правило, свойство адаптации достигается посредством формирования в явном или неявном виде математической модели процессов в СУ. Адаптивное управление имеет следующие разновидности:

- беспоисковое адаптивное управление – управление, основанное на компенсации отклонений фактических изменений управляемых координат от желаемых их изменений, соответствующих требуемому уровню показателя качества функционирования. Желаемые изменения управляемых координат могут быть заданы в неявном или явном виде. В первом случае – посредством вычисления показателя качества управления или косвенной характеристики качества, во втором случае – посредством применения эталонной модели ОУ.

- поисковое адаптивное управление – управление, основанное на поиске и удержании экстремума показателя качества управления или косвенной характеристики качества управления

- управление с идентификацией – адаптивное управление, основанное на применении идентификации с использованием ее результатов при выработке воздействий обратной связи.

- управление с переменной структурой – управление, при котором управляющие воздействия вырабатываются посредством автоматической смены нескольких законов управления, обеспечивающей скользящий режим изменения во времени управляемых координат, близкого к желаемому их изменению.

  • неадаптивное управление

  1. Степень определенности преобразований координат в СУ:
  • детерминированное управление – управление, при котором управляющие воздействия вырабатываются только путем детерминированных преобразований координат СУ;


  • стохастическое управление – управление, при котором управляющие воздействия вырабатываются путем стохастических преобразований координат СУ.

  1. Вид математической модели преобразований координат в СУ: линейное, нелинейное, релейное, логическое.

  2. Вид управляющих воздействий: аналоговое, дискретное, непрерывное, прерывистое, импульсное, числовое.

  3. Степень участия человека-оператора в управлении: ручное, автоматическое, автоматизированное.


6. Управляющие объекты

Среди УО выделяют:

  1. Управляющее устройство, представляющее собой отдельное функционально и конструктивно завершенное устройство, которое может быть двух видов:

    • регуляторыуправляющие устройства, осуществляющие автоматическое управление посредством аппаратной реализации алгоритмов управления;

    • контроллеры - управляющие устройства, осуществляющие автоматическое управление посредством программной реализации алгоритмов управления.

2. Управляющая система, представляющая собой систему, подсистемы которой предназначены для выполнения отдельных функций управления. В управляющих системах к числу типичных систем подсистем относятся подсистемы: измерения, сбора, обработки, распределения и передачи информации о состоянии ОУ, входных и внутренних воздействиях, принятия решения, контроля, диагностирования, противоаварийного управления, передачи и осуществления управляющих воздействий, сбора и представления информации человеку-оператору. Подсистемы могут содержать в себе управляющие устройства в виде регуляторов и контроллеров, а также другие элементы. Управляющие системы могут строиться в виде:
  • централизованной управляющей системы, с одной подсистемой, выполняющей функцию принятия решений; ее разновидностью является иерархическая управляющая система, в которой подсистема принятия решения распределена по нескольким подчиненным уровням, каждый из которых выполняет часть функции принятия решений;


  • децентрализованной управляющей системы, с несколькими независимыми подсистемами, выполняющими функцию принятия решений.


7. Системы управления

В классической линейной теории автоматического регулирования, оперирующей передаточными функциями (операторами) звеньев и контуров, видную роль играют понятия коэффициентов ошибок, статизма и астатизма замкнутой системы, структурные условия астатизма. Согласно такому подходу:

  • статическая система управления – замкнутая система управления по отклонениям, в которой значение воздействия отклонения в установившемся режиме функционирования СУ зависит от значений входных воздействий;

  • астатическая система управления – замкнутая система управления, в которой независимо от значения входных воздействий в установившемся режиме функционирования устанавливается одно и то же значение воздействия отклонения. Иначе говоря, астатизм рассматривается как невосприимчивость того или иного выхода системы к постоянным или нарастающим по степенному закону во времени медленно меняющимся возмущающим воздействиям в установившемся режиме асимптотически устойчивой системы. В частности, астатизм можно получить введением интегрирующего звена.

Следует отметить, что в зависимости от вида модели ОУ и (или) УО некоторые СУ по одним входным воздействиям могут обладать свойством статической системы, а по другим – астатической.

Невосприимчивость того или иного выхода к возмущающему воздействию произвольного типа принято называть инвариантностью.


  1. Типовые законы управления

Все законы управления принято делить на линейные – включающие только линейные преобразования координат, и нелинейные – включающие хотя бы одно нелинейное преобразование.

Среди линейных законов выделяют:

1. Пропорциональный закон управления (П-закон), отражающий прямо пропорциональную зависимость значения управляющего воздействия от значения воздействия отклонения:


,

где U и U0 – текущее и предшествующее значения управляющих воздействий, Y – управляемые координаты ОУ; Y0 – задающее воздействие, k – коэффициент усиления;

2. Пропорционально-дифференциальный закон управления (ПД-закон), отражающий прямо пропорциональную зависимость значения управляющего воздействия от суммы взвешенных значений воздействия отклонения и его производной по времени:

или ,

где Tд – постоянная времени дифференцирования, с.

Введение производной в процесс управления влияет на динамику переходного процесса. Пусть отклонение изменяется, как показано на рис. 2. При отсутствии воздействия по производной в точках А и В регулятор реагировал бы на отклонение и воздействовал на объект одинаково. В то же время в точке А предпочтительно усилить воздействие на регулирующий орган, чтобы быстрее предотвратить возрастание регулируемой величины, а в точке В это воздействие несколько ослабить, чтобы предотвратить перерегулирование или уменьшить его. При одновременном воздействии по отклонению и производной это как раз и происходит, так как производная в точке В всегда имеет знак противоположный знаку в точке А. Вводя производную процесс можно не только ускорять, но и, при необходимости, замедлять.



3. Пропорционально-интегральный закон управления (ПИ-закон), отражающий прямо пропорциональную зависимость значения управляющего воздействия от суммы взвешенных значений воздействия отклонения и интеграла от него, взятого по времени:




где Ти – постоянная времени интегрирования, с.

Введение интеграла от отклонения управляемой координаты в закон управления является одним из способов получения астатической системы;

4. Пропорционально-интегрально-дифференциальный закон управления (ПИД-закон), отражающий прямо пропорциональную зависимость значения управляющего воздействия от суммы взвешенных значений воздействия отклонения, интеграла и производной по времени от него:



Значения настроечных параметров регуляторов, реализующих типовые законы управления, представлены в таблице. При определении значений параметров в ПИД регуляторах рекомендуется обеспечивать возможность установки отношения не менее 0,18.


Таблица

Тип регулятора

Диапазон изменения параметров настройки

k

Тд, с

Ти, с

П

0,3…10; 2,5…50

-

-

ПД

0,3…10; 2,5…50

0…400

-

ПИ

0,3…10; 2,5…50

-

5…500; 20…2000


ПИД

0,3…10; 2,5…50

0…100

5…500; 20…2000


Важной характеристикой законов управления также является количество значений, которые может принимать управляющее воздействие. По этому признаку выделяют:

- двухпозиционный закон, имеющий только два значения управляющего воздействия в зависимости от воздействия отклонения;

- трехпозиционный закон;

- многопозиционный закон.

Применительно к СУ, для управляющих воздействий которых выделены нулевое значение, а также области положительных и отрицательных значений различают, например: однополярный двухпозиционный закон управления, двуполярный двухпозиционный закон управления и т.д.


9. Элементы систем управления

Понятия, включенные в данный раздел относятся к укрупненным функциональным элементам, объединяющим ряд функциональных элементов узкого применения.

Ранее функциональные элементы с теми или иными алгоритмами преобразования входных сигналов в выходные воплощались в физические устройства преимущественно аппаратными средствами, которые получали такое же название, как и функциональные элементы. Однако на современном этапе развития техники эта адекватность понятий нарушается. В одном техническом элементе может быть воплощено множество функциональных элементов. Это объясняет появление следующих терминов:


  1. Функциональный элемент – элемент, представляющий отдельную функцию УО или ОУ;

  2. Алгоритмический элемент – элемент, представляющий алгоритм выполнения функции УО или ОУ;

  3. Технический элемент – элемент, представляющий собой вещественное средство реализации одного или нескольких алгоритмических элементов;
  4. Конструктивный элемент – элемент, представляющий собой конструктивно завершенный технический элемент, выполненный с учетом заданных условий эксплуатации, технического обслуживания, энергетического питании и пространственного размещения (блок, прибор, плата…).


Элементами СУ также являются: датчики, сигнализаторы, измерительные элементы, контролирующие элементы, исполнительные органы управления и т.д.


10. Структуры систем управления

Множество вариантов существующих структур конкретных систем не позволяет их все перечислить. Поэтому в данном разделе приводятся некоторые из широко используемых терминов:

  1. Функциональная структура системы, алгоритмическая структура системы, техническая структура системы, конструктивная структура системы – термины, отражающие четыре стадии проектирования систем управления;

  2. Контур управления – замкнутая цепь элементов системы управления, образованная участком прямой цепи и цепью обратной связи (одноконтурная, многоконтурная);

  3. Каскадная систем управления – многоконтурная система управления, в которой выходное воздействие или сигнал одного контура является воздействием или сигналом уставки для другого (вложенного) контура управления.


11. Состояние и характеристики систем управления и их элементов

В раздел включены наиболее устоявшиеся понятия, в основном относящиеся к элементам и системам автоматического регулирования:

1. Статическая характеристика – зависимость значений выходных координат объекта от значений его входных координат, полученная для установившихся режимов функционирования объекта. Различают следующие особенности статических характеристик:

  • зона насыщения – часть статической характеристики объекта, соответствующая ограниченному с одной стороны диапазону измерения его входных координат, в котором значения выходных координат практически не изменяются;
  • зона нечувствительности – часть статической характеристики объекта, соответствующая ограниченному диапазону изменения его входных координат, в котором значения выходных координат практически не изменяются;


  • зона неоднозначности - часть статической характеристики объекта, соответствующая диапазону изменения его входных координат, в котором каждому значению входной координаты может соответствовать более одного значения выходной координаты;

  1. Динамическая характеристика – зависимость значений выходных координат объекта от значений входных, полученная в переходном режиме его функционирования;

  2. Временная характеристика динамическая характеристика объекта, представляющая собой изменение во времени его выходной координаты при заданном изменении входной координаты. Разновидностями временных характеристик являются:

  • переходная характеристика – временная характеристика линейного объекта, находящегося в установившемся режиме функционирования, полученная при единичном скачке входной координаты;

  • импульсная характеристика – временная характеристика линейного объекта, находящегося в установившемся режиме функционирования, полученная при единичном импульсе (δ - функции) входной координаты;

  1. Передаточная функция – отношение преобразованной по Лапласу аналитической зависимости от времени выходной координаты линейного объекта к также преобразованной по времени входной координате, полученное при нулевом начальном состоянии;

  2. Частотная передаточная функция – зависимость комплексного коэффициента преобразования от частоты;

  3. Амплитудно-фазовая характеристика – кривая на комплексной плоскости, представляющая значения частотной передаточной функции, получаемые при задании частоты изменений входной координаты в диапазоне ± ∞;
  4. Частотная характеристика – зависимость параметров синусоидальных колебаний выходной координаты линейного объекта от параметров синусоидальных колебаний входной координаты, полученная для установившихся режимов функционирования;


  5. Эквивалентная частотная передаточная функция – частотная передаточная функция, полученная для гармонической составляющей изменения значений выходной координаты нелинейного объекта, совпадающей по частоте с синусоидальным изменением значений координаты;

  6. Характеристики управления:

  • остаточное отклонение – значение воздействия отклонения в установившемся режиме функционирования СУ;

  • время регулирования – интервал времени с момента подачи типового воздействия на вход объекта до момента вхождения значений выходной координаты в заданный диапазон ее значений в установившемся режиме функционирования объекта;

  • время запаздывания – временной интервал между моментом начала изменения значения входных координат объекта и моментом начала вызываемого ими изменения выходных координат;

  • коэффициент перерегулирования – отношение максимального отклонения выходной координаты в переходном режиме функционирования объекта от ее значения в установившемся режиме функционирования к этому последнему значению;

  • коэффициент колебательности – число максимумов значений выходной координаты за время регулирования в переходном режиме функционирования объекта;

  • коэффициент затухания – отношение разности между первым и вторым максимумами значений выходной координаты в переходном режиме функционирования объекта к разности между первым максимумом и значением этой координаты в установившемся режиме функционирования объекта;

  • степень устойчивости – значение вещественной составляющей ближайшего к мнимой оси плоскости корней характеристического уравнения процессов в линейной СУ;

  • линейная интегральная оценка – интеграл от значения воздействия отклонения за время регулирования;
  • квадратичная интегральная оценка – интеграл от квадрата значения воздействия отклонения за время регулирования;


  • среднеквадратичная оценка – отношение интеграла от квадрата значения воздействия отклонения на заданном интервале времени к значению этого интервала;

10. Эффективность – характеристика объекта, определяемая соотношением полезности результатов применения объекта по назначению с затратами и потерями, обусловленными разработкой, созданием и эксплуатацией этого объекта.


12. Свойства систем управления и их элементов

В разделе рассматриваются термины, описывающие общие свойства СУ и их элементов, определяющие их качество.

1. Свойства устойчивости объекта:

  • устойчивость по Ляпунову – способность сохранять достаточно малыми отклонения значений координат возмущенного процесса после действия возмущения от значений тех же координат невозмущенного процесса, если эти отклонения были достаточно малыми в момент окончания возмущения;

  • асимптотическая устойчивость – помимо устойчивости по Ляпунову, отклонения значений этих же координат при невозмущенном процессе стремятся к нулю при неограниченном возрастании времени;

  • асимптотическая устойчивость в целом – асимптотическая устойчивость, сохраняющаяся для любых конечных значений начальных отклонений;

  • экспоненциальная устойчивость – отклонения значений координат при возмущенном процессе от значений этих же координат при невозмущенном процессе ограничиваются экспоненциальной зависимостью с отрицательным значением показателя степени, умноженной на величину, пропорциональную отклонениям в начальный момент времени;

  • абсолютная устойчивость – (свойство нелинейного объекта) асимптотическая устойчивость в целом для любых значений параметров нелинейной характеристики объекта из заданного класса нелинейных характеристик;
  • устойчивость при постоянно действующих возмущениях – способность сохранять достаточно малыми отклонения значений координат возмущенного процесса при действии возмущений от значений тех же координат невозмущенного процесса, если эти отклонения были достаточно малыми в начальный момент времени и если остаются достаточно малыми значения параметров действующих возмущений;


  • устойчивость по части координат – устойчивость любого вида, обеспечиваемая только для части координат объекта при условии малости начальных отклонений для остальных координат, характеризующих состояние объекта.

  1. Надежность – свойство объекта, заключающееся в способности сохранять во времени в установленных пределах значения признаков и параметров, характеризующих те свойства объекта, которые определяют его способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях; (ГОСТ 27.002 – 83)

4. Живучесть – свойство объекта, заключающееся в способности выполнять хотя бы установленный минимальный объем функций при внешних воздействиях, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации;

5. Безопасность – свойство объекта, заключающееся в способности не допускать таких изменений своих состояний и свойств, а также не вызывать изменений состояний и свойств других, связанных с ним объектов, которые были бы опасны для людей и (или) окружающей среды.


13. Виды переходных характеристик объектов управления

Объекты управления являются теми основными динамическими элементами, в которых с помощью управляющих объектов поддерживаются заданные режимы работы, т.е. обеспечивается выполнение заданного алгоритма функционирования. Как отмечалось выше, они имеют разнообразную физическую основу и характеризуются разными свойствами.

Среди множества характеристик объекта важное место занимает переходная характеристика h(t), т.е. его реакция на единичное ступенчатое воздействие. На рис. 3 представлены различные виды переходных характеристик ОУ.



Если переходная характеристика достигает определенного постоянного значения (имеет вид 1), то считают, что ОУ обладает положительным самовыравниванием. При бесконечном (кривая 2) или линейном (кривая 3) видах изменения переходной характеристики полагают, что объект управления обладает отрицательным или нулевым самовыравниванием соответственно.


Объекты с положительным самовыравниванием – устойчивые, они могут работать самостоятельно без управления. При отказе регуляторов у таких объектов ухудшаются показатели функционирования, но аварийной ситуации не возникает. Примерами таких объектов являются: дизели и асинхронные электродвигатели в нормальных эксплуатационных режимах; турбины; генераторы постоянного и переменного токов; синхронные электродвигатели и электродвигатели постоянного тока.

Объекты управления с отрицательным самовыравниванием являются неустойчивыми, а с нулевым выравниванием – нейтральными. При отказе регуляторов у таких объектов теряется устойчивость, результатом чего может стать авария. Такие объекты не допускают применения систем управления, основанных только на принципе компенсации возмущений. Классическим примером влияния свойств объекта на выбор принципа управления является неработоспособность регулятора по возмущению, который предложил Понселе для паровой машины. Причиной этого явилось то, что паровая машина – это объект с нулевым самовыравнивание. Успешный результат использования принципа управления по возмущению был получен Чиколевым в 1874 г. при поддержании дуги в прожекторах посредством перемещения электродов.

Примерами объекта с отрицательным самовыравниванием являются: транспортные дизели, работающие на холостом ходу; ракета-носитель космических летательных аппаратов; асинхронные электродвигатели при определенных условиях работы. Нулевое самовыравнивание присущи: судам при удержании их на курсе; емкости с газом под давлением; резервуары с жидкостью (расходные танки воды, топлива, масла); ядерный реактор на тепловых нейтронах; космический летательный аппарат (спутник).


Литература


  1. Теория управления (терминология): / Под ред. Б.Г.Волик. М.: Наука, 1988.

  2. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А.А. Красовс-кого. М.:Наука, 1987.
  3. Тимофеев Ю.К. Системы управления судовыми энергетическими процессами: Учеб. для вузов. СПб.: Судостроение, 1994.