какая сар называется стабилизирующей
Какая сар называется стабилизирующей
Система, в которой все рабочие и управленческие операции выполняются без непосредственного участия человека, называется системой автоматического управления (САУ). Если же часть операций выполняется людьми, то говорят об автоматизированной системе управления (АСУ).
В основу построения САУ положены общие принципы управления, реализация которых позволяет увязать заданный алгоритм функционирования с фактическим состоянием системы. К ним относятся:
— принцип управления по задающему воздействию;
— принцип управления путем компенсации возмущения (помехи);
— принцип управления с учетом обратной связи;
— принцип комбинированного управления.
Суть первого из них, называемого также принципом разомкнутого управления, состоит в том, что управляющий сигнал U(t) формируется путем функционального преобразования входного сигнала X(t) без учета значения сигнала на выходе системы:
При использовании второго принципа управляющий сигнал U(t) формируется с учетом возмущающего воздействия f(t), то есть помехи. Этот принцип обеспечивает более гибкое управление, но применим лишь в том случае, когда помеху можно измерить. Специальное устройство, воспринимающее помеху, не только определяет ее параметры, но и формирует дополнительный сигнал, подаваемый на объект управления. Алгоритм управления в данном случае содержит информацию как о задающем, так и о возмущающем воздействии:
В САУ, реализующих подобный принцип, автоматическое управляющее устройство стремиться ликвидировать все отклонения выходного сигнала Y(t) от желаемого значения независимо от причин, вызвавших эти отклонения, включая любые внешние помехи f(t), а также изменения параметров самой системы.
Поэтому такие системы нашли широкое распространение в технике, а понятие об обратной связи является одним из основных в автоматике и кибернетике.
Комбинированное управление представляет собой сочетание принципов управления по разомкнутому и замкнутому циклам одновременно.
6.1.2. Классификация систем автоматического управления
Классификация систем автоматического управления (САУ) осуществляется по наиболее важным их свойствам.
В зависимости от цели управления различают стабилизирующие, программные и следящие системы.
Стабилизирующей называется автоматическая система, алгоритм которой обеспечивает поддержание управляемой величины на постоянном уровне. Примерами могут служить регуляторы скорости, напряжения, температуры, самолетные автопилоты, системы автоматического управления частотой автогенераторов, автоматической регулировки усиления и др.
Программной называется автоматическая система, алгоритм которой изменяет управляемую величину в соответствии с заранее заданной функцией. Примерами являются различные тренажеры, станки с числовым программным управлением, системы слепой посадки самолетов, автономного управления полетом ракеты на начальном участке траектории и др.
Следящей называется автоматическая система, алгоритм которой изменяет выходной сигнал в зависимости от значения неизвестного заранее переменного сигнала на входе. На этом принципе построены системы автосопровождения целей по дальности, скорости и направлению, силовые следящие системы управления положением антенн и пусковых установок ракет, радиотехнические системы телеуправления и самонаведения ракет и т.д.
По источнику управляющего сигнала различают замкнутые и разомкнутые САУ.
САУ, в которой управляющий сигнал U(t) вырабатывается только на основе внешних сигналов, называется системой с разомкнутой цепью управления.
Такой способ управления называется управлением по отклонению (по ошибке, рассогласованию). Сами же системы называются системами автоматического регулирования (САР).
Рис. 1. Функциональная схема САР
В зависимости от наличия или отсутствия ошибки в установившемся (статическом) режиме работы САУ подразделяются на статические и астатические.
В САУ, обеспечивающих управление не только по значению исследуемого параметра, но и по его производным, в зависимости от порядка отрабатываемых производных различают САУ различного порядка астатизма:
САУ с астатизмом первого порядка обеспечивает управление по параметру и его первой производной;
САУ с астатизмом второго порядка обеспечивает управление по параметру и его первой и второй производным;
6.1.3. Следящие системы
Следящей системой (СС) называется система автоматического управления, алгоритм которой изменяет выходной сигнал в зависимости от значения неизвестного заранее переменного сигнала на входе. На этом принципе построены системы автосопровождения целей (ракет) по дальности, скорости и направлению, силовые следящие системы управления положением антенн, радиотехнические системы телеуправления и самонаведения ракет и т.д.
В дискретной СС с периодом обращение к объекту Т уравнение движения цели по произвольной координате x имеет вид:
xn = xn-1 + x’n∙T + 1/2∙x»n∙T2, (1)
где: xn – истинное значение координаты в текущем такте n;
x’n = (xn – xn-1)/Т– скорость ее изменения;
Экстраполированное (ожидаемое) значение координаты определяется как:
xn э = 
n-1 + 
‘n-1∙T, (2)
Ожидаемое значение координаты определено с ошибкой Δxn:
Приближенное равенство в (3) обусловлено тем, что выражение
Измеряя в текущем периоде обращения к объекту значение Δxn, именуемое сигналом ошибки (СО), СС рассчитывает текущее измеренное значение координаты 
n:
n = xn э + Δx. (4)
Таким образом, рекуррентный алгоритм (4) измерения координат целей СС позволяет последовательно уточнять значения оцениваемого параметра по результатам измерений сигнала ошибки в каждом периоде обращения к цели.
Структура СС, реализующий такой алгоритм, не зависит от измеряемой координаты (рис. 1).
Рис. 1. Структура следящей системы
В каждой СС присутствует измеритель сигнала ошибки, вычисляющий значение выражения (3), он называется дискриминатором и реализуется, как правило, в аналоговой форме .
Последним элементом в составе СС является исполнительное устройство , где формируется опорный сигнал для дискриминатора со значением измеряемого параметра, определяемым кодом экстраполированной координаты.
Простейшая цифровая СС.
Система уравнений, описывающая алгоритм работы СС, имеет вид:
где: К1 и К2 – коэффициенты определяющие как устойчивость работы СС, так и ее постоянную времени, а также случайные и динамические ошибки;
x0 и x’0 – начальные значения координаты и ее производной, задаваемые в режиме поиска цели.
Структурная схема цифровой следящей системы, реализующая приведенный алгоритм имеет вид, представленный на рисунке 2.
Рис. 2. Структурная схема цифровой следящей системы
фильтр оценки текущего параметра сигнала. При необходимости с выхода первого сумматора может быть снято значение оценки скорости изменения параметра х.
В многоканальных СС для хранения полученных значений используются не линии задержки, а ячейки ОЗУ. Поскольку обращение к различным целям происходит в разные моменты времени, следящие системы по каждой из координат выполнены по схемам подобным одноканальным СС, а многоканальность достигается наличием нескольких ячеек ОЗУ (по количеству сопровождаемых целей).
6.1.4. Дискриминаторы следящих систем
Рис. 1. Дискриминаторная характеристика
ДХ описывается двумя основными параметрами:
крутизна рабочего участка S = tga.
Размах ДХ определяет максимально допустимые ошибки наведения СС.
Крутизна ДХ определяет потенциальную точность измерения координаты.
Для стабилизации точности измерения необходимо обеспечить выполнение условия S = const при любых условиях измерений.
Техническая реализация дискриминаторов, как правило, основывается на принципе суммарно-разностной обработки сигналов.
Технически для формирования ДХ, как правило, используется фазовый детектор (ФД), использующий два входных сигнала:
где U max амплитуда сигнала, ψ фаза сигнала.
Выходной сигнал ФД:
зависит от произведения амплитуд входных сигналов и косинуса разности их фаз.
6.1.5. Системы автоматического регулирования, применяемые в приемных и передающих устройствах РЛС
В радиопередающих устройствах (РПУ) РЛС системы автоматического регулирования (САР), как правило, предназначены для стабилизации частоты зондирующего сигнала.
САР приемника (РПрУ) позволяют обеспечить требуемую точность определения координат целей в пространстве.
Кроме того, системы автоматического регулирования РПрУ позволяют в автоматическом режиме (без участия человека) поддерживать требуемые значения коэффициентов усиления и фазовых сдвигов в каналах.
Для малых угловых рассогласований (jD) дискриминаторная характеристика угловой следящей системы (ССφ) выражается соотношением:
где: К ФД – коэффициент передачи фазового детектора (ФД) по напряжению;
Uo – амплитуда сигнала опорного канала;
Точность измерения угловых координат существенно зависит от соотношения Kj и КS, стабильности амплитуды Uo, и разности электрических длин приемных каналов (gj-gS), которые в процессе функционирования могут меняться по случайному закону.
Для повышения точности измерения необходимо обеспечить :
равенство во времени коэффициентов передачи Kj и КS,
равный фазовый сдвиг в каналах.
Аналогичные задачи возникают при обеспечении точности измерения Д. Дискриминационная характеристика СС Д имеет вид
UCOД» КФД ×(KД/КS)×Uo×Cos(gД-gS)D×Д.
Для стабилизации указанных параметров в состав РПрУ введены системы автоматического регулирования:
АРУ – автоматической регулировки усиления (Uo);
АВУ – автоматического выравнивания усиления (Kj = KД = КS);
АРФ – автоматического регулирования фазы опорного сигнала (gД=gj=gS).
АРУ, АВУ и АРФ построены по однотипным схемам, рассмотрим принцип из работы на примере АРУ.
Автоматическая регулировка усиления (АРУ) обеспечивает стабильность уровня сигнала на выходе усилителя при изменении уровня входного сигнала. В современных приёмниках уровень входного сигнала может изменяться в широких пределах: от 60 дБ в приёмниках радиосвязи и до 120 дБ в радиолокационных. Нормальная работа аппаратуры требует, чтобы изменения выходного сигнала приёмника не превышали 4-6 дБ. Для выполнения этих требований глубина регулировки усилителя системой АРУ должна составлять 56-116 дБ.
В зависимости от решаемых АРУ задач рассматривают:
— быстрые АРУ (БАРУ) для защиты приемника от мощных помеховых сигналов;
— АРУ измерительных радиолокационных приемников для обеспечения точности измерений координат.
Систему АРУ измерительного приемника рассмотрим на примере РПрУ РЛС с КППРИ. АРУ представляет собой цифровую САР с астатизмом 1-го порядка.
Задача системы АРУ – стабилизировать выходной сигнал главного усилителя приемника точно на значении Uo.
Дискриминатором в АРУ служат: фазовый детектор (ФД), работающий в режиме амплитудного детектора, преобразователь напряжения в цифровой код (ПНК) и логарифмический преобразователь. ФД позволяет измерить напряжение на выходе главного усилителя, подать измеренное значение на ПНК а полученный код на логарифмический преобразователь (на рис.1 – синий цвет).
Рис. 1. Упрощенная структурная схема АРУ
Характеристика логарифмического преобразователя (ЛП) подобрана таким образом (рис. 3), что номинальному значению Uo соответствует входной код ЛП – 21, которому соответствует выходной код «0».
Рис. 2. Характеристика ЛП АРУ
Если же значение Uo не соответствует номиналу, выходной код ЛП отличается от нуля и поступает на сглаживающее устройство – сумматор и набор ячеек ОЗУ (на рис. 1 – красный цвет).
В ОЗУ хранятся управляющие коды АРУ для объекта управления – главного усилителя (на рис. 1 – зеленый цвет). Количество ячеек определяется максимальным возможным числом целей, которые одновременно может обрабатывать приемник.
В случае получения ненулевого кода ошибки с выхода ЛП, этот код в сумматоре складывается с управляющим кодом АРУ из ячейки ОЗУ и полученная сумма записывается в ОЗУ. Новое значение управляющего кода поступает на объект управления – главный усилитель (ГУС). Особенностью ГУС является возможность оперативно менять коэффициент усиления под действием управляющего цифрового кода за что его назвали электронным цифровым аттенюатором (ЭЦА ГУС). Изменение коэффициента усиления приводит значение Uo к номиналу.
I.4. Классификация САР
Системы автоматического регулирования можно классифицировать по различным признакам.
А. По отсутствию или наличию вспомогательной энергии, поступающей в систему от внешних специальных источников, различают САР
У САР прямого действия мощности сигнала, выдаваемого датчиком регулируемой величины z, хватает для приведения в действие регулирующего устройства. У САР непрямого действия этой мощности не хватает, поэтому в этом случае сигнал с датчика выходной величины необходимо усилить, для чего необходим посторонний источник вспомогательной энергии.
Б. По количеству входных и выходных (регулируемых) координат системы подразделяются на
САР с одним входным и одним выходным сигналом принято называть одномерными. САР с несколькими входами и выходами называют многомерными.
В. По виду дифференциальных уравнений, описывающих процессы в системах, различают
Линейной системой называется такая система, динамика всех элементов которой вполне описывается линейными уравнениями (алгебраическими или дифференциальными). Для этого необходимо, прежде всего, чтобы статические характеристики всех элементов системы были линейные, т.е. имели вид прямой линии как на рис. I.9 а, б.
Рис. I 9. Статические характеристики
Нелинейной системой называется такая система, в которой хотя бы в одном элементе нарушается линейность статической характеристики или же имеет место любое другое нарушение линейности уравнений динамики элемента (произведение переменных или их производных, корень, квадрат или более высокая степень переменной, любая другая нелинейная связь переменных и их производных).
Если линейная (нелинейная) система характеризуется постоянными параметрами, то ее поведение описывается линейными (нелинейными) дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами. Если в уравнении динамики какого-либо элемента линейной (нелинейной) системы имеется хотя бы один или несколько переменных, с зависящими от времени коэффициентами, то получается линейная (нелинейная) система с переменными параметрами. Если какой-либо элемент описывается линейным (нелинейным) уравнением в частных производных (например, имеют место волновые процессы в трубопроводе или в электрической линии), то, значит, речь идет о линейной (нелинейной) системе с распределёнными параметрами (во всех предыдущих случаях имели место системы со средоточенными параметрами). Если динамика какого-либо элемента системы описывается линейным (нелинейным) уравнением с запаздывающим аргументом (т.е. элемент обладает чисто временным запаздыванием или временной задержкой передачи сигнала), то система называется линейной (нелинейной) системой с запаздыванием.
Г. По способу передачи сигналов различают следующие САР
— дискретные (импульсные, цифровые);
Непрерывная САР характеризуется наличием только непрерывных (аналоговых) сигналов. Под непрерывным (аналоговым) сигналом понимается случай, когда непрерывному изменению аргумента (обычно это время) соответствует непрерывное изменение сигнала (рис. I.10)
Наряду с непрерывным способом передачи и преобразования сигнала в настоящее время широко применяются дискретные способы, в которых используются в том или ином виде дискретизация сигнала. Дискретизация сигнала состоит в замене непрерывного сигнала теми или иными дискретными его значениями и может быть осуществлена по времени, по уровню либо по времени и по уровню одновременно.
Дискретизация сигнала по времени, или квантование по времени, соответствует выделению значений сигнала в заранее фисксированные моменты времени, называемые моментами квантования. Обычно эти
моменты времени отстоят друг от друга на постоянную величину
T = const, называемую интервалом или периодом квантования по времени (рис. I.11). В этом случае непрерывный сигнал (пунктир на рис. I.11) заменяется совокупностью ординат (дискрет), определяемых в моменты квантования. Понятно, что при этом часть информации об аналоговом сигнале, относящаяся ко времени между точками квантования, утрачивается. Если в системе хотя бы один сигнал квантован по времени и нет других видов квантования, то такая система называется импульсной.
Дискретизация сигнала по уровню, или квантование по уровню, соответствует выделению значений сигнала при достижении им заранее фиксированных уровней. Эти фиксированные уровни сигнала обычно
Рис. I.11. Квантование сигнала по времени
отстоят друг от друга на постоянную величину σ = const, называемую интервалом квантования по уровню (рис.I.12)
Рис 1.12. Квантование сигнала по уровню
В этом случае аналоговый сигнал с определённым приближением, зависящим от величины s, заменяется некоторой ступенчатой функцией.
Если в системе хотя бы один сигнал квантован по уровню и нет других видов квантования, то такая система называется релейной.
И, наконец, дискретизация сигнала и по времени и по уровню одновременно соответствует выделению в заранее фиксированные моменты времени значений сигнала, ближайших к заранее фиксированным уровням (рис. I.13).
В предлагаемом случае аналоговый сигнал приближенно может быть представлен совокупностью цифр, каждая из которых отображает в
Д. По рассогласованию в установившемся режиме различают системы
САР называется статической, если в ней установившеесязначение выходной величины не остается постоянным, а меняется при изменении нагрузки. В такой системе обязательно присутствует не равная нулю статическая ошибка Dст ¹ 0.
САР называется астатической, если в ней установившееся значение выходной величины не зависит от нагрузки. В такой системе статическая ошибка равна нулю Dст = 0.
Е. По способу задания регулируемой (выходной) величины различают системы
Под системами стабилизации понимают САР, предназначенные для стабилизации (т.е. поддержания постоянным) выходного (регулируемого) сигнала. Широко распространены САР стабилизации температуры, угловой скорости, напряжения и т.п.
В системах программного управления программа изменения во времени входного сигнала задана заранее, а выходной сигнал должен отслеживать (повторять) изменение входного. В качестве примера такой системы можно назвать станок с числовым программным управлением. Программа работы выходного устройства станка – режущего инструмента – заранее для каждого вида детали записана на материальном носителе (перфокарте, магнитной ленте, диске и т.п.) и является входным сигналом станка. Режущий инструмент станка, выполняя эту программу, изготовляет соответствующую деталь. Таким образом, выходной сигнал (перемещение режущего инструмента) повторяет заданную программу, т.е. копирует заранее известный входной сигнал.
В следящих системах выходной сигнал также копирует входной сигнал, который, однако, может изменяться по произвольному, заранее неизвестному закону. Примером следящей системы может служить система управления зенитным орудием. Зенитное орудие достаточно громоздко и тяжело и перемещают его обычно с помощью электрического привода. Это орудие располагается в зоне противовоздушной обороны объекта и предназначено для поражения воздушной цели противника, которая, как правило, в зоне ПВО совершает противозенитные маневры. Для наблюдения за целью оператор зенитной установки использует легкое и подвижное визирное устройство, связанное следящей системой с зенитным орудием. Наводя визирное устройство на подвижную цель, оператор тем самым через следящую систему наводит на эту цель зенитное орудие и в нужный момент производит выстрел. Итак, здесь зенитное орудие повторяет движение визирного устройства, которое зависит от движения цели и заранее неизвестно.
Существуют и другие направления классификации систем автоматического регулирования, но для наших целей мы ограничимся вышерассмотренными.
Дата добавления: 2016-04-06 ; просмотров: 7718 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Классификация систем автоматического регулирования (CAP)
Системы автоматического регулирования могут классифицироваться по следующим признакам:
1. По принципу регулирования, который заложен в системе, CAP можно подразделить на три класса:
а) системы, в которых использован принцип регулирования по отклонению регулируемого параметра (рис. 5, а). Регулирующее воздействие в такой системе возникает лишь при отклонении регулируемого параметра от заданного значения, т. е. при появлении ошибки Ах. При регулировании по принципу отклонения с целью определения рассогласовывания вход регулятора связан с выходом объекта. т. е. система имеет замкнутый контур передачи воздействий и ее называют замкнутой. Системы этого класса реагируют на различные возмущения. Однако в самом принципе регулирования заложена возможность отклонения регулируемого параметра от заданного значения. что является его недостатком;
б) системы, в которых использован принцип регулирования по возмущению (рис. 5,б). В такой системе сигнал о появлении определенного возмущающего воздействии поступает на регулятор, который осуществляет компенсирующее воздействие на процесс прежде, чем произойдет отклонение регулируемого параметра. У подобных CAP имеется разомкнутый контур передачи воздействий и их называют разомкнутыми. В системах этого класса отсутствует контроль за действительным значением регулируемого параметра, отклонения которого могут возникать под влиянием других возмущающих воздействий. что является их существенным недостатком;
в) системы, в которых сочетают принцип управления по возмущающему воздействию и по отклонению регулируемой величины (рис. 5. в). Эти системы называют комбинированными. В них влияние основного возмущающего воздействия компенсируется регулятором по разомкнутому контуру передачи воздействий, а вследствие замкнутого контура устраняется отклонение регулируемого параметра под влиянием остальных возмущающих воздействий.
2. В зависимости от функционального назначения системы автоматического регулирования разделяют но стабилизирующие, следящие. программные и самонастраивающиеся.
Стабилизирующие САР обеспечивают поддержание регулируемого параметра равным заданному значению. В таких системах хад является постоянной величиной.
Следящие САР обеспечивают изменение регулируемого параметра в соответствии с произвольным законом изменения управляющего воздействия хв. При этом закон изменения управляющего воздействия может быть неизвестной функцией времени или другого технологического параметра.
Программные CAP изменяют регулируемый параметр в соответствии с известным законом изменения хэд. При этом заданное значение регулируемого параметра изменяется но заранее известной программе.
В самонастраивающихся CAP при изменении условий работы объекта происходит самоизменение заданий программ, законов воспроизведения. постоянных параметров или схем соединения элементов. В общем случае самонастраивающаяся система, кроме элементов обычных САР. имеет элементы логического действия, элементы памяти. вычислительные элементы и элементы автоматического поиска.
3. По характеру воздействия регулятора на объект системы автоматического регулирования разделяют на непрерывные и прерывистые (релейные и импульсные).
В непрерывной CAP непрерывному изменению регулируемого параметра соответствует непрерывное регулирующее воздействие исполнительного механизма, т. с. пока имеется рассогласование между текущим и заданным значением регулируемой величины существует регулирующее воздействие.
В прерывистой CAP при непрерывном изменении регулируемого параметра регулирующее воздействие носит прерывистый характер, вследствие чего движение регулирующего органа происходит с перерывами во времени.
В составе релейной CAP среди основных элементов цепи регулирования имеется один или несколько релейных элементов. Под релейным элементом подразумевается такой элемент системы, в котором непрерывному изменению входной величины отвечает скачкообразное изменение выходной величины, появляющееся лишь при вполне определенных значениях входной величины.
В состав импульсной CAP среди основных элементов цепи регулирования входит импульсный элемент, который преобразует непрерывное входное воздействие в ряд кратковременных импульсов с определенным периодом их чередования.
4. В зависимости от вида энергии, используемой для передачи воздействий, системы автоматического регулирования разделяют па электрические, пневматические и гидравлические. Стремление объединить преимущества различных по энергетическому признаку систем послужило причиной появления комбинированных САР: электропневматических, электрогидравлических и др.