Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Элективный курс'
Медоносные пчелы – удивительные насекомые, живут большими семьями, сообща строят восковые соты, нередко поражающие воображение сложностью архитектуры,...полностью>>
'Документ'
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №30 имени дважды Героя Советского Союза Главного Маршала авиа...полностью>>
'Документ'
Вот уже не один год исследователи многих стран изучают электрохромные полимеры и их свойства. На сегодняшний момент лидирующие корпорации в области ин...полностью>>
'Документ'
В целях развития представления обучающихся о значении воды, необходимости её сбережения, роли воды в природе, жизни и деятельности человека, в соответ...полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

ТЕМА 1. ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ СИНТЕЗА САУ .

Тенденции развития методов синтеза систем автоматического управления (САУ).

время

  1. Синтез алгоритмов (законов управления) на стадии проектирования системы

  2. Синтез управления в процессе функционирования системы

  3. Классическая теория автоматического регулирования (ТАР)

  4. Современная теория автоматического управления (ТАУ)

Деление на классические и современные методы - условно.

Классическая ТАУ – базируется в первую очередь на теории устойчивости и качестве процессов в системе объект – регулятор, рассматривая в основном системы, описываемые дифференциальными уравнениями.

Понятие «современная ТАУ» различное и с течением времени меняется на наиболее удовлетворительное. Современная ТАУ получается, если в основу его положены требования научно – технического прогресса и перспективной автоматизации.

Задачи синтеза САУ

Задача синтеза САУ в широком смысле заключается в определении состава, структуры (конфигурации) САУ, параметров ее устройств и средств реализации из условия удовлетворения заданному комплексу технических требований.

В узком смысле задача синтеза САУ – рациональный выбор вспомогательных элементов, параметров и структуры системы при известном динамическом описании объектов управления в целях обеспечения необходимых значений показателей качества.

Большое значение имеет теория оптимизации САУ – решение задачи синтеза законов управления по заданному критерию. Важный комплекс задач связан с синтезом регуляторов: определение их структуры параметров, место включения и т.д.

Одним из первых сформировал задачи Ляпунов. Много задач возникло при развитии авиационной и космической техники.

1945г. – Солодовников ввел понятие показателя качества переходных процессов. Фельдбау ввел в рассмотрение ряд критериев, связанных с устойчивостью.

1939г. – Щепанов ввел понятие инвариантности.

1938г. – Вознесенский ввел понятие автономности.

1937г. – Андронов ввел понятие грубой математической модели.

Методы синтеза САУ

1832-1835гг. – гипербола Вышеградского – определение устойчивости простейшей системы (системы третьего порядка).

1840г. – Кулебакин – синтез регуляторов.

Определение передаточной функции систем для типовых полезных сигналов (Борегер, Петров, Соколов, Солодовников, Фельдбау);

Определение динамических характеристик оптимальных систем (Виннер, Заде, Солодовников, Пупков, Матвеев);

Частотные методы синтеза систем (Солодовников, Бессекерский, Попов);

Синтез СУ на основе обыкновенных дифференциальных уравнений (Кулебакин, Солодовников);

Коренные методы (Римский, Булебин);

Методы решения инженерных задач и синтеза САУ на основе передаточной функции (Никольский, Попов, Соколов, Блок);

Принцип локализации, состоящий в том, что в САУ формируется специальная подсистема, учитывающая компенсирующие внешние возмещения (Востриков);

В последнее время в теории синтеза развиваются направления, обеспечивающие требуемые качества при переменных характеристиках САУ и возмущений (теория систем с переменной структурой - СПС). Идея СПС заключается в организации нескольких структур регуляторов и смене их в процессе управления для обеспечения требуемых показателей САУ (Емельянов);

Системы со случайными параметрами (Федосов, Серебряков);

Методы теории чувствительности (Юсупов, Розенвассер);

Обратные задачи динамики для синтеза операторов (Крутько);

Синтез регуляторов для нелинейных стохастических систем (Киселев);

Синтез регуляторов в классе дискретных систем (Ципкин);

Эталонные передаточные функции при случайных воздействиях (Медведев, Остахов);

Автоматизированный синтез систем управления на основе частотного метода (Чулин);

Современный период развития в теории управления характеризуется постановкой и решением задач, учитывающих неточность наших знаний об объектах управления (ОУ), и действующих на них возмущений, т.е. задача синтеза регулятора и оценивание состояния решаются с учетом модели объекта и характеристик входных воздействий.

В последнее время (лет 10) развиваются следующие направления:

1. геометрические методы в теории управления;

2. теория катастроф и хаоса;

3. адаптивное и робастное управление;

4. интеллектуальные системы управления;

5. нейронные системы;

6. системы на базе нечеткой логики и т.д.

Состав САУ

Создание САУ – сложный процесс, требующий обширных знаний и большого опыта. Рассмотрим типовую функциональную схему САУ.

1 – задающее устройство

2, 5 – сравнивающие устройства

3 – преобразующее устройство

4, 8 – корректирующие устройства (регулятор)

6 – усилительное устройство

7 – исполнительное устройство

9 – чувствительные или измерительные элементы

10 – элемент главной обратной связи

11 – объект управления

ξ(t) – помеха

ЗУ формирует сигнал X(t), который сравнивается с сигналом управляемой величины y(t). Предполагается, что 9, 10 не искажают сигнал y(t). Преобразующее устройство преобразует сигнал ошибки ε(t) в форму, удобную для управления (в некоторых системах оно может отсутствовать). Регулятор служит для обеспечения заданных динамических свойств замкнутой системы. Он обеспечивает точность, устойчивость, надежность. Иногда регуляторы вырабатывают управляющие сигналы в зависимости от возмущающих воздействий. В хорошей системе ε(t)→min. Т.к. в системе может не хватать мощности, в ней присутствуют 6 (усилительное устройство). Усилитель управляет энергией. поступающей от постороннего источника. В зависимости от вида используемой энергии бывают:

- электронные

- магнитные

- гидравлические

- пневматические

7 воздействует на управляющие воздействия, тип исполнительного устройства также определяется видом используемой энергии (гидравлические – преодоление больших нагрузок, недостаток – большая масса; пневматические – имеют малую массу, высокое быстродействие, но сложности использования возникают из-за большого расхода сжатого газа, наиболее распространены электрические, но они требуют мощного источника тока). 9 преобразуют сигналы различной физической природы в электрические, удобные для исполнения в системе управления.

ОУ – элемент, который непосредственно подвергается управлению (в узком смысле). В широком смысле при проектировании системы под ОУ понимают всю неизменяемую часть системы (все кроме регулятора).

В соответствии с рисунком САУ можно представить как замкнутую систему, обладающую свойством однонаправлености и реагирующей на сигнал ошибки. Она включает в себя функционально – необходимые элементы (неизменяемая часть и изменяемую часть – регулятор, который вводится для придания системе желаемых свойств, определяемых техническим заданием).

Проектирование САУ как правило включает в себя ряд этапов. На 1-ых этапах ограничиваются константным описанием системы и ее функциональной схемы, используется необходимая и доступная для этого информация для формального (математического) описания системы. На последующих этапах оперируют количественными характеристиками, которые определяют количество работы системы. В связи с этим центральным понятием является математическая модель или оператор системы. Синтез регуляторов – основная задача проектирования САУ. При этом учитываются различные ограничения: информационные, конструктивные, энергетические, эксплуатационные.

Тема 2: Основные понятия и определения

Математическая модель САУ.

Математическая модель (ММ) – формальное описание системы с помощью математических средств (дифференциальные уравнения, интегрирующие уравнения и т.д.).

Часто используется понятие системного оператора:

x - множество входных сигналов

y – множество выходных сигналов

Y=AX

Операторные уравнения также считаются математической моделью. Среди математических средств описания САУ преобладают дифференциальные уравнения, интегрируемые уравнения, получаемые на основе фундаментальных законов физики, лежащих в основе функционирования механических, электрических систем.

При описании системы в целом составляют ММ отдельных е элементов.

Проектирование САУ начинается с простой модели с постепенным ее усложнением, которое учитывает максимально возможное число ее свойств и внешних воздействий.

Классификация ММ по виду САУ.

1 – САУ

2 – линейные САУ

3 – нелинейные САУ

4 – непрерывные

5 – дискретные

6 – непрерывно – дискретные

7 – стационарные

8 – нестационарные

9 – системы с сосредоточенными параметрами (сосредоточенные системы)

10– системы с распределенными параметрами

Формы математических моделей, процессов и систем.

Формы представления:

  1. детерминированная система, описываемая векторным дифференциальным уравнением в форме Коши

f – векторная функция;

x – вектор фазовых координат;

u – вектор управления;

t – время

  1. детерминированная непрерывная система с линейно входящими управлениями

- матричная функция

  1. детерминированная линейная непрерывная управляемая система

- нестационарная система

- стационарная система

  1. стохастическая управляемая система, описанная уравнением в форме Ито

,

где ω – Винеровский случайный процесс

g – матричная функция

  1. стохастическая управляемая система, описанная уравнением в форме Ланжевена

ξ(t) – белый шум

  1. линейная стохастическая управляемая система в форме Ланжевена

  1. уравнение Фоккера-Планка-Колмогорова для безусловной плоскости вероятности в пространстве состояний непрерывной стахостической системы

ω(x,t) – плотность вероятности распределения фазовых координат системы

π(x,t) – плотность потока вероятности

  1. стохастическая нелинейная управляемая система с дискретным временем

- дискретный белый шум

  1. стохастическая линейная управляемая система с дискретным временем

Кроме дифференциальных уравнений для описания систем используют:

- структурные схемы

- операторы

- передаточные функции

- частотные характеристики

- различные физические законы

Для описания случайных процессов пространства состояний системы расширяют введением формирующих фильтров, представляющих дифференциальные уравнения или в другой форме.

Основные свойства систем.

Устойчивость

Система называется устойчивой, если ограниченному входному сигналу соответствует ограниченный выходной.

Точность

Степень отклонения фактического выходного сигнала от его требуемого (теоретического) значения.

Наблюдаемость

Впервые введено Калманом. Оно определяет связь управления с информацией, получаемой посредством измерений. С физической точки зрения система называется наблюдаемой, если по измерениям части или всех ее координат или переменных, связанных с координатами можно за конечное время определить состояние системы. Для стохастических систем используют понятие стохастической наблюдаемости, связанной с асимптотическим поведением апостериорных распределений вероятностей фазовых координат.

Стохастическая наблюдаемость системы гарантирует сходимость по вероятности к нулю или конечному значению ошибки оценки вектора вероятности с увеличением времени наблюдения.

Идентифицируемость

В абстрактно – теоретическом рассмотрении идентифицируемость – частный случай наблюдаемости. На практике рассмотрим следующий случай:

- параметрическая идентифицируемость – возможность определения параметров математической модели системы или процесса по результатам измерения определенных выходных величин в течение некоторого интервала времени.

Задача идентификации может быть описана следующим образом:

- параметры в течением времени не меняются

Возможны различные варианты и условия идентифицируемость. В некоторых задачах рассматривается непараметрическая идентифицируемость – определение оператора, связывающего выходные сигналы со входными.

Такая идентификация применяется как правило к объектам малой размерности и близким к линейным.

Управляемость

Понятие управляемости состоит в возможности или невозможности перевода системы из одного состояния в другое за ограниченное время. С качественной стороны рассматривается принципиальная возможность перевода из одного состояния в другое за конечное время. При количественном изучении управляемости рассматривают характеристики переходных процессов.

Как правило это понятие применяют к детерминированным системам, хотя возможны и стохастические.

Управляемость зависит от структуры системы, органов управления, значений параметров, располагаемой энергии управления.

Существует понятие адаптируемости. В некоторых случаях его можно рассматривать как частный случай управляемости. В зависимости от математической формализации системы управления бывают:

полностью адаптируемые

слабо адаптируемые

частично адаптируемые



Похожие документы:

  1. Spacer type=block ali (1)

    Документ
    ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Экономический факультет УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой ______________________ «___»_____________2014 г. ...
  2. Spacer type=block ali (2)

    Документ
    ПРАВИТЕЛЬСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» (СПбГУ) Факультет психологии Председатель ГЭК д.пс.н. __________________ О.А. ...
  3. Spacer type=block align=left width=155 H

    Документ
    Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет Институт «Высшая школа менеджмента» Разработка маршрутов поставки товара компанией «Техсервис» из ...
  4. Spacer type=block align=left (1)

    Документ
    АВТОМОБИЛИ-САМОСВАЛЫ ББК 39.335.4 А22 УДК 629.114.442 Авторы В. Н. Белокуров, О. В. Гладков, А. А. Захаров, А. С. Мелик-Саркисьянц Рецензент В. 3. Киселев Автомобили-самосвалы/В. Н. Белокуров, О. В. Гладков, А22 А. А. Захаров, А. С. Мелик-Саркисьянц ...
  5. Spacer type=block align=left (2)

    Документ
    XX Международная научно–техническая конференция и Российская научная школа молодых ученых и специалистов Системные проблемы надёжности, качества, КОМПЬЮТЕРНОГО моделирования, инфоРМАЦИОННЫХ И ЭЛЕКТРОННЫХ технологий в инновационных проектах ( ...
  6. Spacer type=block align=left (3)

    Документ
    Заряд, Сила тока, Работа тока, Мощность. 1. Какую работу совершают электрические силы, перемещая заряд 2нКл между точками, напряжение между которыми равно 4В? 1+. Какова мощность совершения работы в предыдущей задаче, если время протекания заряда ...

Другие похожие документы..