Классификация систем управления по информационному признаку

СУ подразделяются по способу получения текущей информации о состоянии процесса управления. Поэтому рассматриваемая классификация подразделяет СУ как раз в соответствии с принципами управления.

Классификация систем управления по типу сигналов

Используемые в теории управления модели СУ как правило абстрагированы от физической природы сигналов. Сигналы (координаты,переменные) на входах и выходах функциональных звеньев рассматриваются как носители информации, в сами звенья – как преобразователи этих сигналов. Преобразование сигнала некоторым звеном производится в соответствии с приданным (приписанным) этому звену оператором.

Непрерывные системы. В них информация кодируется уровнем (значением) функции непрерывного времени - см. рис. 1, а.

 

Рис. 1

Цифровые системы. В них все переменные или их часть представляют собой дискретные сигналы. Квантование, или дискретизация сигналов может производиться как по уровню, так и по времени. Системы, в которых производится квантование сигнала по времени, а мгновенное значение непрерывного сигнала на выходе какого-либо аналогового звена (звеньев) в моменты квантования кодируется каким-либо параметром импульса (амплитудой, шириной, фазой), называются импульсными системами. На рис. 1, б приведен пример квантования непрерывного сигнала с одинаковыми периодом следования T и длительностью импульсов, амплитуда которых несет информацию о значениях непрерывного сигнала (так называемая амплитудно-импульсная модуляция).

Системы переменного тока. Информация кодируется амплитудой переменного тока, то есть огибающей несущего сигнала - см. рис. 1, в.

Классификация систем управления по алгоритмам

Управления

На рис. 2. приведена типовая структура СУ с единичнойотрицательной обратной связью.

Рис. 2.

 

Единичная обратная связь означает, что вся информация о выходной координате передается на элемент сравнения, на выходе которого вырабатывается ошибка рассогласования e (t)= fу (t) - y (t). Регулятор P на основе информации об ошибке, то есть по величине рассогласования цели (задающего воздействия fу (t)) и текущего состояния (управляемой координаты y (t)) вырабатывает управляющее воздействие m на ОУ.

Регулятор функционирует в соответствии с заложенным в него алгоритмом, называемым законом управления (законом регулирования).

Рассмотрим некоторые наиболее распространенные – типовые - законы управления для непрерывных СУ. При этом регулятор будем трактовать как устройство, преобразующее сигналы в соответствии с некоторым математическим оператором.

Пропорциональный закон (П-закон). Воздействие на объект прямо-пропорционально рассогласованию:

m (t) = kPe (t). (1)

Интегральный закон (И-закон). Уровень воздействия на объект определяется суммарной ошибкой:

. (2)

Если продифференцировать выражение (2), то получим соотношение d m(t)/ dt = kIe (t), показывающее, что величина ошибки определяет скорость изменения управляющего воздействия. Отличительной особенностью И- закона управления является то обстоятельство, что установившиеся процессы в СУ могут существовать только при e (t) = 0.

Пропорционально-интегральный закон (ПИ-закон). Представляет собой комбинацию первых двух:

. (3)

Пропорционально-интегрально-дифференциальный закон (ПИД-закон). В дополнение к ПИ-закону формирует управляющее воздействие также и с учетом скорости изменения ошибки:

. (4)

Рассмотренные типовые законы управления (регулирования) часто используются в системах промышленной автоматики.