Понятие об элементах САУ и их характеристики

Схема, представленная на рис. 2.1, дает лишь общее представление о составе САУ. Любая автоматическая система может рассматриваться как совокупность отдельных связанных между собой элементов. Однако устройства (элементы), применяемые здесь, чрезвычайно разнообразны. Элементы автоматики отличаются физической природой, принципом действия, конструкцией, схемой и т. д. Однако число функций, выполнение которых возлагается на элементы автоматики в различных автоматических устройствах, сравнительно невелико. В зависимости от выполняемых функций (назначения) все элементы автоматики можно условно, не претендуя на полноту, разделить на чувствительные, обрабатывающие, решающие, исполнительные и вспомогательные (рис. 2.4).

	Чувствительные		Обрабатывающие		Решающие		Исполнительные

 

 

Рис.2.4.

Чувствительные элементы – это средства восприятия информации. Предназначены для измерения тех или иных величин управляемого процесса или внешней среды. Чувствительными элементов могут служить различного рода датчики, акселерометры, фотоэлементы и фотосопротивления, сканеры и другие контрольно-измерительные устройства.

Обрабатывающие элементы автоматических систем осуществляют обработку и заданное преобразование входного сигнала. К ним относятся усилительные, преобразовательные элементы автоматики, устройства сравнения, стабилизации, распределители, выпрямители и т.п.

Назначение усилительных элементов - усиление входного сигнала по мощности. Примерами усилительныхэлементов являются усилители: электронные, электромашинные, магнитные, релейные и т. д.

Преобразовательные элементы служат для преобразования физической природы входного сигнала. Например, модуляторы (полупроводниковые, магнитные) преобразуют сигнал постоянного тока в сигнал переменного тока, демодуляторы решают обратную задачу.

Преобразование сигналов может выполнятся:

- по роду энергии (сигнал одного рода энергии преобразуется в сигнал другого рода энергии, например электропневмопреобразователи);

- количественные преобразования по уровню и/или мощности сигналов, например усилители;

- функциональные преобразования по виду связи между входными и выходными сигналами (статические, динамические, логические, вычислительные операции, нелинейные преобразования).

Как правило, электрический выходной сигнал датчика напряжения или тока является нестандартным. К нему добавляются шумы и помехи от внешних источников, и не соблюдается строгая пропорциональность между входом и выходом датчика - его передаточный коэффициент меняется внутри рабочего диапазона. Поэтому для дальнейшего использования сигнала требуется его нормализация.Нормализация сигналов датчиков осуществляется с помощью нормирующих электронных усилителей, с выходов которых сигналы подаются либо на специализированные аналоговые управляющие устройства, либо на аналого-цифровые преобразователи (АЦП) для ввода в управляющие компьютеры или микропроцессорные устройства. Задача АЦП — перевести аналоговый сигнал датчика (сигнал аналоговый, потому что он аналогичен измеряемому параметру) в цифровую форму, обычно — в двоичный код. Нормализация сигнала может быть совмещена с его линеаризацией. В этом случае нормирующий усилитель должен иметь характеристику у(х), обратную характеристике датчика, возможно умноженной на постоянный коэффициент. Другая, лучшая возможность заключается в программной линеаризации в микропроцессорном устройстве или управляющем компьютере. В последнем случае в памяти компьютера записывается зависимость значения измеряемой величины от показаний датчика.

Решающие элементы автоматики включают счетно-решающие устройства, вычислительные и логические элементы, корректирующие устройства, генераторы импульсов, элементы памяти, программные задатчики (формирование заданий), программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), микропроцессоры и т.д.

Вычислительные элементы применяются для автоматического решения различных математических и логических задач, возникающих в процессе управления, т, е. преобразуют входной сигнал в соответствии с заданной системой уравнений.

Очень важной разновидностью вычислительных элементов являются так называемые корректирующие устройства, которые вводятся в состав автоматической системы с целью придания ей требуемых статических и динамических свойств.

В простых системах в качестве управляющего устройства может использоваться аналоговый решающий блок, преобразующий сигнал в соответствии с принятым алгоритмом управления САУ. Обычно в виде аналоговых блоков реализуются регуляторы и управляющие устройства следящих систем.

В случае более сложных алгоритмов управления применяются цифровые микропроцессорные комплекты, на основе которых строятся специализированные устройства с небольшим числом функций. Их применение особенно целесообразно, если управление формируется с использованием логических операций типа условного перехода несли..., то...», логического сложения «если... или..., то» и логического умножения «если... и..., то».

В тех случаях, когда для формирования сигналов управления требуется много логических операций и/или нестандартных операций с двоичными кодами, чрезвычайно эффективны ПЛИС — программируемые логические интегральные схемы.

При использовании более сложных алгоритмов управления на крупных объектах используются микро- и мини-ЭВМ в промышленном исполнении.

Выходные управляющие сигналы компьютера могут передаваться в виде двоичных кодов, задаваемых на микропроцессорные устройства или на исполнительные механизмы объекта. В последнем случае они сначала подаются на ЦАП (цифро-аналоговые преобразователи), а с выходов последних — на усилители мощности, способные привести в действие исполнительные механизмы. Усилители мощности обычно необходимы и на выходах аналоговых управляющих устройств.

Исполнительные элементы автоматики – это различные приводы, пусковая аппаратура, реле, переключатели, регуляторы, контроллеры, двигатели постоянного тока, асинхронные двигатели, электромагниты, гидроцилиндры, пневмоцилиндры и др. и т.п.

Эти элементы осуществляют непосредственное воздействие на управляемый процесс или объект. В большинстве случаев это воздействие сводится к механическому перемещению некоторой задвижки, заслонки, ползунка реостата, к повороту вала и т.д.

Исполнительные устройства (ИУ) являются оконечным звеном САУ, и их свойства во многом определяют статические и динамические характеристики всей САУ в различных режимах работы.

ИУ в САУ преобразуют энергию источников питания в механические управляющие воздействия на объекты управления для реализации заданных алгоритмов функционирования ОУ и всей САУ. Комплектные ИУ, содержащие регулятор, преобразователь энергии питания, двигатель, датчики обратных связей и другие элементы, называются сервомеханизмами. По виду используемой энергии ИУ могут быть электрическими, гидравлическими, пневматическими и комбинированными.

Электрические ИУ состоят из управляемых электрических преобразователей (управляемых устройств электропитания) и электромеханических преобразователей (электродвигателей, электромагнитных муфт, электромеханизмов, сервомеханизмов).

Гидравлические и пневматические ИУ состоят из неуправляемых источников энергии сжатой жидкости или газа (воздуха), устройств управления и исполнительных двигателей. Источники энергии (насосы или компрессоры) накачивают под давлением жидкость (масло) или газ (воздух) в ресиверы, из которых сжатая жидкость или сжатый газ через трубопроводы и устройства управления с регулирующими клапанами поступает в исполнительные двигатели возвратно-поступательного движения типа «поршень-цилиндр» или вращательного движения типа «вертушки», «пропеллера» и др.

Комбинированные ИУ и сервомеханизмы (электрогидравлические, электропневматические, пневмогидравлические) строятся с использованием соответствующих элементов. Обычно в управляющей части комбинированных ИУ используются электрические или пневматические управляющие устройства, а в исполнительной силовой части — гидродвигатели или пневмодвигатели.

В зависимости от режимов работы ОУ в САУ различают кратковременный, повторно-кратковременный и длительный режимы работы ИУ во времени, что определяет нагрев двигателей и требования к выбору их мощности, статических и динамических характеристик.

Вспомогательные элементы автоматики включают источники энергии, линии связи, коммутирующую аппаратуру, элементы распределения сигналов по различным каналам и т.д.

Для человеко-машинных систем к этой группе элементов следует добавить средства человеко-машинного интерфейса (индикаторы, средства ручного управления и т.п.).

Рассмотренная выше классификация элементов автоматики в зависимости от решаемых ими функциональных задач является основной.

 

Наиболее распространенными чувствительными элементами являются датчики, которыепредназначены для преобразования контролируемой величины в сигнал, удобный для первичной обработки и передачи на расстояния.

Разновидности датчиков определяет кадастр измеряемых величин, содержащий более 2000 наименований величин, разделённых на 8 групп.

Это датчики:

1) пространства и времени (размер, площадь, объем, время, скорость, ускорение, частота, плоский угол);

2) механических величин (масса, сила, момент, давление, энергия, мощность, вязкость);

3) электрических и магнитных величин (электрические напряжение, ток, сопротивление, емкость, магнитный поток, индуктивность и др.);

4) тепловых величин (температура, тепловой поток и др.);

5) относительных величин (коэффициент полезного действия, кислотность, солёность, влажность и др.);

6) световых величин (освещённость, яркость и др.);

7) акустических величин (звуковое давление и др.);

8) величин излучения (мощность излучения, доза излучения, облучённость и др.).

Классификация датчиков проводится по разным признакам (например):

1. Аналоговые (непрерывные) и дискретные (релейные, импульсные, цифровые) датчики.

2. Реверсивные (двухтактные) датчики, изменяющие полярность (±) или фазу выходного сигнала на противоположную при отклонении измеряемой величины от нулевого значения в разные стороны, и нереверсивные (однотактные) датчики, изменяющие только выходную величину.

3. Параметрические датчики питаются от источника энергии и изменяют свои параметры (сопротивление, индуктивность, ёмкость) при изменении входного измеряемого воздействия, вследствие чего изменяется их выходной сигнал. Генераторные датчики преобразуют энергию входного измеряемого воздействия в энергию выходного сигнала датчика.

4. По виду измеряемой величины различают датчики положения, скорости, давления, температуры, электрического тока, электрического напряжения и других измеряемых величин.

5. По принципу действия различают датчики: резистивные (электроконтактные, потенциометрические, фоторезисторные, тензорезисторные, терморезисторные и др.); электромагнитные (индуктивные, трансформаторные, индуктосины, вращающиеся трансформаторы, сельсины и др.); магнитоиндукционные (частотные, импульсные, тахогенераторы постоянного и переменного тока и др.); электростатические (конденсаторные, ёмкостные редуктосины, ёмкостные фазовращатели и др.); фотоэлектрические (фотоимпульсные, растровые, кодовые и др.); магнитоэлектрические (магнитодиоды, магнитотранзисторы, датчики Холла и др.); датчики других принципов действия.

Свойства датчиков, обусловливающие предельно достижимые характеристики САУ (поскольку ошибки датчиков невозможно компенсировать), оценивают по следующим характеристикам:

1) статическая характеристика y = f(x) — зависимость выходной величины y от входной величины x в установившихся режимах;

2) чувствительность (коэффициент передачи) S = Δy/Δx — отношение приращения выходной величины Δy к приращению входной величины Δx;

3) погрешность — наибольшее отклонение в относительном или процентном измерении выходной величины при повторяющихся одинаковых значениях входной величины;

4) динамические характеристики переходного процесса изменения выходной величины y(t) при ступенчатом или гармоническом изменении входной величины x(t).

Свойства датчиков также характеризуют показатели надёжности, диапазон изменений входного и выходного сигналов, уровень шумов на выходе, массогабаритные и экономические показатели.

Стандартные датчики изготавливаются с естественными выходными сигналами и с унифицированными выходными сигналами постоянного или переменного тока или давления сжатого воздуха, изменяющиеся от минимума до максимума в стандартных пределах, независимо от типов датчиков

Основные требования, предъявляемые к датчикам:

1.Возмущения, вносимые датчиком в процессы, протекающие в объекте управления можно отнести к бесконечно малым величинам.

2. Инерционность датчика не должна влиять на процесс управления, т.е. инерционность его должна на 1, 2, 3 порядка быть меньше, чем инерционность исполнительного органа системы и объекта управления.

3. Точность измерения контролируемой величины должна быть значительно выше (не менее чем на порядок) требуемой точности регулирования выходных параметров объекта управления. Очевидно, что если точность измерения контролируемой величины соизмерима с требуемой точностью регулирования, то систему необходимо рассматривать как релейную. Она может работать только в режиме «Да–Нет». Это специфический класс систем будет рассмотрен ниже.

Коэффициент преобразования датчика, как элемента автоматики, называется чувствительностью датчиков и представляет собой отношение выходной величины датчика к контролируемой величине.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ САУ

 

Применение тех или иных методов ТАУ в определенной мере связано с классификацией САУ, в основу которой могут быть положены наиболее существенные признаки. Данную классификацию удобно представить в виде таблицы 2.1.

Линейными называют системы, которые могут быть отражены линейными операторными уравнениями (например, линейными дифференциальными уравнениями или системами этих уравнений); в противном случае система входит в класс нелинейных (релейное, логическое или другое).

В линейных системах выходной сигнал, независимо от вида входного, пропорционален ему, т.е. y(t) / x(t) = const. Для нелинейных систем это соотношение не является постоянным.

В классе линейных и нелинейных систем также различают:

- системы с переменными параметрами - это такие САУ, в которых хотя бы одни параметры системы изменяются во времени, например, коэффициент усиления.

- системы с запаздыванием - это такие САУ, в которых присутствует хотя бы одно звено чистого запаздывания (непрерывному входному сигналу соответствует непрерывный выходной сигнал, сдвинутый по времени на t, где t - время запаздывания).

К нелинейным системам относятся релейные, логические и прочие системы.

Линейные и нелинейные дискретные системы характеризуются соответственно линейными и нелинейными разностными уравнениями или их системами.

Линейные и нелинейные стационарные системы выражают дифференциальные уравнения или системы уравнений с постоянными коэффициентами.

Характеристика	Признак	Типы систем автоматического управления
Математическое описание	Линейность	Линейные	Нелинейные (релейные, логические и пр.)
С переменными параметрами, с запаздыванием
Дискретность	Непрерывные	Дискретные	Непрерывно-дискретные
Стационарность	Стационарные	Нестационарные
Распределённость	Сосредоточенные	Распределенные
Детерминизм	Детерминированные	Стохастические	С неопределённостями
Эргодичность	Эргодические	Неэргодические
Функциональная схема	Число входов и выходов	Одномерные	Многомерные
Наличие обратной связи	Разомкнутые	Замкнутые
С жесткой программой	С управлением по возмущениям	Одноконтурные	Многоконтурные
По переходному процессу	Статические	Астатические
Принцип управления	По отклонениям	По возмущениям	Комбинированный
Характер задающего воздействия	Стабилизирующие	Программные	Следящие	Оптимальные
Тип сигналов системы	Непрерывные	Дискретные
Релейные	Импульсные	Цифровые
Зависимость от внешних условий	Адаптивность	Неприспосабливающиеся	Адаптивные	Терминальные	Интеллектуальные
Самонастраивающиеся	Самоорганизующиеся	Самообучающиеся
Инвариантность	Неинвариантные	Абсолютно инвариантные	Селективно-инвариантные
Техническая реализация	Принцип действия	Прямого действия	Косвенного действия
Механические	Электрические (электронные)	Гидравлические	Пневматические
Вид объекта управления	Стационарный	Движущийся	Сосредоточенный	Распределенный
Характер управления	Непосредственное	Дистанционное

Таблица 2.1- Классификация САУ

Линейные и нелинейные нестационарные системы описываются дифференциальными уравнениями или системами уравнений с переменными коэффициентами.

Свойство стационарности САУ связано с характером параметров системы. Отметим, что параметры и переменные – это основные количественные характеристики процессов, протекающих в любых системах. В стационарной системе параметры – это величины, имеющие постоянные, не изменяющиеся значения. В действительности, конечно, все величины САУ изменяются. Но обычно параметры изменяются настолько медленно, по сравнению с переменными системы, что их можно считать постоянными. Именно такие системы и называют стационарными, а все остальные – нестационарными системами.

Сосредоточенные системы, или системы с сосредоточенными параметрами, определяются обыкновенными дифференциальными уравнениями.

Распределенные системы, или системы с распределенными параметрами, описываются дифференциальными уравнениями в частных производных.

Эта характеристика определяется свойствами элементов системы. Если последние можно считать сосредоточенными элементами, как, например, резистор, емкость или транзистор, то и система будет сосредоточенной. Если же элементы системы имеют большие линейные размеры как, например, длинный трубопровод или прокатный стан, то система является распределённой.

Детерминизм характеризует определённость структуры системы или (и) значений её параметров. Если структура САУ и её параметры или характер изменения их во времени строго определены, т.е. САУ описывается уравнениями, содержащими определённые функции времени, то это детерминированная система.

Если же структура САУ или её параметры могут изменяться случайным образом, то такая система является стохастической. Стохастические системы могут иметь определённую структуру и случайные параметры или наоборот параметры блоков имеют определённые значения, но соединяются эти блоки в процессе работы системы случайным образом. Наконец у стохастической системы могут быть случайными и структура и параметры.

С последней четверти прошлого века интенсивно развивается теория систем с неопределённостями, т.е. систем, уравнения или другие характеристики которых содержат неопределённые функции или параметры. Это, так называемые, интервальные САУ, САУ с секторными нелинейностями, нечеткие САУ, нейросетевые САУ.

Свойство эргодичности, как известно, является характеристикой случайных воздействий. Поэтому это свойство характеризует стохастические системы. Если, например, некоторый параметр или переменная САУ изменяются во времени так, что результаты усреднения по времени будут равны результатам усреднения по множеству, то соответствующая САУ является эргодической, в противном случае это неэргодическая САУ.

В зависимости от числа входов и выходов САУ могут быть одномерными или многомерными. Одномерными называются САУ с одним задающим воздействием и одной управляемой выходной переменной, а многомерными – САУ, которые имеют несколько задающих воздействий или несколько управляемых переменных. При этом число внешних возмущений может быть любым и в том, и в другом случаях. Одномерные САУ - это системы управления простейшими объектами с одной регулируемой величиной. Например, в приводах подач станков регулируемой величиной является только одна величина – скорость и поэтому САУ будет одномерной (аналогично в электрической печи с неконтролируемой атмосферой имеется только одна регулируемая величина - температура печи).

В большинстве случаев САУ регулируют несколько величин и являются многомерными. В некоторых многомерных системах можно выделить несколько каналов регулирования. Каждая регулируемая величина определяется своим регулирующим воздействием и канал имеет свой регулирующий орган (состояние которого практически не влияет на другие регулируемые величины). Тогда сложный объект как бы распадается на несколько одномерных объектов с одномерными САР. Вместе с тем для многомерных систем характерно наличие связей между регулируемыми величинами. Связи эти могут быть двух родов. Первый род связей — внутренние, обусловленные физическими свойствами объекта. Так, если в приводе подач регулируется момент, то изменение момента будет одновременно оказывать влияние и на скорость подачи. Второй род связей — внешние, т. е. между отдельными регулируемыми величинами. Эти связи накладываются на систему по условиям ее функционирования или на основании требований технологического процесса. Так, при работе привода в составе системы программного управления он оказывается внутри контура позиционного управления.

Одним из важнейших признаков САУ является наличие у неё обратной связи. САУ без обратных связей называются разомкнутыми. Такие системы используются для управления детерминированными устойчивыми объектами, которые работают в строго фиксированных условиях (например, металлорежущие станки с числовым управлением или ткацкие станки).

Разомкнутые системы можно разделить в свою очередь на два класса: системы, осуществляющие управление в соответствии с изменением только задающего воздействия (по жесткой программе) и системы с управлением по возмущению.

Системы первого типа работают с достаточной эффективностью лишь при условии, если влияние возмущений на управляемую величину невелико и все элементы разомкнутой цепи обладают достаточно стабильными характеристиками.

Система управления по возмущению – это такая система, в которой для уменьшения отклонения управляющей величины от заданной измеряется управляющее воздействие, обрабатывается по определенному алгоритму и накладывается на прежний управляющий сигнал.

Преимущество разомкнутых систем управления по возмущению – их быстродействие: они компенсируют влияние возмущения еще до того, как оно появится на выходе объекта. Но применимы эти системы лишь в том случае, если на управляемую величину действует одно или два возмущения и есть возможность измерения этих возмущений.

Гораздо более эффективными являются САУ с обратными связями, т.е. замкнутые. Наличие обратной связи приводит к образованию замкнутого контурауправления и кардинальному улучшению (при правильном устройстве) свойств САУ. Большинство естественных (природных) систем управления, а также систем, используемых в технике и социальной жизни людей, являются замкнутыми.

По числу замкнутых контуров САУ делятся на одноконтурные и многоконтурные.

Замкнутые САУ подразделяются также на статические и астатические по отношению к какому-либо воздействию.

САУ называется астатической по отношению к воздействию, если в установившемся состоянии ошибка регулирования отсутствует для любых постоянных значений воздействия. В противном случае она является статической.

В статической САУ используется пропорциональный закон управления, а в астатической - интегральный. Эта закономерность может быть сформулирована следующим образом: для получения астатизма необходимо вводить в закон регулирования интегральную составляющую. Заметим, что повышение точности в астатической САР по сравнению со статической дается за счет определенного усложнения системы, именно — за счет введения вспомогательного двигателя — серводвигателя.

САУ также отличаются по принципу управления: по отклонениям, по возмущениям, комбинированный.

САУ по отклонению компенсирует влияние любого возмущающего воздействия, которое вызвало отклонение значения ее выходного сигнала, изменением через цепь обратной связи значения входного сигнала с помощью сигнала, поступающего с регулятора. Недостаток САУ по отклонению состоит в том, что отклонение выходного сигнала (например, вследствие нарушения технологического режима) должно сначала появиться и только после этою регулятор должен не только компенсировать возмущающее воздействие, но и свести к нулю отклонение от заданною значения регулируемого параметра.

При управлении по возмущению измеряют возмущающее воздействие и подают на регулятор для сравнения с заданным значением и выработки управляющего сигнала, влияющего на значение входного сигнала. При таком принципе управления изменение возмущающего воздействия компенсируется регулятором до того, как оно нарушит технологический режим работы объекта, что является главным достоинством этого типа САУ. Однако существенный недостаток таких систем - неспособность компенсировать влияние на объект других возмущающих воздействий, которых в современных сложных установках бывает несколько и которые иногда невозможно измерить.

Комбинированные САУ лишены многих недостатков предыдущих рассмотренных схем, т.к. в них реализуются оба вида управления (по отклонению и по возмущению). Однако они довольно сложны в изготовлении.

В зависимости от характера изменения задающего воздействия во времени автоматические системы управления разделяются на [38], [39]:

– стабилизирующие системы, обеспечивающие поддержание постоянного заданного значения регулируемой величины;

– программные системы, обеспечивающие изменение регулируемой величины во времени по заданной программе изменения задания;

– следящий называют систему, воспроизводящую на выходе с заданной точностью входное воздействие, закон изменения которого заранее не известен. Следящие системы используют обычно для дистанционного управления перемещением объектов в пространстве. Управляемой величиной в этом случае является либо расстояние (перемещаемого объекта) от какой-либо начальной точки, либо угол поворота (вращаемого объекта), отсчитываемый от начального положения. Следящие системы применяют также для дистанционной передачи показаний.

- оптимальная система обеспечивает наилучшее в смысле некоторого критерия управление объектом. В качестве критерия, как правило, выступают технические показатели системы: время, производительность, КПД, точность, надежность и т. д. или экономические показатели: себестоимость, экономическая эффективность, приведенные затраты и др.

В зависимости от принципа представления информации (типа сигнала), системы управления делятся на:

- непрерывные системы (аналоговые);

- дискретные системы.

В непрерывных САУ информация о работе системы и регулирующие воздействия - непрерывные функции времени. В каждом элементе непрерывных систем при наличии непрерывного изменения входной величины непрерывно изменяется и выходная величина. В прерывистых АСУ информация и регулирующие воздействия появляются только в определенные моменты времени, т. е. в системе существует минимум один элемент, в котором при наличии непрерывного изменения входной величины выходная величина изменяется прерывисто (скачкообразно) или существует только в определенные (дискретные) моменты времени.

Дискретные системы делятся на:

– релейные;

– импульсные;

– цифровые.

В релейных системах один из элементов, обычно регулятор, имеет релейную характеристику: его выходная величина скачкообразно изменяется при определенном значении входной величины.

В импульсных САУ присутствует минимум один элемент с импульсной характеристикой: при непрерывном изменении входной величины выходная величина появляется только в определенные, дискретные, моменты времени. Импульсные характеристики могут иметь различные элементы: чувствительный (или преобразующий) элемент (информация о выходной величине поступает периодически) или регулятор.

В цифровых системах используются цифровые устройства: электронные цифровые вычислительные машины, цифровые измерительные приборы, цифровые регуляторы (контроллеры), созданные на базе микропроцессорной техники.

Цифровые САУ (ЦСАУ) относятся к классу дискретных систем, в которых управление выполняется квантованными сигналами. Для синтеза ЦСАУ используется или ЦВМ или отдельные цифровые устройства (сумматоры, интеграторы и т.п.). Включение в контур управления цифрового устройства требует наличия в САУ элементов, преобразующих непрерывные сигналы в дискретные и обратно. Эта функция в ЦСАУ реализуется импульсным элементом и специальным фильтром - экстраполятором, который формирует импульсы заданной формы. Для математического описания процессов в цифровых САУ используется так называемые решетчатые функции и разностные уравнения, решение которых выполняется операционным методом, основанном на дискретном преобразовании Лапласа и Z-преобразовании.

По зависимости от внешних условий САУ делятся на:

а) обыкновенные (неприспосабливающиеся) САУ (имеют полную начальную информацию);

б) адаптивные САУ (имеют неполную начальную информацию, автоматичски восполняемую в процессе работы системы);

в) терминальные САУ (решают задачу достижения заданного состояния системы в конечный заданный момент времени, до которого процесс управления может идти с оптимизацией по другим критериям);

г) интеллектуальные САУ — это САУ, способные к «пониманию» ситуации и обучению, в которых решаются задачи управления сложными нестационарными ОУ с использованием механизма получения, хранения и системной обработки знаний (информации) об ОУ, возмущениях, состоянии внешней среды и условиях работы САУ для реализации своих функций управления на основе применения современных информационных технологий обработки знаний (информации) — искусственных нейронных сетей, нечеткой логики и других технологий.

Адаптивные САУ – это такие системы, в которых параметры управляющих устройств или алгоритмы управления автоматически и целенаправленно изменяются для осуществления оптимального управления объектом, причем характеристики объекта или внешние воздействия на него могут изменяться заранее непредвиденным образом. Адаптивные САУ способны менять структуру, параметры или программу своих действий в процессе управления.

Особым случаем таких систем являются экстремальные системы. Экстремальные системы автоматически ищут экстремум управляемой величины, а так как его положение изменяется в процессе работы объекта, то система автоматически изменяет направление поиска, скорость его и т.д. (изменяет программу своих действий).

Большинство адаптивных систем используют с целью получения оптимальных условий работы объекта, характеризуемых экстремумом критерия качества, при определенных ограничениях и потому являются в некотором смысле оптимальными системами.

Адаптивные системы в зависимости от способа управления делятся на:

-самонастраивающиеся системы;

-самоорганизующиеся системы;

-самообучающиеся системы.

Самонастраивающиеся системы – это системы, в которых на основании информации о возмущающих воздействиях, динамических характеристиках объекта управления, получаемой в процессе управления, осуществляется оперативное изменение параметров управляющего органа, обеспечивающие достижение желаемого качества процесса управления.

Различают пассивные и активные методы адаптации системы. В первом случае связь структуры и настроек системы с изменяющимися условиями работы объекта задается заранее на основе априорной информации. Пассивные методы адаптации возможны при нестационарных объектах управления с известными закономерностями изменения параметров. Если параметры нестационарного объекта изменяются неизвестным образом, то применяют активные методы адаптации (изменение структуры и настроек) на основе анализа текущей информации о работе объекта.

В соответствии с вышесказанным самонастраивающиеся системы делятся на:

- поисковые системы;

- безпоисковые системы.

В поисковых системах контур адаптации делает пробные изменения параметров УО и контролирует реакцию системы на это изменение. Если соответствующее изменение привело к улучшению процесса управления, то делается следующий шаг в том же направлении изменения параметров. Если нет, то происходит изменение направления параметров (т.е. реализуется закон экстремального регулирования).

Самоорганизующиеся системы - это адаптивные системы, в которых приспособление к изменению внешних условий достигается за счет изменения структуры системы, т.е. происходит включение и выключение дополнительных контуров управления и корректирующих устройств. Такое изменение системы называется количественным изменением системы.

Самообучающиеся системы - это такие системы, которые улучшают алгоритм своего функционирования на основании анализа опыта управления. Система делает пробные изменения алгоритма управления и анализирует качество процесса управления. Если качество улучшается, то делается изменение алгоритма в том же направлении. Если нет, то происходит смена направления изменения алгоритма.

Инвариантность определяет независимость параметров САУ и регулируемой величины от внешних воздействий или условия точного воспроизведения управляющего воздействия. САУ, отвечающие этим принципам, называются инвариантными.

Инвариантность обеспечивается регулированием по отклонениям, по возмущениям и комбинированным способом.

Смысл ус