Каскадные АСР. Пример каскадных АСР. Особенности расчета

Слухають і записують в щоденник те, що потрібно вивчити.

Форми навчання на даному етапі: колективна.

Методи навчання на даному етапі: пояснювальний, словесний.

Засоби навчання на даному етапі: щоденник, ручка.

Література:

Для вчителя	Для учнів
Інформатика: підруч. для 10 кл. загальноосвіт. навч. закл.: рівень стандарту Н. В. Морзе	Інформатика: підруч. для 10 кл. загальноосвіт. навч. закл.: рівень стандарту Н. В. Морзе

Каскадные АСР. Пример каскадных АСР. Особенности расчета.

Каскадные системы применяют для автоматизации объектов, обладающих большой инерционностью по каналу регулирования, если можно выбрать менее инерционную по отношению к наиболее опасным возмущениям промежуточную координату и использовать для нее то же регулирующее воздействие, что и для основного выхода объекта.

В этом случае в систему регулирования (рис. 1) включают два регулятора – основной (внешний) регулятор, служащий для стабилизации основного выхода объекта у, и вспомогательный (внутренний) регулятор, предназначенный для регулирования вспомогательной координаты у₁. Заданием для вспомогательного регулятора служит выходной сигнал основного регулятора.

Выбор законов регулирования определяется назначением регуляторов: для поддержания основной выходной координаты на заданном значении без статической ошибки закон регулирования основного регулятора должен включать интегральную составляющую; от вспомогательного регулятора требуется прежде всего быстродействие, поэтому он может иметь любой закон регулирования (в частности пропорциональный как наиболее простой и достаточно быстродействующий).

Сравнение одноконтурных и каскадных АСР показывает, что вследствие более высокого быстродействия внутреннего контура в каскадной АСР повышается качество переходного процесса, особенно при компенсации возмущений, поступающих по каналу регулирования Эквивалентный объект для основного регулятор 1 представляет собой последовательное соединение замкнутого вспомогательного контура и основного канала регулирования; передаточная функция его равна

Рис. 1. Структурная схема каскадной АСР

Эквивалентный объект для вспомогательного регулятора 2 является параллельным соединением вспомогательного канала и основной разомкнутой системы. Его передаточная функция имеет вид:

В зависимости от первого шага итерации различают два метода расчета каскадных АСР.

1-й метод. Расчет начинают с основного регулятора. Метод используют в тех случаях, когда инерционность вспомогательного канала намного меньше, чем основного.

В случае приближенных расчетов ограничиваются первыми двумя шагами. При точных расчетах их продолжают до тех пор, пока настройки регуляторов, найденные в двух последовательных итерациях, не совпадут с заданной точностью.

2-й метод. Расчет начинают со вспомогательного регулятора. На первом шаге предполагают, что внешний регулятор отключен, т. е. и

Таким образом, в первом приближении настройки вспомогательного регулятора находят по одноконтурной АСР для вспомогательного канала регулирования. На втором шаге рассчитывают настройки основного регулятора по передаточной функции эквивалентного объекта с учетом . Для уточнения настроек вспомогательного регулятора расчет проводят по передаточной функции , в которую подставляют . Расчеты проводят до тех пор, пока настройки вспомогательного регулятора, найденные в двух последовательных итерациях, не совпадут с заданной точностью.

Основные понятия систем управления и автоматизации. Постановка задачи управления и регулирования.

Определение и общие характеристики системы. При определения некоторого объекта как системы предпологается наличие: 1) объекта (системы), состоящего из множества элементов и их свойств, которые рассматриваются как единое целое благодаря связям между ними и их свойствами; 2) исследователя, выполняющего любую целенаправленную деятельность (исследовательскую, проектную, организационную и др.); 3) задачи, с точки зрения решения которой исследователь определяет некоторый объект как систему; 4) языка, на котором исследователь может описать объект, свойства его элементов и связи.

Элементы – это части или компоненты системы, условно принятые неделимыми.

Свойства – качества позволяющие, описать систему и выделять ее среди других систем. Свойства характеризуют совокупность параметров, одни из которых могут иметь количественную меру, другие выражаются лишь качественно.

Связи – это то, что соединяет элементы и свойства.

Целостность системы проявляется в том, что ее свойства могут качественно отличаться от свойств составляющих элементов.

Таким образом, система – это не сумма составляющих ее частей, а целостное образование с новыми свойствами, которыми не обладают ее элементы.

Понятие «Система» ограниччивает множество элементов. Предполагается, что за пределами системы существует множество элементов, за пределами системы, с которыми она взаимодействует, что называется внешней средой.

Существует понятие иерархии систем. Каждая система может рассматриваться либо как подсистема или элемент некоторой, более крупной системы, либо как совокупность элементов, допустимо определить как систему.

Моделью системы называют отображение определенных характеристик объекта с целью его изучения. Модель позволяет выделить из всего многообразия проявлений изучаемого объекта лишь те, которые необходимы с точки зрения решаемой проблемы, т.е. модель ‑ не точная копия объекта, а отражение определенной части его свойств. Поэтому центральной проблемой моделирования является разумное упрощение модели, т.е. выбор степени подобия модели и объекта.

*****

Любой целенаправленный процесс, происходящий в машине, живом организме или выполняемый человеком, представляет собой организованную совокупность операций, которые условно можно разделить на две группы: рабочие операции и операции управления.

Рабочие операции – это действия, необходимые непосредственно для выполнения процесса в соответствии с природой и законами, определяющими ход течения процесса.

Для достижения цели процесса рабочие операции должны организовываться и направляться действиями другого рода – операциями управления. Совокупность операций управления образуют процесс управления. В структурном аспекте любую систему управления можно представить взаимосвязанной совокупностью объекта управления и управляющего органа

Обобщенная структура системы управления

Объект управления представляет собой открытую систему, значит находится в динамическом взаимодействии с внешней средой. Влияние внешней среды на объект управления, как правило, носит неконтролируемый характер и выражается в случайном изменении его состояния. Воздействие окружающей среды на объект управления называется возмущающим воздействием.

Задачу управления можно сформулировать следующим образом: найти такие вектор управления и вектор состояния, которые обеспечат достижение цели управления, согласно какого-то критерия управления.

На практике достижение точного значения цели управления обеспечить трудно, а часто не требуется. Достаточно, чтобы модуль разности между достигнутым значением показателя цели управления J ^k и значением J не превышало некоторое значение заданной величины d, т.е.

В некоторых случаях задачу управления можно сформулировать следующим образом: найти и реализовать функциональную зависимость (алгоритм управления)

обеспечивающих наилучшее приближение к заданному значению критерия управления.

Задача упрощается, если цель управления задается как вектор желаемого состояния х *(t), т.е. план и программа управления известны и могут быть сообщены системе заранее. Критерий управления формулируется следующим образом

(1)

Это частный случай задачи называется задачей регулирования. Строго задача регулирования формулируется следующим образом: полагая заданным х *(t), найти закон регулирования

который обеспечивает экстремум критерия (1)

Процесс управления условно можно разбить на совокупность следующих функций:

‑ планирование и определение программы управления;

‑ контроль;

‑ формирование управляющих воздействий или принятия решения;

‑ реализаци управляющего воздействия или решения.

Определение программы управления (планирования) заключается в выработке траектории решения системы х *(t) в пространстве параметров его состояния.

Контроль состоит в измерении значений компонентов вектора состояния х (t) и определении вектора ошибки e (t).

Формирование управляющего воздействия (принятия решения) заключается в определении значений управляемых переменных, приводящих объект управления в желаемое состояние.

Реализация управляющих воздействий ‑ это непосредственно физическое воздействие на объект управления.

Функциональная схема системы управления

Схема системы регулирования