принципи управління
Теорія автоматичного управління
1. Загальні поняття
Управління будь-яким об'єктом (об'єкт управління будемо позначати ОУ) є вплив на нього з метою досягнення необхідних станів або процесів. Як ОУ може служити літак, верстат, електродвигун і т.п. Управління об'єктом за допомогою технічних засобів без участі людини називається автоматичним управлінням. Сукупність ОУ і засобів автоматичного управління називається системою автоматичного управління (САУ).
Основним завданням автоматичного управління є підтримання певного закону зміни однієї або декількох фізичних величин, що характеризують процеси, що протікають в ОУ, без безпосередньої участі людини. Ці величини називаються керованими величинами. Якщо в якості ОУ розглядається хлібопекарська піч, то керованої величиною буде температура, яка повинна змінюватися за заданою програмою відповідно до вимог технологічного процесу.
2. Фундаментальні принципи управління
Прийнято розрізняти три фундаментальних принципи управління: принцип розімкнутого керування, принцип компенсації, принцип зворотного зв'язку.
2.1. Принцип розімкнутого управління
Розглянемо САУ хлібопекарської печі (рис.1). Її принципова схема показує принцип дії даної конкретної САУ, що складається з конкретних технічних пристроїв. Принципові схеми можуть бути електричними, гідравлічними, кінематичними і т.п.
Технологія випічки вимагає зміни температури в печі за заданою програмою, в окремому випадку потрібно підтримку постійної температури. Для цього треба реостатом регулювати напругу на нагрівальний елемент НЕ. Подібна частина ОУ, за допомогою якої можна змінювати параметри керованого процесу називається керуючим органом об'єкта (УО). Це може бути реостат, вентиль, засувка і т.п.
Частина ОУ, яка перетворює керовану величину в пропорційну їй величину, зручну для використання в САУ, називають чутливим елементом (ЧЕ). Фізичну величину на виході ЧЕ називають вихідною величиною ОУ. Як правило, це електричний сигнал (струм, напруга) або механічне переміщення. Як ЧЕ можуть використовуватися термопари, тахометри, важелі, електричні мости, датчики тиску, деформації, положення і т.п. У нашому випадку це термопара, на виході якої формується напруга, пропорційне температурі в печі, що подається на вимірювальний прилад ВП для контролю. Фізичну величину на вході керуючого органу ОУ називають вхідною величиною ОУ.
Керуючий воздействіеu (t) - це вплив, що прикладається до УО об'єкта з метою підтримки необхідних значень керованої величини. Воно формується пристроєм управління (УУ). Ядром УУ є виконавчий елемент. в якості якого може використовуватися електричні або поршневі двигуни, мембрани, електромагніти і т.п.
Задає пристроєм (ЗУ) називається пристрій, що задає програму зміни керуючого впливу, тобто формує задає сігналu про (t). У найпростішому випадку u про (t) = const. ЗУ може бути виконано у вигляді окремого пристрою, бути вбудованим в УУ або ж взагалі бути відсутнім. Як ЗУ може виступати кулачковий механізм, магнітофонний стрічка, маятник в годиннику, що задає профіль і т.п. Роль УУ і ЗУ може виконувати людина. Однак це вже не САУ. У нашому прикладі УУ є кулачковий механізм, що переміщає движок реостата згідно з програмою, яка задається профілем кулачка.
Розглянуту САУ можна представити у вигляді функціональної схеми. елементи якої називаються функціональними ланками. Ці ланки зображуються прямокутниками, в яких записується функція перетворення вхідної величини в вихідну (рис.2). Ці величини можуть мати однакову або різну природу, наприклад, вхідний і вихідний електрична напруга, або електрична напруга на вході і швидкість механічного переміщення на виході і т.п.
Величина f (t). подається на другий вхід ланки, називається обуренням. Вона відображає вплив на вихідну величину y (t) змін навколишнього середовища, навантаження і т.п.
У загальному випадку функціональна ланка може мати кілька входів і виходів (рис.3). Тут u 1, u 2. u n - вхідні (керуючі) впливу; f 1, f 2 f m - впливи; y 1, y 2. y k - вихідні величини.
Принцип роботи функціональних ланок може бути різним, тому функціональна схема не дає уявлення про принцип дії конкретної САУ, а показує лише шляху проходження і способи обробки та перетворення сигналів. Сигнал - це інформаційне поняття, відповідне на принциповій схемі фізичним величинам. Шляхи його проходження вказуються направленими відрізками (рис.4). Точки розгалуження сигналу називаються вузлами. Сигнал визначається лише формою зміни фізичної величини, він не має ні маси, ні енергії, тому в вузлах він не ділиться, і за всіма шляхами від вузла йдуть однакові сигнали, рівні сигналу, що входить у вузол. Підсумовування сигналів здійснюється в суматорі. віднімання - в порівнюваних пристрої.
Розглянуту САУ хлібопекарської печі можна зобразити функціональною схемою (рис.5). В даній схемі закладений принцип розімкнутого керування. сутність якого полягає в тому, що програма управління жорстко задана ЗУ; управління не враховує вплив збурень на параметри процесу. Прикладами систем, що працюють за принципом разомкнутого управління, є годинник, магнітофон, комп'ютер і т.п.
2.2. принцип компенсації
Якщо збурює фактор спотворює вихідну величину до неприпустимих меж, то застосовують принцип компенсації (рис.6, КУ - коригуючий пристрій).
Нехай y про - значення вихідної величини, яке потрібно забезпечити згідно з програмою. Насправді через обурення f на виході реєструється значення y. Величина e = y про - y називається відхиленням від заданої величини. Якщо якимось чином вдається виміряти величину f. то можна відкоригувати керуючий вплив u на вході ОУ, підсумовуючи сигнал УУ з коригувальним впливом, пропорційним обуренню f і компенсує його вплив.
Приклади систем компенсації: біметалічний маятник в годинах, компенсаційна обмотка машини постійного струму і т.п. На рис.6 в ланцюзі НЕ варто термоопір Rt. величина якого змінюється в залежності від коливань температури навколишнього середовища, коректуючи напруга на НЕ.
Гідність принципу компенсації. швидкість реакції на обурення. Він більш точний, ніж принцип розімкнутого керування. Недолік. неможливість обліку подібним чином всіх можливих збурень.
2.3. Принцип зворотного зв'язку
Найбільшого поширення в техніці отримав принцип зворотного зв'язку (рис.7). Тут керуючий вплив коригується залежно від вихідної величини y (t). І вже не важливо, які обурення діють на ОУ. Якщо значення y (t) відхиляється від необхідного, то відбувається коригування сигналу u (t) з метою зменшення даного відхилення. Зв'язок виходу ОУ з його входом називається головним зворотним зв'язком (ОС).
В окремому випадку (рис.8) ЗУ формує необхідне значення вихідної величини y про (t). яке порівнюється з дійсним значенням на виході САУ y (t). Відхилення e = y про -y з виходу пристрою, що порівнює подається на вхід регулятора Р, що об'єднує в собі УУ, УО, ЧЕ.Еслі e 0. то регулятор формує керуючий вплив u (t). чинне до тих пір, поки не обеспечится рівність e = 0. або y = y о. Так як на регулятор подається різниця сигналів, то такий зворотний зв'язок називається негативною. на відміну від позитивного зворотного зв'язку. коли сигнали складаються.
Таке управління у функції відхилення називається регулюванням. а подібну САУ називають системою автоматичного регулювання (САР). Так на рис.9 зображена спрощена схема САР хлібопекарської печі. Роль ЗУ тут виконує потенціометр, напруга на якому Uз порівнюється з напругою на термопарі Uт. Їх різниця U через підсилювач подається на виконавчий двигун ВД, який регулює через редуктор положення движка реостата в ланцюзі НЕ. Наявність підсилювача говорить про те, що дана САР є системою непрямого регулювання. так як енергія для функцій управління береться від сторонніх джерел живлення, на відміну від систем прямого регулювання. в яких енергія береться безпосередньо від ОУ, як, наприклад, в САР рівня води в баку (рис.10).
Недоліком принципу зворотного зв'язку є інерційність системи. Тому часто застосовують комбінацію даного принципу з принципом компенсації. що дозволяє об'єднати переваги обох принципів: швидкість реакції на обурення принципу компенсації і точність регулювання незалежно від природи збурень принципу зворотного зв'язку.
Контрольні питання
- Що називається управлінням?
- Що називається автоматичним управлінням?
- Що називається системою автоматичного управління?
- Що є основним завданням автоматичного управління?
- Що називається об'єктом управління?
- Що називається керованою величиною?
- Що називається керуючим органом?
- Що називається чутливим елементом?
- Що таке вхідна і вихідна величини?
- Що називається керуючим впливом?
- Що називається обуренням?
- Що називається відхиленням від заданої величини?
- Що називається керуючим пристроєм?
- Що називається задає пристроєм?
- Що називається функціональною схемою і з чого вона складається?
- У чому відмінність сигналу від фізичної величини?
- У чому суть принципу разомкнутого управління?
- У чому суть принципу компенсації?
- У чому суть принципу зворотного зв'язку?
- Перерахуйте переваги і недоліки принципів управління?
- Який окремий випадок керування називається регулюванням?
- У чому відмінність систем прямого і непрямого регулювання?
Чи знаєте Ви, що, як і будь-яка язичницький релігія, релятивізм хибна у своїй основі. Він суперечить фактам. Серед них такі:
1. Електромагнітна хвиля (в релігійній термінології релятивізму - "світло") має строго постійну швидкість 300 тис.км / с, абсурдно НЕ відлічувану ні від чого. Реально ЕМ-хвилі мають різну швидкість в речовині (наприклад,
200 тис км / с в склі і
3 млн. Км / с в поверхневих шарах металів, різну швидкість в ефірі (див. Статтю "Температура ефіру і червоні зсуви"), різну швидкість для різних частот (див. Статтю "Про швидкості ЕМ-хвиль")
2. У релятивізм "світло" є міфічне явище саме по собі, а не фізична хвиля, яка є хвилюванням певної фізичної середовища. Релятивістський "світло" - це хвилювання нічого в нічим. У нього немає середовища-носія коливань.
3. У релятивізмі можливі маніпуляції з часом (уповільнення), тому там порушуються основоположні для будь-якої науки принцип причинності і принцип суворої логічності. У релятивізм при швидкості світла час зупиняється (тому в ньому абсурдно говорити про частоту фотона). У релятивізмі можливі такі насильства над розумом, як твердження про взаємне перевищенні віку близнюків, що рухаються з субсветовой швидкістю, і інші знущання над логікою, притаманні будь-якій релігії.
НОВИНИ ФОРУМУ
Лицарі теорії ефіру
Про це Корнілов написав на своїй сторінці в соцмережі.
За словами Корнілова, тоді його повідомлення було сприйнято з недовірою.
Тепер же Сміла Корнілов вирішив повернутися до цієї теми, в зв'язку з чим публікує у себе в фейсбуці фотографії загадкових ізраїльтян, які брали участь в одеській бійні.
Серед безлічі питань, на які Корнілов, за його словами, хотів би отримати відповідь, наприклад, такі:
«Чому вони випадково розгулювали по Одесі з медичним спорядженням, в гумових рукавичках, звідки вони знали заздалегідь про те, що будуть поранені й убиті? Або чому цей боєць раптом різко забув англійську, коли зрозумів, що його записують? ».
Води озер, морів і океанів північного по --------- Лушар обертаються проти годинникової -з-т - р-е-л-к-і, а води південного полушарія- в-ра - ща-ють -ся- по- ч-асів стрілкою, - обра-зуя- -гіг-ант-скі-е вод-ово-роти.
Основною причиною обертання вирів є місцеві вітру.
І чим вище швидкість вітрів тим вище швидкість обертання вирів і як наслідок, вище відцентрова сила вирів, завдяки чому підвищується рівень вод морів і океанів.
А чим нижче відцентрова сила вирів, тим нижче рівень вод морів і океанів.
Швидкість течій, по периметру морів і океанів не скрізь однакова і залежить від глибини узбережжя. У мілководній частині моря швидкість течій збільшується, а в глибоководній частині моря зменшується.
Сезонні коливання рівня вод спостерігаю-ться не по всьому узбережжю морів і океан-ів, а тільки в тих узбережжях де висока кутова швидкість течій і як наслідок, висока відцентрова сила води. (Відцентрова сила F = v / r).
На прямолінійних узбережжях, де течії не мають кутовий швидкістю, рівень вод не підвищується.