🗊Презентация Элементы и функциональные устройства судовой автоматики

Элементы и функциональные устройства судовой автоматики Литература: Элементы и функциональные устройства судовой автоматики: Учебник. − 2-е изд. − СПб.: Элмор, 1998

Часть 1 Введение. Основные понятия. Элементы, их классификация и описание Типовые динамические звенья

Автоматическое управление ― автоматическое осуществление совокупности воздействий, выбранных из множества возможных на основании определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с целью управления. Автоматическое управление ― автоматическое осуществление совокупности воздействий, выбранных из множества возможных на основании определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с целью управления. Автоматическое регулирование – поддержание постоянным или изменение по заданному закону некоторой величины, характеризующей процесс, осуществляемое путем определения состояния объекта или действующих на него возмущений и воздействия на регулирующий орган объекта. Система автоматического управления состоит из объекта управления и автоматического управляющего устройства, взаимодействующих между собой. Величины, характеризующие влияние, оказываемое на объект извне, называются воздействиями. Воздействия, вырабатываемые управляющим устройством (или задаваемые человеком), называются управляющими. Воздействия, не зависящие от системы управления, называются возмущениями.

Величины, характеризующие воздействия на управляемый объект

Структурная схема автоматической системы с одной управляемой величиной

Типовая функциональная схема системы автоматического регулирования

Элементы автоматики Элемент автоматики ― функционально и конструктивно законченное устройство, предназначенное для выполнения некоторой элементарной операции над сигналом (сигналами). Типичные операции и выполняющие их элементы: преобразование контролируемой величины в сигнал, удобный для дальнейшей обработки или передачи (измерительные преобразователи и датчики); преобразование сигнала одного рода энергии в сигнал другого рода энергии (электропневматические, пневмоэлектрические и другие преобразователи); преобразование сигнала по величине энергии (усилители); преобразование непрерывного сигнала в дискретный и наоборот (АЦП и ЦАП); преобразование сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока и наоборот (демодуляторы и модуляторы, выпрямители и инверторы); функциональные преобразование сигналов (счетно-решающие устройства) ; выполнение логических операций (логические элементы); сравнение сигналов (компараторы); коммутация сигналов по различным направлениям (коммутаторы); хранение сигналов (элементы памяти); воздействие на управляемый объект (исполнительные элементы).

Общее нелинейное уравнение системы: (1.1) Общее нелинейное уравнение системы: (1.1) (обычно n > m) Уравнение статики: F(y, x) = 0. (1.2) Статическая характеристика элемента (зависимость между выходной и входной величинами в установившемся режиме): у = f (х) . (1.3)

Непрерывная (а) и релейная (б) статические характеристики

Типовые воздействия

Математическое описание линейных элементов Дифференциальное уравнение (1.8) ____ Применяя к (1.8) преобразование Лапласа (1.9) получаем: (anpn + an–1pn–1 + an–2pn–2 + … + a1p + a0)Y(p) = = (bmpm + bm–1pm–1 + bm–2pm–2 + … + b1p + b0)X(p). (1.10) Передаточная функция (1.11) Определение реакции (отклика) элемента на произвольное входное воздействие x(t): находим изображение X(p), после чего Y(p) = X(p)·W(p). (1.12)

Динамические характеристики элементов Переходная функция h(t) – реакция элемента на входное воздействие в виде единичной ступенчатой функции 1(t). Импульсная функция w(t) – реакция элемента на входное воздействие в виде единичной импульсной функции δ(t). Импульсная функция равна производной от переходной функции: Изображение импульсной функции звена дает его передаточную функцию:

Типовые динамические звенья позиционные интегрирующие дифференцирующие с постоянным запаздыванием

Позиционные звенья Безынерционное звено Уравнение: y = kx Передаточная функция: W(p) = k Переходная функция: h(t) = k Импульсная функция: w(t) = kδ(t) Примеры: делитель напряжения механический редуктор трансформатор тахогенератор

Апериодическое звено 1 порядка Апериодическое звено 1 порядка Уравнение: Передаточная функция: Переходная и импульсная функции: Примеры: RC- и RL-цепь , электродвигатель , нагревательная печь

Графики переходной (а) и импульсной (б) функций Графики переходной (а) и импульсной (б) функций позиционного звена второго порядка

Интегрирующие звенья Идеальное интегрирующее звено: Передаточная функция: Переходная функция: h(t) = kt·1(t) Импульсная функция: w(t) = k·1(t) Реальное интегрирующее звено: Передаточная функция: Переходная функция: Импульсная функция:

Графики переходной функции h(t) и импульсной функции w(t) интегрирующих звеньев Графики переходной функции h(t) и импульсной функции w(t) интегрирующих звеньев

Дифференцирующие звенья Идеальное дифференцирующее звено: Передаточная функция: Переходная функция: h(t) = k·δ(t) Импульсная функция: не имеет смысла Реальное дифференцирующее звено: Передаточная функция: Переходная функция: Импульсная функция:

Примеры реальных дифференцирующих звеньев Дифференцирующая RC-цепь

Звено с постоянным запаздыванием Уравнение: y = kx(t – τ) Разложение в ряд Тейлора: Изображение по Лапласу: Передаточная функция: W(p) = k е – τ р АЧХ: K(ω) = k ФЧХ:  (ω) = – τ ω

Типовые нелинейности Ограничение (насыщение)

Зона нечувствительности с насыщением Зона нечувствительности с насыщением

Релейная характеристика с зоной нечувствительности Релейная характеристика с зоной нечувствительности

Релейная характеристика с зоной нечувствительности и гистерезисом Релейная характеристика с зоной нечувствительности и гистерезисом

y = kx2 y = kx2