2.3. Principiile conducerii automate.

Una din problemele fundamentale a construciei sistemelor automate const n determinarea, n ce mod cu ajutorul celor mai simple mijloace tehnice s fie primit i transmis acel volum de informaie, care este necesar pentru a atinge scopul conducerii [L2].

Nectnd la varietatea proceselor tehnice, construcia aparatajului de conducere i sistemelor automate se bazeaz pe un ir de principii comune, cele fundamentale fiind urmtoarele:

principiul de conducere dup deviere; principiul de conducere dup perturbaii; principiul conducerii combinate; principiul adaptrii. Principiul conducerii automate determin, cum i pe baza crei informaii de alctuit

influena de conducere n sistem. Unul din simptoamele de baz, ce caracterizeaz principiul de conducere, este informaia necesar pentru prelucrarea influenei de conducere i, deci i configuraia contururilor de transmitere a influenei n sistem. Alegerea principiului construciei sistemului automat depinde de destinaia lui, caracterul variaiei semnalului de ntrare i perturbaiilor, posibilitilor primirii informaiei necesare, stabilitatea parametrilor obiectului reglat i a elementelor dispozitivului de conducere .a.

Expresia pentru impulsul unitar (t) in matematica se numeste delta functiei. Reprezentarea grafica a reactiei sistemului la actiunea unitar-scalara se numeste caracteristica

de trecere.

Experienta analitica caracteristicii de trecere se noteaza h(t) si se numeste functia de transfer.

Reprezentarea grafica a reactiei sistemului la actiunea impulsului unitar se numeste

caracteristica de transfer impulsiva.

Exprimarea analitica a caracteristicii de transfer impulsiva se noteaza (t) si se numeste functie

de transfer impulsiva sau functie balansata.

Principiul conducerii dup deviere Dac n sistemul automat influena de conducere este elaborat pe baza informaiei despre

devierea semnalului de ntrare de la valoarea iniial a lui, atunci se spune, c sistemul este construit pe baza principiului conducerii dup deviere, sau principiului legturii inverse (LI).

Pentru realizarea acestui principiu n dispozitivul de conducere este necesar de nfptuit comparaia valorii reale a semnalului de ntrare cu valoarea cerut i de condus cu obiectul n dependen de rezultatele acestei comparaii.

Primele sisteme automate industriale, n care a fost realizat principiul conducerii dup deviere, au fost: regulatorul automat al nivelului apei n cazanul mainii cu abur, inventat de I.I. Polzunov n a.1765, i regulatorul vitezei de rotaie a valului mainii cu abur a lui Watt (a.1784).

Folosind principiul de conducere dup deviere, se pot construi sisteme automate i semiautomate cu legturi inverse, ori sisteme cu contururi nchise de influen.

Prezentm schema-bloc a sistemului automat cu legtur invers:

Des. 2-4

Influena de conducere n acest sistem este elaborat n dependen de valoarea funciei de deviere int(t) i xie(t):

U = F(x)

f(t)

U(t) xie[ (t)W2W1

xint(t)

leg=tura invers=

D x(t)

YYlegtura invers

Legtura ntre deviere i influena de conducere se determin cu un oarecare operator W1, ce

caracterizeaz particularitile dispozitivului de conducere. Particularitile dinamice a obiectului reglat pot fi descrise cu operatorul W2, care face legtura

ntre semnalul de ntrare i influena de conducere. Trstura caracteristic a sistemelor automate, construite pe baza principiului conducerii dup

deviere, este prezena legturii inverse. LEGTURA INVERS este aa o legtur, la care informaia despre starea obiectului

reglat se transmite de la ieirea sistemului la ntrarea dispozitivului de conducere (DC). Legtura invers este negativ dac n dispozitivul de conducere cu ajutorul elementului de

comparare (sumatorul) determinm devierea:

x(t) = xint(t) - xie(t).

Principiul conducerii dup deviere este universal i efectiv, deoarece el permite conducerea cu obiectele nestatornice i realizeaz legea schimbrii semnalului de ntrare cu o deviere minimal x independent de cauzele apariiei devierii. Aa, de exemplu influena perturbaiilor f(t) n sistem (des.2-4) poate fi slbit esenial fr schimbarea ei nemijlocit datorit particularitilor legturii inverse.

Principiul legturii inverse este caracteristic nu numai pentru sistemele tehnice, dar i pentru organismele vii n parte pentru om. Puterea sunetului glasului nostru, viteza i frecvena parcurgerii impulsurilor nervoase n creier, schimbul chimic de substane n interiorul corpului i poziia spaial a prilor lui, toate aceste micri sunt fcute dup principiul legturii inverse.

EXEMPU 2-1. Sistemul stabilizrii tensiunii generatorului de curent continuu, construit pe baza principiului reglrii dup deviere [vezi L2, pag.12].

EXEMPLU 2-2. Sistemul de urmrire [vezi L2, pag.12]. Principiul conducerii dup perturbaii. Principiul conducerii dup perturbaii, sau principiul compensrii perturbaiilor, const n aceia,

c semnalul de ntrare n sistem este elaborat conform rezultatelor msurrii perturbaiei ce acioneaz asupra obiectului. Sistemele construite dup acest principiu, lucreaz pe un circuit deschis.

Sistemele cu circuite deschise se mpart n dou grupe: sisteme de compensaie i sisteme cu conducerea programabil.

3.2. Sisteme automate deschise i nchise

La studierea principiilor automate de reglare i semantic, ca n dependena de ntrebuinarea

la construcia sistemului principiului automat de reglare, sistemele de reglare automate pot fi

nchise i deschise. Dac la ntrebuinare a fost folosit principiul de , atunci astfel de

sistem automat lucreaz pe circuite deschise, adic se prezint deschis.

La folosirea principiului de reglare pe abateri sistemul automat se construiete cu ajutorul L.I.

i lucreaz pe circuit nchis, adic se prezint nchis.

Cum s-a mai remarcat, cea mai larg ntrebuinare n tehnic o au sistemele nchise, adic

sistemele cu L.I.. La studierea lor va fi atras atenia esenial n cursul nostru de ecuaii .....

3.3. Clasificarea sistemelor automate dup caracterul schimbrii semnalului de intr.

Dup caracterul schimbrii aciunii date xint(t) sistemele automate se mpart n trei pri:

sisteme stabilizate, sisteme programate i sisteme de urmrire [L2].

Sisteme stabilizate - sisteme automate destinate meninerii cu o exactitate propus n

semnificaie constant a mrimii reglate.

n acest sistem este necesar ca semnificaia reglrii mrimii s fie permanent, iar eroarea n

regimul stabilit xstab nu trebuie s depeasc mrimea admis xadm :

xint = const; xstab = xint - xies xadm

Exemple de sisteme stabilizate se prezint: stabilizarea tensiunii, frecvenei, temperaturii,

puterii i altele.

Sistem programat - acesta este sistem auto-mat, problema cruia const n schimbarea mrimii

dirijate preventiv cu programul compus, determinnd variabilele de comand:

xint (t) = Fp (t);

xstab = xint - xies xadm ,

unde Fp(t) - programul preventiv cunoscut funcia timpului.

Exemple de sisteme programate: strunguri cu sisteme programate, nave cosmice cu sisteme

programate .a.

Sistem de urmrire - acesta este un sistem automat problema cruia const n schimbarea

valorii reglate n coresponden cu necesitatea preventiv frecvenei timpului determinarea de

perturbrile date.

xint (t) = F(t); xstab = xint - xies xadm ,

unde F(t) - necunoscuta preventiv a funciei timpului.

n sistemele de urmrire mrimea reglat repet n determinarea scrii toate transformrile

mrimii conduse, adic, "urmrete" dup ea. n aa sisteme mrimea condus prezint mrimea

dat.

Ca sistemele de urmrire s refere acionarea de urmrire a diferitor obiecte, sistemele automate

reglarea frecvenei generatorului sistemului teleghidate i autodirijarea aparatelor de zbor.

n sistemul de urmrire dac se folosete principiul reglrii devierii. Mrimea regulat .,.. prin

legtura invers servesc la elementul de comparare, unde se compar cu perturbrile definite , n

rezultatul creia depistarea devierii ntre mrimile i Ultimele se folosesc pentru reglarea

lucrrii sistemului.

3.4. Sisteme statice i astatice.

Dup mrimea erorii determinate sistemele automate se mpart n statice i astatice.

Dac la constanta folositoare (xint =const) i duntoare (fk =const) perturbarea la sistem difer

de zero mrimea erorii xstab astfel de sistem se numete static.

Dac la perturbarea constantei se determin egal cu zero mrimea erorii, atunci sistemul n

coordonarea perturbaiei date se numete astatic.

3.5. Sistemele continue i discrete

Dup modul de transmitere i conversie a semnalelor sistemele automate se clasific n continue

i discrete.

n sistemele continue se transmite i transformarea fiecrui moment a mrimii semnalului, adic

semnalul prezint funcia continu a timpului.

t

x]nt

t

xie[xstab

x]nt

a) b)

n sistemele discrete se transmite i transform semnalul cuantic n timp n nivel sau n acelai

timp n nivel de timp.

3.6. Sisteme liniare i neliniare

Dup reprezentarea ecuaiei difereniale, care descrie sistemele automate, le putem clasifica n

liniare i neliniare.

Sistemele automate, dinamice crora descriu ecuaiile neliniare, se numesc sisteme neliniare.

Majoritatea apar din cauze diferite: din existena zonei insensibile i zonei de saturaie n

caracteristicile statice a elementelor aparte, la conectarea n reglarea dispozitivului sistemul liniar

a elementelor (releu). Dac neliniaritatea puternic influeneaz la proprietile dinamice a

sistemului, atunci ele se iau n consideraie i cerceteaz sistemul ca neliniar. ntruct majoritatea

cazurilor ndeosebi n sistemele cu legtur invers la abateri mici, neliniaritatea acord inexistena

influenei i astfel de sisteme putem socoti liniare.

Sistemele automate liniare se numesc astfel de sisteme, care pot fi descrise cu exactitate de

ecuaiile liniare (algebrice, difereniale, ecuaiile n diferen final .a.m.d.).

Sistemele liniare se clasific n staionare i nestaionare. Parametrii sistemelor liniare staionare

nu se schimb n timp, astfel de sisteme se descriu cu ecuaii liniare, cu coeficieni constani. n

sistemele liniare nestaionare parametrii variaz n timp i se descriu cu ecuaii liniare

coeficienilor variabilelor.

Caracteristicile de baza ale sistemelor :

6.1. Caracteristicele statice.

Statica reglarii studiaza echilibrul starii stabilite, care au loc in constantele valorilor pe

turbarilor si reglarea influentelor asupra sistemelor.

In rezultatul schimbarii actiunilor de la o valoare constanta pina la alta in sistem apare procesul

de trecere. Daca sistemul reglarii e stabilita, atunci coordonatele sstemului vor tinde la unele valori

stabilite. Aceste valor finale si examineaza statica.

Starea de echilibru ca si in verigi aparte, asa si in sisteme, compuse din verigi nu tot timpul sunt

stabili.

In caz general veriga SAR poate caracteriza l lui coordonate (xies1 , xies2 ,... xies l ) dependente

de la m influente la veriga

(xint1 , xint2 ,... , xint m ).

6.3. Caracteristica de timp

Prin caracteristica de timp in caz general se intelege reprezentarea grafica a procesului

schimbarii marimii de iesire in functie de timp la trecerea sistemului dintro starea echilibrata in

alta in rezultatul intrarii la intrarea sistemului la actiunea standarda oarecare. Intrucit ecuatia

diferentiala a sistemului deasemenea determina schimbarea marimii de iesire in functia timpului

la oricare conditii initiale, atunci caracteristica de timp reprezinta rezolvarea ecuatiilor diferentiale

a sistemului pentru acrtiunile standarde primite, si caracterizeaza proprietatile dinamice a

sistemului. Intrucit caracteristicile de timp pot fi primite nu numai prin calea rezolvarii ecuatiilor

diferentiale a sistemului dar si experimental, posibilitatea determinarii proprietatilor dinamice a

sistemului pe caracteristica de timp are posibilitatea practica valoroasa, intrucit in acest caz nu

necesita de a scoate si rezolva ecuatii diferentiale, ce se prezinta in caz general foarte voluminos,

iar uneori si nerezolvabila.

6.4. Caracteristicile de frecventa

In practica inginereasca la analiza sinteza si calculul ASR folosirea larga au gasit caracteristicile

de frecventa. Daca la intrarea sistemului aplicam oscilatii sinusoidal cu amplitudinea si frecventa

constanta xint (t) = Aint t , dupa incetinirea procesului de transfer la iesire tot apar oscilatii

sinusoidale xies (t) = Aies cu aceias frecventa, dar cu alta amplitudine si deplasata

pe faza dependent de armonicile de intrare (des 6-14)

La planul complex marimii de intrare xint (t) = Aint pentru fiecare valoare de timp, de exemplu

t1 se determina cu vectorul Aint , construit din originea coordonatelor sub unghiul t1 .

Cum rezulta din desenul 6-15, partea reala marimii de intrare a armonicii prezentata in forma

complexa, egala Aint t1, iar imaginara Aint t1 .

Marcind valorile complexe marimii de intrare a diferitor valori de timp in forma xint (t), primim

expresia pentru marimile de intrare in forma complexa trigonometric:

)tsinjt(cosA(t)x int int . (6-4)

conform formulei Euler

e t, (6-5)

atunci marimea de intrare in complexa forma exponentiala se inscrie astfel:

tj

int int eA(t)x , (6-6)

reprezentarea analogica marimea de iesire in complexa forma exponentiala are forma:

)t(jiesies

ieseA(t)x

,

Aplicind la intrarea sistemului oscilatii cu una si aceiasi amplitudine, la iesirea sistemului

primim oscilatii cu aceiasi frecventa dar cu amplitudine diferita si fazele dependent armonicilor

de intrare.

Daca faza initiala a marimii de intrare nu este egala cu zero, atunci in caz general avem