Файл: Крачино, В. В. Электрорадиоавтоматика на морском транспорте учеб. пособие.pdf

При проектировании и последующем практическом осуществлении и эксплуатации САУ и САР инженеру и конструктору необходимо считаться с тем, располагают они или нет достаточным количеством информации о работе и режимах будущей САУ, о показателях качества процесса управления и об управляемых параметрах.

Объем информации, знание которой исследователю необходимо еще до того, как САУ заработает, принято называть априорной или

начальной информацией о данной САУ.

Например, при проектировании следящей системы для АРП (см. рис. 8) проектировщик должен иметь в своем распоряжении све­ дения о возможной величине напряжений на выходе детектора радио­ приемного устройства, на выходе генератора опорного напряжения и на выходе фазового детектора. Он должен знать о возможных вели­ чинах напряженности электромагнитного поля- у приемной антенны (рамки) в различное время суток времени года, на разных географичес­ ких широтах и т. д.

Если представляется возможным иметь достаточную начальную информацию в таком объеме, что в проектируемой САУ могут быть дос­ тигнуты желаемые показатели качества управления, например точ­ ность, устойчивость, то такую информацию называют полной началь­ ной информацией. Если для реализации САУ нет достаточных сведе­ ний о ней самой или о проектируемом процессе управления, возмож­ ных возмущениях в САУ и т. д ., то такая начальная информация яв­ ляется неполной. Другой вид информации при эксплуатации САУ или САР радиотехнического типа — это так называемая рабочая инфор­ мация.

Рабочая информация включает в себя сведения, которые устрой­ ства анализа информации в САУ или оператор в полуавтоматических системах управления получают при осуществлении процессов управ­ ления в них. Рабочая информация реализуется в САУ в виде сигналов, которые содержат в себе сведения об изменении параметров (коорди­ нат), характеризующих протекание процесса управления на основе управляющего воздействия. Например, в ходе работы следящей си­ стемы АРП рабочая информация реализуется в виде величины углов поворота исполнительного двигателя в функции от напряженности электромагнитного поля в приемной антенне (рамке).

Г л а в а II

КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ ВИДЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

§ 1. ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ САУ ПРИ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ И ВЕРОЯТНОСТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Так как технические системы автоматического управления при всем их значительном многообразии составляют только часть общего мно­ жества систем управления, свойства и закономерности поведения кото­ рых составляют один из важных аспектов исследований в современной

18

кибернетике, то и на них (технические САУ) распространяются неко­ торые классификационные признаки, общие для систем управления любой физической природы.

Одним из главных признаков является качественная взаимосвязь между основными элементами САУ во времени. Она определяется вре­ менным характером внешних воздействий (управляющих и возмуща­ ющих) на САУ. Эти воздействия в силу упомянутого физического фактора и применяемого для описания их математического аппарата подразделяются на детерминированные или регулярные, описываемые определенными (детерминированными) функциями времени, и случай­ ные (вероятностные) или статистические, описываемые случайными функциями. В этой ситуации представляется возможным оценивать только вероятность проявления того или иного вида воздействия на САУ в некоторый дискретный момент времени. Величина этого воздей­ ствия может принимать с течением времени самые разнообразные слу­ чайные значения. В соответствии с последним свойством, случайный процесс в САУ может быть оценен рядом вероятностных характерис­ тик. Так, например, автокорреляционная функция R (т) связана со спектральной плотностью 5 (со) следующим соотношением [14]:

— с©

Физические причины разнообразных значений воздействий случай­ ного характера в САУ обусловлены тем, что как сама величина этого воздействия в каждый дискретный момент времени, так и процессы ее возможных изменений во времени зависят от проявления совокупности ряда независимых физических факторов в САУ. Последние случайным образом могут проявляться одновременно или с любым сдвигом во времени, с разными энергетическими уровнями и т. п.

Возмущения (помехи) случайного характера бывают и в системах управления радиотехнического типа. В качестве примеров можно на­ звать следующие системы:

системы настройки радиоприемного устройства на частоту радиопе­ редающей станции в условиях воздействий посторонних электрических и магнитных полей (радиопомех), нерегулярных «замираний» (федин­ гов), изменений напряжения сети электропитания и др.;

система автоматической регулировки усиления (АРУ) по промежу­ точной частоте в телевизионном приемнике в условиях присутствия мешающих воздействий в видеотракте;

система обнаружения полезного сигнала в присутствии («на фоне») интенсивных нерегулярных помех в радиолокационном приемнике;

система контроля (измерения) напряженности электромагнитного поля рабочей волны у приемной антенны в условиях существования нерегулярных «замираний».

В настоящей книге рассматриваются только САУ радиотехническо­ го типа, относящиеся к классу так называемых неприспосабливающих­ ся систем автоматического управления и работающих в условиях уп­ равляющих и возмущающих регулярных воздействий.

19

В последующем такие САУ для краткости будут именоваться

детерминированными неприспосабливающимися. При этом объектами рассмотрения будут являться в основном такие неприспосабливающиеся САУ, поведение которых в динамическом режиме может быть ■описано с достаточной точностью с помощью линейных дифференциаль­ ных уравнений по возможности невысокого порядка.

§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ НЕПРИСПОСАБЛИВАЮЩИХСЯ САУ

Детерминированные САУ условно могут быть классифицирова­ ны по ограниченному ряду признаков, имеющих известное практичес­ кое значение и для систем радиоавтоматики на морском флоте. В част­ ности, к таким признакам могут быть отнесены: степень идеализации при математическом описании САУ, или при выборе их математичес­ кой модели; сложность структурных и функциональных схем, много­ мерность и многосвязность управляющих величин в САУ; характер сиг­ налов в САУ; наличие или отсутствие у САУ способности самостоя­ тельно осуществлять контролируемые изменения своих свойств.

Существуют САУ, в которых управляющее устройство (управля­ ющая система) может не только создавать управляющие воздействия на объект управления, но и изменять свои собственные свойства (структуру, параметры, закон управления, введение дополнительных воздействий и т. д.) с целью повышения эффективности управления •объектом на основе текущей (неаприорной) рабочей информации и внеш­ них и внутренних условий ее работы. Такие целенаправленные самоизменения свойств САУ принято называть контролируемыми измене­ ниями, а сами САУ — приспосабливающимися (адаптивными). В про­ тивоположность им САУ, неспособные производить контролируе­ мые изменения своих свойств, принято называть неприспосабливаю­ щимися (обыкновенными, простыми, априорными САУ).

На рис. 10 представлена упрощенная (неполная) схема классифи­ кации априорных детерминированных САУ (в их числе и САР) в со­ ответствии с перечисленными выше первыми тремя признаками.

Прежде всего САУ могут быть подразделены на линейные и не­ линейные, на основе того являются линейными или нелинейными диф­ ференциальные уравнения, используемые для описания САУ. Хотя все реальные элементы в САУ являются нелинейными, в ряде случаев нелинейные зависимости особенно существенно не проявляются. Поэтому исследование подобных систем осуществляется практически на основе теории линейных САУ.

По наличию или отсутствию в САУ цепи для передачи информации ■о результатах управления объектом (иначе главной цепи обратной связи) и линейные и нелинейные САУ подразделяются на замкнутые

и разомкнутые.

Замкнутые САУ, работающие по принципу отклонения, подразде­ ляются на системы стабилизации, следящие системы, системы програм­ много управления.

-20

Разомкнутые САУ могут быть с программным управлением и реже с компенсацией по возмущающему воздействию.

Параметры элементов, входящих в состав радиотехнических САУ, ■с течением времени, естественно, могут изменяться (потеря эмиссии,

Рис. 10 Классификационная схема детерминированных неприспосабливающихся САУ

«старение», необратимые явления, износ и т. п.). Если эти изменения протекают значительно медленнее изменений сигналов управления в САУ, то параметры можно считать практически неизменными в сопос­ тавлении с динамикой процессов. САУ, обладающие подобными ка­ чествами, называют стационарными.

21

Если параметры САУ оказываются быстроизменяющимися, то та­ кие системы управления называются нестационарными. О нестацио­ нарное™ САУ представляется возможным судить, в частности, по раз­ личию реакции («отклика») системы на приложенное к ее входу опреде­ ленное воздействие в зависимости от момента времени, когда это воз­ действие оказалось фактически приложенным к системе.

Процессы управления в САУ обязательно связаны с передачей и преобразованием информации. Если процессы в САУ сопровождаются передачей или преобразованием каждого мгновенного значения сигна­ ла, то данные системы называются не­

прерывными.

Если в процессе работы САУ хотя бы один из параметров сигнала ока­ зывается квантованным, то подобные системы принято называть дискрет­ ными.

Непрерывные САУ характеризуют­ ся тем, что в них сигналы на входах и выходах всех элементов системы пред­ ставляются в виде непрерывных функ­ ций времени. При этом в соответствии со способами преобразования сигналов они могут быть двух видов: обыкно­ венные непрерывные САУ без модуля­ ции непрерывного сигнала (сокра­ щенно непрерывные); непрерывные САУ с гармонической модуляцией сигнала (амплитудной — AM, частот­ ной — 4M, фазовой — ФМ).

Структурные схемы этих систем обязательно содержат элементы, вы­ полняющие гармоническую модуляцию непрерывного сигнала при

прямом преобразовании — модуляторы (AM, 4M, ФМ) — и осущест­ вляющие* обратное преобразование гармонически модулированного сигнала в непрерывный — демодуляторы (AM, 4M, ФМ).

Внепрерывных САУ в любой момент времени имеется необходи­ мая для управления информация, что возможно при наличии в этих системах непрерывных во времени сигналов.

Врассматриваемых САУ сигналы непрерывны и по уровню, так как они могут принимать в общем случае сколь угодно большое число значений этого уровня.

Вдискретных (<прерывных) САУ в одном из элементов осуществля­ ется квантование хотя бы одного из параметров непрерывных сигна­

лов или по времени (в дискретных импульсных САУ) или по уровню (в релейных САУ) или как по уровню, так и по времени (кодово­ импульсных САУ).

В импульсных САУ непрерывный входной сигнал модулирует один из параметров периодической последовательности импульсов, как-то: амплитуду импульсов, длительность импульсов, их положение

22