Файл: Аграчев, Г. С. Основы автоматического управления учебник для высших военных командных учебных заведений Войск ПВО страны.pdf

ВВЕДЕНИЕ

Автоматикой называется отрасль науки и техники, охваты­ вающая теорию автоматического управления, а также принци­ пы построения автоматических систем и образующих их техни­ ческих средств *.

Современный этап развития автоматики характеризуется значительным усложнением задач теории автоматического управления в связи с переходом от автоматизации отдельных ■объектов к комплексной автоматизации сложных процессов, от управления отдельными объектами к одновременному управле­ нию большим числом взаимосвязанных объектов.

Автоматизация управления различными процессами являет­ ся в настоящее время одним из главных направлений в разви­ тии технического прогресса. Автоматизация охватывает все области техники, включая и военную. Без автоматизации про­ цессов управления немыслимы развитие реактивных летатель­ ных и космических аппаратов, применение атомной энергии, а также целый ряд других современных процессов. Велика роль автоматических систем в разработке новых методов управления войсками. Здесь, как и в других направлениях развития науки, все большую роль играют методы системного подхода, к анали­ зу динамики сложных взаимосвязанных объектов управления.

О перспективах внедрения средств автоматизации в Про­ грамме КПСС сказано: «В течение двадцатилетия осуществит­ ся в массовом масштабе комплексная автоматизация производ­ ства со все большим переходом к цехам и предприятпям-автома.- там, обеспечивающим высокую технико-экономическую эффек­ тивность. Ускорится внедрение высокосовершенных систем автоматического управления».

Большое внимание вопросам повышения эффективности общественного производства на основе научно-технического прогресса было уделено в Отчетном докладе Центрального Комитета XXIV съезду Коммунистической партии, где, в част­ ности, отмечалось, что «И впредь быстрыми темпами будут

* Здесь и в дальнейшем основные понятия автоматики даны в соответ­ ствии с рекомендациями Комитета научно-технической терминологии АН СССР (1966 г.).

7

развиваться электроника. радиопромышленность, приборо­ строение. то есть весь комплекс отраслей, создающих техниче­ скую базу для автоматизации производства и управления. Этот комплекс по праву может быть назван катализатором научнотехнического прогресса. В предстоящем пятилетии здесь особое значение приобретает организация широкого выпуска современ­

Широкое использование автоматических систем в различных областях техники имеет главной целью облегчить умственный труд человека, повышая его производительность. Автоматиза­ ция повышает культуру человеческого труда во всех его видах, сглаживает различие между физическим и умственным трудом и является одним из важнейших факторов создания материаль­ но-технической базы коммунизма в нашей стране.

Автоматической системой (АС) называют совокупность

нуждается лишь в предварительной настройке и контроле за ее работой в процессе эксплуатации.

Русские и советские ученые внесли большой вклад в научное обоснование, творческую разработку и практическое примене­ ние автоматики.

Первые исследования но теории работы регуляторов п

Я- 3. Цыпкнна. А. А. Андронова. В. В. Солодовннкова, А. А. Со­ колова. Е. А. Барашнна и многих других советских ученых рас­ сматриваются новые методы исследования и расчета автомати­ ческих систем.

Особое значение для теории и практики автоматизации име­ ла опубликованная в 1938 г. работа А. В. Михайлова «Гармони­ ческий метод в теории регулирования», в которой был предло­ жен новый критерий устойчивости автоматических систем.

За разработку теории импульсных и релейных систем авто­ матическою регулирования Я. 3. Цыпкину присуждена Ленин-

8

Г л а в а 1

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

§ 1.1. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Автоматические системы (АС) используются для автомати­ ческого управления отдельными объектами, а также для конт­ роля за их состоянием.

Под управляемым объектом понимают объект, который осу­ ществляет управляемый процесс. Например, управляемым объектом может быть ракета, совершающая полет по опреде­ ленной траектории. Протекание процесса в управляемом объек­ те определяется алгоритмом функционирования данного объек­ та. Например, алгоритм функционирования может предписы­ вать движение ракеты по траектории, зависящей от характера движения цели и положения ее в пространстве относительно ракеты. Алгоритм функционирования может предписывать под­ держание управляемого процесса неизменным (обеспечивать постоянную высоту полета самолета) или изменение его по определенному закону.

К управляемым объектам могут быть отнесены самые раз­ личные устройства: электрические генераторы и двигатели, са­ молеты, ракеты, антенны радиолокационных станций, пусковые установки и т. д. Управляемыми объектами могут быть энерго­

управляемый объект нуждается в оказании на него специально организованных извне воздействий, характер которых опреде­ ляется алгоритмом управления.

Процесс, осуществляемый управляемым объектом, характе­ ризуется изменением одной или нескольких физических величин (параметров этого процесса). Так, процесс движения ракеты

10

по определенной траектории характеризуется изменением во времени ее координат.

Процесс выработки напряжения генератором определяется изменением величины этого напряжения во времени.

Физические величины, определяющие протекание управля­ емого процесса и выдаваемые на выходе системы, называются

ритмом функционирования, называется управляемой величи­ ной.

Для автоматического управления важное значение имеет влияние на АС внешней среды, под которой понимается все, что не входит в рассматриваемую систему.

Внешняя среда влияет .на систему в виде различных внешних воздействий: планируемых и непланируемых, полезных и пара­ зитных (помеховых). Изменения выходной величины зависят как от свойств системы, так и от характера внешних воздей­ ствий. Например, изменение координат во времени зависит как от аэродинамических свойств ракеты, режима работы ее двига­

ваются возмущающими воздействиями. Часть входного воздей­ ствия. характеризующая планируемую составляющую его и

•определяемая алгоритмом функционирования системы, назы­ вается задающей величиной. Если, например, алгоритм функ­ ционирования системы предписывает поддержать выходное воздействие постоянным, то и задающее воздействие — постоян­ но, если выходное воздействие должно изменяться по опреде­ ленному закону, то задающая величина и выражает этот закон. Непланируемая составляющая входного воздействия представ­ ляет собой паразитное воздействие (помеху).

/(О

1

Автоматическая

система

Рис. 1.1

Б дальнейшем действие на входе системы помех учитываем, только анализируя работу АС при случайных воздействиях. В остальных случаях, пренебрегая паразитными воздействиями

11

на входе системы, считаем задающую величину равной входно­

му воздействию x(t).

Все элементы автоматической системы, кроме управляемого объекта, объединяются в так называемое управляющее устрой­ ство (рис. 1.2). которое осуществляет управляющее воздействие и (t) на управляемый объект.

Рис. 1.2

§ 1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Автоматические системы можно классифицировать по раз­ личным признакам. Основными классификационными призна­ ками являются наличие (отсутствие) способности к самоприспосабливанию, характер алгоритма управления и характер алгоритма функционирования (рис. 1.3).

Необходимость самоприспосабливания АС связана с нали­ чием или отсутствием в системе полной начальной (априорной) информации.

Начальной, или априорной, информацией называется сово­ купность сведений об управляемом объекте, необходимых для построения и нормального функционирования автоматической системы и известных до начала ее функционирования. Так, на­ пример, для построения системы регулирования скорости вра­ щения двигателя при управлении со стороны обмотки якоря нужно знать зависимость скорости вращения дзигателя от на­ пряжения, приложенного к обмотке якоря. Необходимой на­ чальной информацией в данном случае является уравнение для скорости вращения двигателя как объекта управления. Необхо­ димая начальная информация должна включать не только вид уравнения, но и числовые значения всех коэффициентов.

Аналогично для построения автопилота требуется иметь значения аэродинамических коэффициентов продольного и бо­ кового движения самолета (ракеты) для различных режимов полета и т. д. Необходимой начальной информацией будут дан­ ные о статических и динамических свойствах объекта (самолета или ракеты), выраженные в виде коэффициентов его уравнений. Для построения таких систем автоматического управления не­ обходимо довольно детальное и точное знание характеристик управляемого процесса. Начальная информация, которая пол­ ностью и точно характеризует' управляемый процесс, называет­ ся полной начальной информацией.

12