Sw3.6-m1-1.2-Slajd25
Systemy wbudowane(21)
Ze względu na teorię i praktykę sterowania interesująca jest klasyfikacja układów regulacji automatycznej. Klasyfikacji układów sterowania dokonuje się ze względu na następujące kryteria:
1) liniowość,
2) sposób przekazywania informacji w układzie,
3) liczbę wielkości regulowanych,
4) sposób wyrażenia zadania sterowania,
5) rodzaj aparatury sterującej.
Ad 1. Z uwagi na kryterium liniowości układy sterowania dzieli się na liniowe
i nieliniowe.
Układy liniowe zawierają wyłącznie elementy liniowe, tzn. takie, których charakterystyki statyczne są liniami prostymi, zaś własności dynamiczne opisują liniowe równania różniczkowe zwyczajne, całkowe, różnicowe lub algebraiczne. Układy liniowe spełniają zasadę superpozycji, co oznacza, że w przypadku złożonych wymuszeń analiza układu może być przeprowadzona oddzielnie dla każdego z nich, a końcowy wynik można uzyskać na drodze superpozycji wyników cząstkowych. W praktyce większość elementów nie spełnia wymogów liniowości, lecz jeśli elementy pracują w wąskim zakresie zmian (wokół pewnego punktu pracy), to charakterystyki tych elementów można traktować jako prostoliniowe w otoczeniu punktu pracy.
Układy nieliniowe to takie, które zawierają co najmniej jeden element nieliniowy. Do analizy układów nieliniowych stosuje się metody pozwalające uwzględnić różne rodzaje występujących nieliniowości. Dokładne metody analizy są bardzo złożone i dlatego najczęściej stosuje się metody przybliżone. Zagadnienie to wymagałoby szerszego omówienia (zainteresowanych odsyłamy do podręczników z zakresu teorii sterowania). Często dokonuje się linearyzacji charakterystyk w otoczeniu punktu pracy zakładając pewne uproszczenia i licząc się z niedokładnością takiej analizy. Takie uproszczenie opisu układów nie zawsze jest jednak możliwe i może prowadzić do znacznych błędów.
Ad 2. Przekazywanie informacji (sygnałów) w układach sterowania jest możliwe w sposób ciągły lub dyskretny. W przypadku ciągłych układów sterowania wszystkie sygnały są opisane funkcjami ciągłymi w czasie oraz funkcje te mogą przyjmować wszystkie wartości mieszczące się w przedziale ich zmienności. Natomiast dyskretne układy sterowania mają przynajmniej jeden element działający w sposób dyskretny, tzn. że sygnały na wyjściu tego elementu mogą przyjmować tylko niektóre wybrane wartości (opisane np. funkcją schodkową) lub sygnały występują w określonych momentach czasu. W tym ostatnim przypadku mamy do czynienia z tzw. układami impulsowymi.
Ad 3. Jeżeli w układzie sterowania występuje tylko jedna wielkość regulowana, to mówimy o układzie jednowymiarowym ; jeśli więcej, to mówimy o układzie wielowymiarowym . Niekiedy wielowymiarowy układ sterowania udaje się rozdzielić na kilka układów jednowymiarowych, szczególnie wówczas, gdy wzajemny wpływ poszczególnych wielkości regulowanych jest znikomy. Gdy wzajemnego wpływu wielkości regulowanych na siebie nie da się pominąć, dokonujemy analizy układu za pomocą metod sterowania wielowymiarowego, których stosowanie jest o wiele trudniejsze i z reguły mniej efektywne.
Ad 4. Zadanie sterowania może być wyrażone przez charakter sygnału zadanego x lub przez pewne wymagania co do struktury układu. Gdy zadanie sterowania jest określone przez charakter sygnału zadanego x , możemy wyróżnić trzy charakterystyczne przypadki.
1.Sygnał zadany x jest stały w czasie (x = const). Wówczas mamy do czynienia z układem regulacji stałowartościowej, którego celem jest utrzymanie wielkości regulowanej y na stałym poziomie, określonym przez sygnał zadany x .
2.Sygnał zadany x jest znaną funkcją czasu (x = f(t )). Mówimy wówczas
o układzie regulacji programowej, którego zadaniem jest zmiana wartości wielkości sterowanej y(t ) w sposób zgodny z przebiegiem funkcji wielkości zadanej x(t ).
3.Sygnał zadany x jest przypadkową funkcją czasu. Sytuacja ta zachodzi wówczas, gdy wartość zadanego x jest uzależniona od zajścia pewnych zdarzeń rejestrowanych w układzie sterowania oraz od zmian wartości najczęściej wielu wielkości opisujących stan obiektu regulacji. Zadanie układu regulacji wiąże się zatem z:
– identyfikacją stanu obiektu i układu regulacji,
– wypracowaniem sygnału zadanego x na podstawie wyników identyfikacji.
Mówimy wówczas o układzie regulacji nadążnej lub o układzie śledzącym. Przykładem układu regulacji nadążnej jest tzw. automatyczny pilot. Układ ten, wykorzystywany w samolotach, pozwala na skierowanie samolotu do określonego punktu nawigacyjnego z uwzględnieniem aktualnych parametrów, takich jak: kierunek, prędkość i siła wiatru, prędkość samolotu, pozycja względem ziemi, nośność itp.
Gdy zadanie sterowania jest określone za pomocą pewnych wymagań strukturalnych odnośnie do układu sterowania, możemy wyróżnić układy sterowania:
– ekstremalnego,
– optymalnego,
– adaptacyjnego.
Dla układu sterowania można podać wymagania pracy na ekstremum pewnej funkcji jakości sterowania, jeśli ekstremum to mieści się w obszarze zmienności parametrów. W ogólnym przypadku mówimy o optimum, które uwzględnia pewne ograniczenia i może pokrywać się z ekstremum, lecz może być od niego różne. Innymi słowy, różnica między układem sterowania ekstremalnego a układem sterowania optymalnego jest określona przez różnicę pojęć ekstremum – optimum.
Układ sterowania adaptacyjnego należy do układów o niepełnej informacji o obiekcie sterowania. Oznacza to, że urządzenie sterujące określa stan obiektu sterowania i ma możliwość samoczynnego dopasowania swych charakterystyk i parametrów do zmieniających się własności obiektów i wielkości zakłócających.
Ad 5. W zależności od rodzaju aparatury sterującej mówimy o układach:
– mechanicznych,
– elektrycznych,
– hydraulicznych,
– pneumatycznych,
– mieszanych (elektromechanicznych, elektropneumatycznych, elektrohydraulicznych).
