Автоматты басқару жүйесі, уақыттық сипаттамалары

 

 

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

СЕМЕЙ ҚАЛАСЫНЫҢ ШӘКӘРІМ АТЫНДАҒЫ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

 

 

 

 

СӨЖ

Автоматты басқару жүйесі, уақыттық сипаттамалары

 

 

 

 

Орындаған:Сәлімжанов Ернұр

                                    Тобы:АУ-209

Тексерген: Секербаева А.Б.

 

 

Семей 2014 ж.

 

Мазмұны

 

	Кіріспе………………………………………………………………	3
1	Автоматты басқару жүйесінің бастапқы жағдайлары..................	4
1.1	Автоматты басқару жүйесінің қолданылу аймағы мен екі классы............................................................................................	4
1.2	Автоматты басқарудың ішкіаппаратуралық радиоэлектронды жүйелері..........................................................................................	8
1.3	Автоматты басқарудың радиоэлектронды жүйесінің классификациясы мен құрылымы...................................................	10
1.4	Міндеттердің бес типі......................................................................	15
2	Сызықты динамикалық жүйелер.....................................................	16
2.1	Сызықтық буындар және олардың қосылуларының параметрлері мен сипаттамалары..............................................	16
2.2	Сызықтық буындар мен олардың қосылуларын талдаудың әдістері........................................................................................	21
2.3	Динамикалық жүйенің орнықтылығы............................................	24
3	Автоматты басқару жүйелерінің буыны........................................	25
3.1	Буындардың жалпы сипаттамасы...................................................	25
3.2	Қателік дабылын өңдіретін буындар..............................................	26
3.3	Ферриті бар автогенератордың жиілігі басқарылатын буын.......	28
3.4	Түсетін және шағылатын толқындардың сезбектері....................	29
	Әдебиет...............................................................................................	30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

 

Әлемнің әр түрлі мемлекеттерінің көптеген ғалымдары, инженерлері және өнертапқыштары өздерінің автоматты басқару теориясының қалыптасуы мен дамуына өздерінің үлесін қосты. Сонда да, бұл ғылыми-техникалық пәннің бастамасында өнертапқыш Дж. Уатт, ағалы-інілі Вернера және Вильгельм Сименстерді және ғалым Д. К. Максвелл, И. А. Вишнеградский және А. Столды жатқызуға болады.

1784 жылы ағылшын өнертапқышы  Дж. Уатт өңдеген орталық реттегіш  кері байланысты алғашқы құрылғы  болды, бұл құрылғы машинаға берілетін  буды автомат реттеуге және  сол арқылы өзгермелі жүктеме  кезінде валдың айналу жылдамдығын  тұрақтандыруға мүмкіндік беретін.

Дәл сол мәселеге өзгермелі жүктеме кезінде машина валының айналу тұрақтылығына неміс инженерлері Вернер мен Вильгельм Сименстер 1845 жылы өз аттарына патенттелген туындыларын арнады.

Автоматты басқару теориясы бойынша алғашқы ғылыми публикацияларға мыналар жатады:

- мықты ағылшын физигі  Д. К. Максвеллдің “Реттегіштер туралы” (1868 жылы) атты мақаласы;

- орыс ғалымы И. А. Вишнеградскийдің  “Реттегіштердің жалпы теориясы  туралы” (Париж, 1876 жылы) және “Тура  әрекетті реттегіштер туралы” (Санкт-Петербург, 1877 жылы) атты екі жұмысы.

Бұдан кейін жүйе мен автоматты басқару құрылғыларының техникасы мен теориясы басқа ғылыми-техникалық пәндермен тығыз байланыста дамыды. Автоматты реттеудің әр түрлі машиналар мен механизмдердегі гидравликалық, пневматикалық, электрлік сымдар кең қолданысқа ие болды. Ешқандай транспорттық құрал, ешбір қозғалтқыш, ешбір заманауи станок автоматты басқару құрылғысынсыз жұмыс істей алмайтындығын сеніммен айтуға болады. Автоматты басқару құрылғыларындағы үлкен өзгеріс оларда микроэлектронды сандық құрылғыларды, соның ішінде микропроцессорды қолдану нәтижесінде болды.

 

 

 

 

 

 

1 Автоматты басқару  жүйесінің бастапқы жағдайлары

 

1.1 Автоматты басқару жүйесінің қолданылу аймағы мен екі классы

Командалар мен дабылдарды радиоканал бойынша, яғни бос кеңістікте таралатын электромагниттік толқындар арқылы тарату кезіндегі басқару радиобасқару деп аталады. Радиобайланыс каналы басқару үрдісіне екі маңызды қосынды береді: объектпен қабылдау командасында радиодабылды тарату уақытына тең кешігу уақытының болу қажеттілігі мен қосымша сыртқы кедергілердің радиосызық жағынан жүйе жұмысына әсері.

Радиоканал бойынша автореттегіш жүйесімен басқару кезінде екі негізгі нұсқаны бөліп қарастыруға болады. Бірінші нұсқада радиобайланыс каналы командаларды автоматты реттегіш құрылғысы арқылы тарату мақсатында ғана қолданылады (1.1-сурет, а),  ал екіншісінде радиобайланыс каналы автоматты басқару жүйесінің құрылымдық бөлігі болып табылады (1.1-сурет, б). Айтылған айырмашылық жүйеде өтіп жатқан процесстердің сипаттамасында айтарлықтай өзгерістер тудырады.

Бірінші нұсқада радиоканал бойынша таралатын дабыл қабылдағыш жақтағы командалық блокқа түседі, осыдан кейін жабық жүйедегі автоматты реттеу үрдісі өздігінен жүреді.

Екінші нұсқада радиобайланыстың тура және кері каналдары автоматты реттегіш жүйесіне кешігу буыны түрінде «енгізілген», бұл мәселе оның жұмысына маңызды әсер етуі мүмкін. Мұнда уақыт бойынша дабылдың кідіруін есепке ала отырып автоматты реттеу жүйесінің арнайы талдауы өткізу талап етіледі.

Автоматты басқарудың радиоэлектронды жүйесі жұмысындағы басқа негізгі айырмашылық оған кіретін объектілердің орналасуы мен санына байланысты. Айтылған белгі бойынша жүйені екі классқа бөлеміз. Бірінші классқа функционалды аяқталған объектінің құрамына кіретін блоктар мен буындарды толығымен алатын жүйелерді жатқызамыз. Мысалы, бұл радиотаратқыш, электростанция, автомобиль, робот және тіпті ракета жұмысымен автоматты басқару жүйесі болуы мүмкін. Мұндай жүйенің жұмысы күрделі болғанымен, мұндағы процесстердің барлығы белгілі бір құрылғы мен аппаратура компьютерінің  «басқаруымен» іске асады. Мұндай автоматты басқаруды ішкі аппаратуралық деп атайтын боламыз.

 

а)

 

 

б)

 

1.1- сурет

 

Автоматты басқарудың радиоэлектронды жүйесінің екінші классына бір циклде ортақ басқаруда жұмыс істейтін бірнеше және көп объектілерден тұратын жүйені жатқызамыз. Бұл класстың мысалы ретінде су және желэлектростациясының паркін қарастыруға болады. Ол радиоканал бойынша бір орталық диспетчерлік пункт бойынша басқарылады (1.2-сурет). Бұл жүйенің басқару үрдісі генератор мен басқа да құрылғыларды қосып-өшіруден; олардың тұрақты жұмысын сақтап тұру мен режимді ауыстырудан; барлық электроэнергетикалық құрылғылар жұмысын бақылаудан және т.б. тұрады.

 

 

1.2-сурет

 

Екінші класстың тағы да бір мысалы ретінде пилотсыз самолеттер тобын радиобасқарудың автоматты жүйесін қарастыруға болады. Әр самолеттің кеңістікте орналасуы радионавигацияның спутниктік жүйесінің көмегімен анықталады (1.3-сурет). Самолеттің осы әдіспен өлшенген координаттары жерасты қабылдағышына таралады, және онда өңделіп ұшу бағдарламасы жазылған компьютерге келіп түседі. Компьютерде бағдарлама бойынша самолеттің орналасқан орны мен нақты мекені арасында салыстыру жүргізіледі. Мұндай салыстыру нәтижелері бойынша қателік дабылы пайда болып, жерасты радиотаратқышына келіп түсуге арналған сәйкес командаға түрленеді. Және бұл команда самолеттке таралады, мұнда орындаушы құрылғылар көмегімен ұшудың курсы мен биіктігі реттеледі.

 

 

1.3-сурет

 

Ұшу биіктігінің тәуелділігі - талап етілген hтр(t) мен фактілі hф(t) - және оларды салыстыру нәтижесінде пайда болған қателік дабылының h(t)= hтр(t)- hф(t) мысалы 1.4-суретте көрсетілген.

 

 

1.4-сурет

 

Екінші класстың үшінші мысалы ретінде орта радиуста әрекет ететін ракетаны қарастырайық. Бұл комплекс келесі үлгіде іске асады. Қарсылас самолет мақсатын радиолокатормен (РЛС) анықтау және бағалаудан кейін, қабылданған РЛС дабылдар командалық пункттің компьютеріне келіп түседі. Барлық алынған және өңделген ақпараттар экранда бейнеленеді. Командалық пункттің нысанды жою туралы шешімі қабылдағаннан кейін сәйкес команда ракетаның жіберілуіне беріледі. Ракетаның старттық және бастапқы этаптарымен басқару жер бетіндегі радиотаратқыш командаларымен іске асады.

 

 

1.5-сурет

 

1.2 Автоматты басқарудың ішкіаппаратуралық радиоэлектронды жүйелері

Ішкіаппаратуралық жүйелерге жататындар:

- жилікті автоматты орнату жүйесі;

- көптеген дабылдар фазаларының фронтымен автоматты басқару жүйесі;

- жоғары жилікті күшейткіштер контурларын автоматы баптау жүйесі;

- сәйкес келетін құрылғыларды автоматты баптау жүйесі;

- модуляция параметрлерін автоматты реттеу жүйесі;

- жоғары жилікті күшейткіштердің сызықты емес сипаттамаларын автоматты линеаризациялау жүйесі;

- жоғары жилікті күшейткіштердің күшею коэффициентін автоматты реттеу жүйесі;

- тұрақты кернеу мен тоқты автоматты тұрақтандыру жүйесі.

Аталған автоматты басқару жүйелерінің ішіндегі маңыздыларының жұмыс істеу принциптеріне қысқаша тоқталып өтейік.

1.2.1 Жилікті автоматты орнату жүйесі. Жилікті автоматты орнату құрылғысы автогенератор жилігін ішкі дабыл бойынша басқару және тұрақтандыру мақсатында қызмет етеді. Басқаша айтқанда, басқарылушы немесе тұрақтандырылушы автогенератор жилігінің fст(t) өзгеру заңы тура дәлдікпен сыртқы эталондық дабыл жилігінің fэт(t) өзгеру заңына сәйкес келуі керек.

Жилікті автоматты орнату құрылғысының жалпыланған құрылымдық сұлбасы 1.6-суретте көрсетілген. Сұлбада сыртқы эталон жилігі мен басқарушы автогенератордан түскен дабыл жилігі салыстырылған, және осы салыстыру нәтжесінде дабыл қателігі табылады. Фильтрленгеннен кейін бұл дабыл автогенератормен басқарылады. Сонымен қатар, автоматты орнату құрылғысы сұлбасында автоматты реттеу режимі кезінде жүйеге кіруді іске асыратын іздеу құрылғысы да болуы мүмкін.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6-сурет

 

Қателік дабылын қабылдау әдісіне байланысты құрылғылар келесідей жіктеледі: жилікті жиліктік автоорнату құрылғысы, жилікті фазалық автоорнату және аралас. Жилікті жиліктік автоорнату құрылғыларында қателік дабылы сыртқы эталондық дабыл жилігін басқарылушы автогенератор дабылының жилігімен салыстыру арқылы іске асады, ал фазалық автоорнату құрылғысында – осы дабылдардың фазаларын салыстыру жолымен.

1.2.2 Жоғары жилікті күшейткіштер контурларын автоматы баптау жүйесі. Диапозонды радиотаратқыштарда жоғары жилікті күшейткіштердің екі типі қолданылады: кеңжолақты электрлік тізбекпен және таржолақты контурлармен. Екінші жағдайда контурды кіріс дабылы жилігімен резонансқа келтіру үшін баптау автоматты реттеу жүйесі көмегімен іске асады. 

Көп жағдайда контурды автоматты баптау құрылғылары жкстремальды типтің жүйелеріне кіреді. Жүйеге берілген параметрдің экстремалды мәнін іздеу үшін қосымша іздеу дабылы енгізіледі.

1.2.3 Сәйкестендіруші құрылғыларды автоматты баптау жүйесі. Кеңдиапозонды радиотаратқыштарда антеннаның кіріс кедергісі Zа әдетте кең шектерде өзгереді. Антенна радиотаратқышпен ρ (әдетте ρ=50 Ом) толқындық кедергіге ие фидердің көмегімен қосылады. Zа мен ρ мәндерінің сәйкеспеуі нәтижесінде толқын коэффициенті мен таратқыштан антеннаға таралатын қуат мәні азаяды. Берілген себеп бойынша минимум шығынға ие болу үшін антенна кірісіне сәйкестендіруші құрылғы қосылады.

 

1.3 Автотты басқарудың радиоэлектронды жүйесінің классификациясы мен құрылымы

Автоматты басқару жүйесі бірнеше белгілер бойынша классификцияланады. Басқару әдісін таңдауға байланысты кері байланыс пен өздігінен бапталу жүйелерін қарастыруға болады. Өздігінен бапталу жүйесі өз ішінде экстремальды типті және эталонды модельге ие болып бөлінеді.

Басқару параметрлерінің санына байланысты бірөлшемді (бір басқаратын параметр), екіөлшемді (екі басқаратын параметр) және көпөлшемді (екіден көп басқаратын параметрлер) жүйелер бар. Бірнеше кері байланыстан тұратын автореттеу жүйесі көпбайланысты деп аталады.

Буындардың сипаттамаларына қатысты жүйенің сызықты және сызықты емес типтері бар. Бірінші жағдайда жүйеге кіретін барлық буындар сызықты болып табылады. Автоматты басқару жүйесінің құрамында кем дегенде бір элемент сызықты емес болса, онда бұл жүйе толығымен сызықты емес болып саналады.

Дабылдың түріне байланысты басқару тізбегінде үздіксіз және дискретті тізбектер қарастырылады. Дискретті жүйелер өз ішінде импульсті, релейлі және сандық болып бөлінеді.