Классификация систем автоматического управления (САУ)

Ключевые тезисы

Существует 17 основных пунктов классификации САУ, каждый из которых может иметь свою иерархию.
Классификация позволяет различать системы, понимать их задачи, правильно выполнять синтез и применять для конкретных технологических процессов.
Основные инструменты анализа — принципиальные и структурно-функциональные схемы.

Основные принципы управления

По принципу управления системы делятся на три типа:

По возмущению (компенсационный, разомкнутый). Управляющее воздействие корректируется сигналом, пропорциональным измеренному возмущению.
- Достоинство: Быстрая реакция на главное возмущение.
- Недостаток: Можно скорректировать только одно, заранее известное возмущение.
По отклонению (с обратной связью, замкнутый). Выходная величина системы сравнивается с заданным значением, и управление работает на уменьшение этой ошибки (отклонения).
- Это самый распространённый принцип.
- Недостаток: Инерционность системы.
Комбинированный. Объединяет принципы управления по возмущению и по отклонению, нивелируя недостатки каждого. Это наиболее точные, но и более дорогие системы.

Связанные классификации по обратным связям:

По наличию главной обратной связи: Замкнутые (есть) и разомкнутые (нет).
По наличию местных обратных связей: Одноконтурные (только главная связь) и многоконтурные (есть дополнительные местные связи).

Классификация по закону изменения выходной величины (алгоритму функционирования)

Стабилизирующие: Обеспечивают неизменное значение управляемой величины (константу) при всех возмущениях (например, регулятор напряжения в автомобиле).
Программные: Обеспечивают изменение управляемой величины по заранее заданной программе.
- Подвиды: Системы с временной программой и с пространственной программой.
Следящие: Отличаются от программных тем, что программа (закон изменения) заранее неизвестна и определяется изменяющимся внешним параметром (например, роботы).
Самонастраивающиеся: Задающее устройство ищет оптимальное (нужное) значение управляемой величины. Могут менять свою структуру и параметры.

Примечание: Стабилизирующие, программные и следящие системы могут быть построены на любом из трёх фундаментальных принципов управления.

Классификация по приспосабливаемости к условиям работы (подвид самонастраивающихся)

Эстремальные: Цель — поддержание выходной величины на экстремальном (максимальном или минимальном) значении, которое заранее неизвестно и может меняться. Для поиска экстремума система анализирует реакцию на пробные воздействия.
Оптимальные: Сложный вариант экстремальных систем, где характер изменений и влияний может быть заранее неизвестен, часто с использованием компьютера для обработки информации.
Адаптивные: Способны к автоматической перенастройке параметров или изменению принципиальных схем для приспособления к изменяющимся внешним условиям.
- Подвиды: Самообучающиеся и самоорганизующиеся системы.

Классификация по свойствам в установившемся режиме

Установившийся (статический) режим — режим, когда управляемая и все промежуточные величины не изменяются во времени.

Статические системы: Регулируемая величина в установившемся режиме зависит от внешних воздействий. Имеют статическую ошибку регулирования.
Астатические системы: Регулируемая величина в установившемся режиме не зависит от внешних воздействий. Имеют приоритет.

Статическая характеристика — зависимость выходной величины от входной в установившемся режиме (время отсутствует). Может быть линейной или нелинейной.

Классификация по свойствам в переходном режиме

Переходный процесс — изменение управляемой величины во времени при переходе от одного состояния к другому.
По виду переходного процесса системы делятся на:

С затухающим (сходящимся) колебательным процессом (наилучший вариант).
С незатухающим колебательным процессом.
С расходящимся колебательным процессом (признак неработоспособной системы).

Анализ динамических характеристик (переходных процессов) — вторая основная задача при разработке САУ, позволяющая оценить качество регулирования.

Другие пункты классификации

По виду применяемой энергии: Электрические, гидравлические, механические, пневматические и др.
По назначению: Системы управления качеством продукции, ресурсами, загрузкой, технологическим процессом, дозированием и т.д.
По линейности: Линейные и нелинейные (включая системы с существенной нелинейностью, например, гистерезисом).