Проектирование судовых систем управления

Пособие "Проектирование судовых систем управления" А.А. Власенко, Р. И. Шемет

В учебном пособии рассматриваются выбор отдельных элементов, составление математических моделей, исследование устойчивости, качества, синтез замкнутого контура и разомкнутых связей судовых высококачественных систем управления.

Приводятся примеры расчета конкретной судовой системы и ссылки на необходимую дополнительную литературу. Пособие предназначено для курсантов, выполняющих расчеты по системам управления, а также может быть полезным для специалистов, разрабатывающих и эксплуатирующих судовую технику.

Общая характеристика и математическое описание судовых систем управления

• Общие сведения
• Принципы и законы управления. Типовые функциональные схемы систем управления
• Выбор реальных элементов систем управления
• Составление математической модели системы управления 
• Пример расчета судовой системы управления

Анализ устойчивости и качественных показателей работы систем управления

• Анализ устойчивости и обеспечение требуемого статизма 
• Анализ динамических показателей качества процесса управления
• Пример расчета судовой системы управления

Вопросы наладки и эксплуатации судовых систем управления

При освещении вопросов наладки системы следует различать наладку замкнутого контура и разомкнутых связей по возмущениям. При настройке замкнутого контура путем изменения коэффициентов усиления одного (или нескольких) элемента (зачастую с помощью потенциометра - делителя напряжения) добиваются требуемого статизма системы (допустимой статической ошибки) и необходимого запаса устойчивости. 

С помощью изменения коэффициента усиления в каналах по возмущениям добиваются компенсации действия возмущения в установившихся (а при необходимости и в переходных) режимах на управляемую величину.

Следует описать особенности подключения элементов друг к другу и согласования их работы. 

При освещении эксплуатационных вопросов следует указать мероприятия по проведению технических осмотров, поиска и устранения возможных неисправностей, а также рассмотреть различные аварийные ситуации, возможные последствия и способы их устранения.

Анализ устойчивости и обеспечение требуемого статизма системы управления

Первоочередным при разработке системы управления является обеспечение ее устойчивости, так как неустойчивая система является неработоспособной. 

Устойчивость системы характеризуется ее собственными динамическими свойствами (элементами, входящими в замкнутый контур систем управления) и не зависит от возмущений (для линейных систем управления). Поэтому на устойчивость влияет левая часть уравнения системы (полином при управляемой координате — характеристическое уравнение), и именно ее исследуют на устойчивость. 

Существуют различные методы исследования устойчивости. Наибольшее распространение получили алгебраический критерий Рауса — Гурвица и частотные — критерий Михайлова, метод Д-разбиения.

При пользовании алгебраическими методами от дифференциального уравнения динамики систем управления (СУ) с помощью преобразования Лапласа переходят к алгебраическому уравнению и оценивают устойчивость на основании коэффициентов характеристического уравнения. 

Применяя критерий Гурвица, судят об устойчивости СУ. Если СУ неустойчива (предпоследний определитель Гурвица меньше нуля), то необходимо принять меры для обеспечения устойчивости. Для этого изменяют параметры (коэффициенты усиления, постоянные времени элементов системы). Лучше всего это сделать уменьшением общего коэффициента усиления СУ.

Общая характеристика и математическое описание судовых систем управления

Задача автоматизации судовых технических средств состоит в осуществлении автоматического управления различными технологическими процессами. Автоматическим управлением называется управление, осуществляемое без непосредственного участия человека.

Рис. 1. Обобщенная функциональная схема системы управления

Одним из важнейших понятий теории и практики автоматического управления является понятие системы управления (рис. 1), состоящей из управляемого объекта (УО) и управляющего устройства (УУ).

Управляемым объектом называется устройство (совокупность устройств), которое нуждается в специально организованных воздействиях извне для осуществления его алгоритма функционирования.

Под алгоритмом функционирования понимается совокупность предписаний, ведущих к правильному выполнению технического процесса в каком-либо устройстве или совокупности устройств, составляющих систему. Управляющим устройством называется техническое устройство, с помощью которого осуществляется автоматическое управление.