Принципи автоматичного управління: основні поняття та принципи побудови САУ

1.

ЖИТОМИРСЬКИЙ ВІЙСЬКОВИЙ ІНСТИТУТ ІМЕНІ С.П. КОРОЛЬОВА
Кафедра автоматизації робототехнічного обладнання
безпілотних систем
Навчальна дисципліна
“СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ”
ЛЕКЦІЯ № 1
Тема № 1. Принципи автоматичного управління
Заняття № 1. Основні поняття та принципи побудови САУ
Керівник заняття: начальник кафедри автоматизації робототехнічного
обладнання БпС полковник ТОКАР Андрій Миколайович
Житомир 2026

2. ФАКУЛЬТЕТ БЕЗПІЛОТНИХ СИСТЕМ

Факультет безпілотних систем
Кафедра
Кафедра
Кафедра
Кафедра
Автоматизації
робототехнічного
обладнання БпС
Розвідувальних БпС
Бойових БпС
Протидії БпС
2

3.

МЕТА
Дати систематизовані знання з основних понять та
принципів побудови САУ. Ознайомити із структурою
навчальної дисципліни.
НАВЧАЛЬНІ ПИТАННЯ
1. Загальні відомості
2. Загальний принцип дії САУ. Параметри процесу
регулювання
3. Класифікація САУ
3

4.

НАВЧАЛЬНА ЛІТЕРАТУРА
1. Теорія автоматичного управління: Навчальний посібник [Електронний
ресурс] : навч. посіб. уклад.: О. Й. Штіфзон, П. В. Новіков, В.П. Бунь.
– Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. – 144 с.
https://document.kdu.edu.ua/info_zab /141_1502.pdf
2. Теорія автоматичного керування Конспект лекцій Богдановський М.В.
Державний
університет
“Житомирська
політехніка”
https://learn.ztu.edu.ua/pluginfile.php/338782/
mod_resource/content/2/Конспект_ТАУ_частина1.pdf
3. Боровська, Т. М. Б31 Теорія автоматичного управління : курс лекцій /
Т. М. Боровська. – Вінниця : ВНТУ, 2018. – 256 с.
https://pdf.lib.vntu.edu.ua/books/IRVC/2021/Borovska_2018_256.pdf
4. Ревенко В. Б., Зімчук І. В. Системи автоматичного управління:
Навчальний посібник. – Житомир: ЖВІ НАУ, 2009. – 260 с.
4

5.

ГЛОСАРІЙ АНГЛОМОВНИХ ТЕРМІНІВ
Англійська
Управління
Українська
Management
Автоматичне управління
Automatic control
Об'єкт управління
Object of management
Управляючий пристрій
Система автоматичного
управління
Control device
Automatic control system
5

6.

СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ
4
Обсяг дисципліни і розподіл у годинах за формами організації освітнього процесу та видами
навчальних занять
Вид навчальних
занять
Обсяг
(години /
кредити)
лекційні
практичні
групові
лабораторні
модульний контроль
залік
Разом
24
12
180/6
Розподіл за формами навчання,
години
Денна форма навчання
Аудиторні заняття Самостійна робота
24
12
12
58
29
20
10
4
4
2
5
120
60
6

7.

СХЕМА НАРАХУВАННЯ БАЛІВ, ПІД ЧАС ОЦІНЮВАННЯ
Модулі
Теми, модульний
контроль
Кількість балів за
видами роботи, з них:
Л
(11)
Модуль 1
Модуль 2
Теми 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
Теми 8, 9
Гр
(16)
Пр
(6)
МК
Лр (5) 1
(1)
Л
(1)
Гр
(13)
Пр
(-)
Лр
(-)
Залік
Всього
30
ЄКТС
100
ЄКТС
МК2
(1)
лекції
групові
практичні
лабораторні
контрольні
всього
Сума балів за
модулі та модульний
контроль
10 по
1, 2 по
0,5
1
2
4
16
12
53
20
5
5
5
5
12
17
7

8.

ЗАСТОСУВАННЯ РІЗНОТИПНИХ БПС
Змістовне наповнення модулів
Модуль 1. Модуль 1. Основні поняття та принципи автоматичного управління..
Тема 1. Принципи автоматичного управління.
Тема 2. Основи побудови та аналізу ланок САУ
Тема 3. Математичний опис систем автоматичного управління
Тема 4. Arduino, як платформа прототипування САУ
Тема 4. Пропорційно-інтегрально-диференціальний регулятор системи автоматичної
стабілізації
Тема 6. Стійкість та якість перехідних процесів САУ
Тема 7 Показники точності САУ
Модуль 2. Склад та принципи побудови САУ безпілотних сиистем. Прикладні
питання САУ БПС.
Тема 8. Силові електроприводи БпС як елементи виконавчих механізмів САУ
Тема 9. Особливості САУ різних типів БпС
8

9. Таблиця нарахування додаткових балів

Вид роботи
Максимальна
кількість балів
Участь у науковій конференції або семінарі (доповідь)
2
Участь в науково-дослідній роботі
5
Участь в раціоналізаторській роботі
2
Участь в конкурсі (олімпіаді)
5
Написання наукової статті
10
9

10. ВСТУП

Вища
математика
Фізика
Теорія кіл та
сигналів
САУ
Електротехнічні
пристрої
Спеціальні
дисципліни
Цифрові
пристрої
Мікропроцесорні
пристрої
10

11. ВСТУП

КІБЕРНЕТИКА
Наука про загальні закономірності отримання,
зберігання, перетворення та передачі
інформації
в складних управляючих системах (машинах,
живих організмах, суспільствах)
Штучний
інтелект
Комп'ютерний зір
Біоінженерія
Теорія
інформації
Системотехніка
Ергономіка
САУ
ТАУ
Розроблення, технічна реалізація
загальних принципів та методів
управління об'єктами різної фізичної
природи без безпосередньої участі
людини
Робототехніка
РОБОТОТЕХНІКА
Прикладна наука, що займається розробкою
автоматизованих технічних систем
11

12. ВСТУП

Теорія автоматичного управління (ТАУ) - наука про управління, що
вивчає завдання аналізу і синтезу систем автоматичного управління
(САУ), як одного з класів кібернетичних систем.
Теорія автоматичного
управління
Математичний апарат
(диференціальні рівняння,
матриці)
Методи аналізу
(стійкість, якість,
керованість)
Методи синтезу
(проектування
регуляторів)
Системи автоматичного управління
Об'єкт автоматичного
управління
конкретний набір технічних засобів
Пристрій автоматичного
управління
12

13. 1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ САУ

Управління - це процес впливу на об'єкт з метою забезпечення необхідного перебігу
процесів в самому об'єкті або необхідного його стану.
Об'єкт управління
Нежива природа (технічний пристрій)
Жива природа
Двигун
Тварина
Літак
Колектив
людей
верстат
13

14. 1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ САУ

Автоматичне управління - автоматична підтримка сталості будь-якої фізичної
величини (температури, тиску, рівня рідини і т. д.), що характеризує
технологічний процес, шляхом її зміни за заданим законом, або зміна її в
відповідно до величини, що вимірюється зовнішнім процесом (слідкуюче
регулювання)
Алгоритм управління - послідовність операцій, які повинні бути реалізовані технічними
засобами відповідно до отриманої інформації із результатами проміжних обчислень, щоб
забезпечити протікання технологічного процесу в потрібному напрямку.
Регулювання - вид управління, коли завданням є забезпечення зміни будь-якого параметра
системи по визначеному наперед заданому закону.
Автоматичне регулювання виконується пристроєм керуючого впливу до регулюючого органу
об'єкта управління. Для здійснення автоматичного регулювання в систему вводиться
регулятор, що виробляє спільно з керуючим пристроєм (КП) керуючий вплив. Об'єкт
управління, автоматичний регулятор і керуючий пристрій разом утворюють систему
автоматичного управління
14

15. 1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ САУ

РЕЖИМИ САУ
Перехідний
режим
Стаціонарний
режим
Статичний
режим
Динамічний
режим
15

16. 2. Загальний принцип дії САУ. Параметри процесу регулювання

координати стану, які визначають стан
об’єкта в будь-який момент часу, для
АСР – це регульовані координати:
вихідні змінні, які характеризують якість
продукту, продуктивність об’єкта або
узагальнені
показники,
наприклад
коефіцієнт корисної дії, питомі витрати
матеріалів і енергії і інші
збурення – зовнішні та внутрішні
фактори, вплив яких порушує роботу
об’єкта : змінювання характеристик
зовнішнього середовища, параметрів
енергоносіїв, якості сировини і інші
керуючі дії – цілеспрямовані змінювання матеріальних
та енергетичних потоків, направлені на компенсацію
збурень z
16

17. 2. Загальний принцип дії САУ. Параметри процесу регулювання

17

18. 2. Загальний принцип дії САУ. Параметри процесу регулювання

18

19. 2. Загальний принцип дії САУ. Параметри процесу регулювання

19

20. 2. Загальний принцип дії САУ. Параметри процесу регулювання

20

21. 2. Загальний принцип дії САУ. Параметри процесу регулювання

перетворювач
21

22. 2. Загальний принцип дії САУ. Параметри процесу регулювання

Завдання будь-якого регулювання полягає у виявленні відхилення параметрів від заданих
величин або законів і подальшому впливу на процес так, щоб відхилення звести до
допустимого мінімуму.
Об'єктом регулювання (ОР) називають технічне обладнання, в якому хоча б один
параметр є регульованою величиною.
Системою автоматичного регулювання називають таку систему, в якій зберігається
необхідна залежність між управляючою дією U(t) і регульованою величиною у(t).
Наприклад, підтримка t = const забезпечується комплексом пристроїв, що взаємодіють між
собою і складають систему автоматичного регулювання опалення.
Якщо система автоматичного регулювання генерує управляючу дію U(t) незалежно від
стану об'єкта регулювання, то вона є незамкненою системою регулювання.
Якщо САР генерує управляючу дію U(t) як результат віднімання задаючої дії g(y) та
виміряного результату дії z(t), то це замкнута САР.
САР. що обладнана підсилювально-перетворюючими елементами для посилення
управляючої дії U(t), називається системою непрямого регулювання.
Якщо підсилювально-перетворюючі елементи відсутні, то САР називається системою
прямого регулювання.
22

23. 2. Загальний принцип дії САУ. Параметри процесу регулювання

Регульованою величиною у(t) називається величина, зміною якої треба управляти. Для
турбоустановки це кутова швидкість обертання ротора, у системі опалення, це
температура повітря.
Зовнішній вплив f(t) - це такий вплив на об'єкт регулювання, що прагне порушити
функціональний зв'язок між управляючою дією і регульованою величиною.
Управляюча дія U(t) - це фізична величина, за допомогою якої управляють регульованою
величиною. Наприклад, температура теплоносія у радіаторах опалення
Задаюча дія g(t) є вхідною величиною для САР. Перетворена задаюча дія h (t)
отримується допомогою перетворювача для її адаптації до САР.
Сигнал розбіжності х(t) формується датчиком розбіжності в процесі операції віднімання
перетвореної задаючої дії h(t) і виміряного результату дії системи автоматичного
регулювання z(t), тобто х(t) = h(t) - z (t)
Виміряний результат дії САР z (t) характеризує стан об'єкта регулювання і формується за
допомогою зворотного зв'язку.
23

24. 2. Загальний принцип дії САУ. Параметри процесу регулювання

24

25. 3. Класифікація САУ

За характером
задавального впливу в
часі
Стабілізуючі
Програмні
Стежні
(Слідкувальні)
25

26. 3. Порівняльна таблиця

26

27. 3. Класифікація САУ

За структурою
ланцюга передачі
впливів
Розімкнена
Замкнена
Комбінована
27

28. 3. Класифікація САУ

б) - функціональна схема замкненої АСУ
а) - функціональна схема розімкненої АСУ
в) - функціональна схема комбінованої АСУ
28

29. 3. Класифікація САУ

Залежно від способу
формування керувального
впливу (дії)
Безпошукові
Пошукові
29

30. 3. Порівняльна таблиця

Характеристика
Безпошукові
Пошукові
Знання про
об'єкт
Повні (є математична
модель)
Неповні (модель змінюється)
Метод дії
Розрахунок за формулою
Метод проб і помилок
Усунення відхилення
Пошук найкращого
(екстремального) стану
Висока
Нижча (потрібен час на
"проби")
Мета
Швидкість
30

31. 3. Класифікація САУ

За характером передачі
та перетворення
сигналів у часі
Безперервні
(аналогові)
Дискретні
(цифрові)
31

32. 3. Класифікація САУ

За видом усталеної помилки
(статичної помилки) при
постійному зовнішньому впливі
Статичні
Астатичні
32

33. 3. Порівняльна таблиця

Характеристика
Статична САУ
Астатична САУ
Помилка в
усталеному режимі
Існує (не дорівнює нулю)
Відсутня (дорівнює нулю)
Залежність від
навантаження
Точність падає при рості
навантаження
Точність не залежить від
навантаження
Складність
Простіша, стійкіша
Складніша, може бути схильна до
коливань
Наявність
інтегратора
Відсутній
Обов’язковий (хоча б один)
33

34. 3. Класифікація САУ

За джерелом енергії
Прямої дії
Непрямої
дії
34

35. 3. Порівняльна таблиця

Характеристика
САУ прямої дії
Джерело енергії
Сама контрольована
середа
Зовнішнє (мережа, стиснене
повітря)
Конструкція
Дуже проста, надійна
Складніша (потрібні
підсилювачі)
Потужність
Низька
Практично необмежена
Працює лише "на місці"
Може керувати об'єктом за
кілометри
Дистанційність
САУ непрямої дії
35

36. Завдання на самостійну роботу

38
Завдання на самостійну роботу
Повторити матеріал заняття.
Поглибити знання шляхом ознайомлення з додатковим матеріалом
Питання для самоконтролю
1. Назвати предмет вивчення дисциплвіни ТАУ. Навести відмінності
між ТАУ та САУ
2. Назвати основні параметри САУ дати їх визначення.
3. Назвати основні типи САУ назвати їх особливості.
4. Пояснити загальну будову типової САУ. Назвати основні елементи
36