03А_Модули (конспект за второй семестр 4-го курса, преподаватель Ляхова)

Структура автоматических модулей

Автоматизированные модули включают значительное количество регуляторов: температуры, позиционирования, включения исполнительных устройств и т.п..

Если имеется полная информация о переходной характеристике объекта и подобран регулятор, адекватно реализующий выход У, то возможно жесткое формирование управляющего воздействия.

Х Регулятор U Объект управления У

Рис. Система жесткого управления.

Примером жесткого управления служат станки с ЧПУ (трудно организовать геометрический контроль в процессе механической обработки), печи для вжигания паст с временным управлением температурой. В качестве исполнительного устройства часто используются шаговые двигатели, приводы с принудительным остановом.

Если нет полной информации, много воздействующих факторов (особенно случайных), т.е. меняется обстановка, или регулятор становится слишком сложным, то целесообразно ввести обратную связь, т.е. гибкое управление.

Х

О Исполнительное Объект управления

устройство

U У

Преобра - ВУ Датчик

Регулятор зователь

Рис. Схема регулятора с ветвью обратной связи управления.О – устройство сравнения.

Обратная связь может быть постоянной или временной (изодромной ). Изодромная связь действует лишь в течение переходного процесса, способствуя повышению качества регулирования.

Обратная связь может быть отрицательной или положительной. Отрицательная связь вызывает нейтрализацию отклонения выходного параметра. Положительная связь способствует переводу выходного параметра в другое равновесное положение.

Выходной параметр объекта У фиксируется датчиком, показания которого анализируются вычислительным устройством (ВУ). Результаты работы ВУ с помощью регулятора передаются на исполнительное устройство. Обратная связь лежит в основе следящего привода: полученная информация сравнивается с заданной в программе. Если есть рассогласование, то формируется сигнал на исполнительное устройство (привод, нагреватель).

Вычислительные устройства регулятора могут быть аналоговыми и цифровыми. Аналоговые ВУ: от плеч рычага до дифференциального усилителя. Цифровые ВУ: процессорные (программируемые логические контроллеры, микроЭВМ) и аппаратные электронные устройства.

Датчики и преобразователи изменяют и масштабируют входной и выходной сигналы.

На выходе регулятора формируется управляющий сигнал, который будучи сравненным с входным сигналом Х, реализует воздействие на исполнительное устройство. Последнее изменяет выходной сигнал У.

Рис. Гибкий регулятор с ВУ – ПЛК.

Вид сигнала, формируемого ВУ, зависит от вида привода. При шаговом приводе используется оценочная функция - момент выдачи кванта перемещения (const) зависит от скорости изменения координаты (var). При следящем приводе используется цифровое интегрирование - определяется приращение координаты (var) за квант времени (const). Задача преобразователя в пределах регулятора адаптировать решение ВУ входным сигналам управления ИУ (включение/выключение, модулирование, усиление).

В зависимости от типа регулирования регулятор может

1 - Формировать управляющее воздействие при достижении параметром заданного значения - управление предельного контроля (наполнение резервуара до определенного уровня).

Датчик- программоноситель Выключатель ИУ

Программоноситель: щель замыкающего элемента, соотношение и абсолютная длина плеч рычага.

Рис. Схема термовыключателя.

1. - Поддерживать параметр на заданном уровне - стабилизирующее управление (температурой, давлением, концентрацией).

Выключатель ИУ

Датчик 1 Датчик 2

3 - Изменять параметр по заранее заданной программе - программное управление

( станки с ЧПУ, химическое травление и нанесение покрытий, фотолитография).

Программозадатчик Преобразователь ИУ

Программное управление подразделяется на

- цикловое (формируется последовательность действий исполнительного устройства),

- позиционное (задаются точки позиционирования без контроля траектории движения между ними) - дискретная автоматика (позиционирование инструмента),

- контурное (задается траектория с установленным распределением во времени значений скоростей, управление осуществляется непрерывно, благодаря чему одномоментное линейное перемещение позволяет формировать криволинейные поверхности).

4 - Изменять параметр или структуру управления при изменении условий функционирования, в том числе при неизвестной модели ТП, - адаптивное, следящее (изменение скорости резания по данным датчиков момента и мощности привода, вибраций, температуры).

Программозадатчик Сравнивающее устр-во Преобразователь ИУ

Датчик

Адаптивное управление предусматривает дополнительную обработку информации. В случае известного алгоритма в задачи оптимизатора входят: обработка результатов измерение, их запоминание, сравнение, выбор оптимального варианта, формирование эталонного значения для регулятора.

Датчик 1 Датчик 2 Датчик 3

О птимизатор Сравнивающее устр-во Преобразователь ИУ

5 - Самостоятельно формировать программу действий после 1-ого прогона - самонастривающееся управление (изготовление деталей по шаблону с масштабированием по времени и координатам).

Устройство приема Программатор Преобразователь ИУ

информации

6 - Реализовать самообучающееся управление возможно в интеллектуальных системах, принимающих сложные логические решения и редактирующие программы. Оптимальное многокритериальное управление предусматривает экстремальное значение функционала (показателя) качества (целевой функции).

Для более сложных случаев необходима интеллектуальная (экспертная) система, которая в результате выработки решения помещает его в свою базу знаний (элемент самообучения). После анализа многочисленных параметров оптимизатор может принимать решение по изменению весовых коэффициентов параметров, а также целевой функции.

( * Функции отдельных элементов регулятора могут быть объединены в одном устройстве (операционный усилитель: ВУ + преобразователь) или распределены по нескольким устройствам (несколько типов датчиков - преобразователей).