Курс лекций - Управление техническими системами

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТФАКУЛЬТЕТ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯКафедра «Технология машиностроения»КУРС ЛЕКЦИЙпо дисциплине:«Управление техническимисистемами»специальность – 151001 «Технология машиностроения»Орел 2009Автор:преподаватель ФСПО ТИ Орел ГТУ, к.т.нОдобрено на заседании кафедры«Технология машиностроения»Зав. кафедрой«Технология машиностроения»Е.Н. ДёминаПротокол №1 от 28.08.09Н.Е. МоськинаВ курсе лекций изложены основные вопросы дисциплины «Управлениетехническими системами. Приведены основные принципы теории автоматического управления, законы регулирования и характеристики систем.

Рассмотрена классификация и виды датчиков, применяемых в различных системах управления. Освещены общие вопросы автоматического регулирования станков спрограммным управлением. Описаны схемы управления технологическим оборудованием.Курс лекций предназначен для студентов специальности 151001 «Технология машиностроения» для подготовки к учебным занятиям, промежуточномутестированию, а также к зачету по дисциплине «Управление техническими системами».2СодержаниеСодержание ...........................................................................................................

3Введение. Основные термины и определения. ................................................... 4Раздел 1. Автоматизированные системы управления .......................................... 10Тема 1.1 Системы автоматического управления и следящие системы ........... 10Тема 1.2 Системы автоматического регулирования ......................................... 19Тема 1.3 Системы автоматического контроля. Автоматизация контрольныхизмерений в машиностроении. .......................................................................... 25Раздел 2 Измерительные преобразователи систем (датчики)..............................

29Тема 2.1 Классификация и характеристики датчиков ...................................... 29Тема 2.2 Схемы включения датчиков................................................................ 37Раздел 3 Системы управления технологическим оборудованием....................... 41Тема 3.1 Классификация систем управления оборудованием ......................... 41Тема 3.2 Системы числового программного управления промышленнымоборудованием ....................................................................................................

46Тема 3.3 Микропроцессорные устройства программного управления ........... 50Тема 3.4 Системы адаптивного программного управления ............................. 55Тема 3.5 Гибкие производственные системы и гибкие производственныемодули ................................................................................................................. 59Раздел 4. Диагностирование технического состояния систем управления ........ 64Тема 4.1 Классификация способов и средств диагностирования техническогосостояния систем управления ............................................................................ 64Тема 4.2 Диагностирование технического состояния систем программногоуправления ..........................................................................................................

68Список литературы ............................................................................................. 713Введение. Основные термины и определения.1. Задачи и содержание предмета2. Состояние и перспективы развития систем управления3. Примеры систем автоматического управления1. Идея создания устройств, которые бы работали без участия человека,возникла ещё в глубокой древности.

Но автоматические устройства создавалисьлишь для увеселительных целей. В Древней Греции появилось слово аутомас(самодействующий), от которого произошло название области науки и техникиоб автоматических устройствах - автоматика.История развития автоматики:Развитие автоматических устройств промышленного назначения началосьс XVII века, когда изобрели первые турбины и паровые машины, где были использованы парораспределительный механизм, регулятор уровня воды в котле,регулятор частоты вращения вала и т.д.Кроме того, заметно продвинулось изобретение автоматических устройств с появлением часовых механизмов, после чего было создано множествоигрушек, имитировавших движение.В 1765 г, русский ученый И.И.Ползунов сконструировал и изготовил первый в мире автоматический регулятор для поддержания уровня воды в паровомкотле.Через 20 лет Джеймс Уатт создает автоматический регулятор частотывращения вала паровой машины.В XIX в.

с развитием электрической промышленности стали изобретатьсяи электрические автоматические устройства, такие как эл. регулятор частотывращения вала паровой машины, который изобретен в 1854 г.К.И.Константиновым - русским механиком и электриком.В 1834 академик Б.С.Якоби создал электродвигатель.В 1850 г. Э.Х. Ленц создал осциллограф.В 1865 г. А.П. Давыдов создал следящий приводВ 1874г. В.Н.

Чиколев изобрел электронный регулятор со следящей системой.В 1876 г. вышла монография И. А. Вышеградского "Об общей теории регуляторов", которая положила начало автоматического управления и регулирования.Далее автоматическое регулирование развивалось с помощью трудовА.М.Ляпунова и авиатора Н.Е.Жуковского.В тот же период чех А.Стодола исследовал устойчивость регулированиягидро- и паровых турбин, а немецкий математик А.Гурвиц решил общую задачу о критерии устойчивости линейных систем автоматического регулирования.В 1940-х гг.

наука автоматика окончательно сформировало свои понятия иканоны.Особенно большой скачек произошел с изобретением ЭВМ, прототип которой был создан ещё Б.Паскалем в виде машины, выполняющей арифметические операции.В настоящее время автоматические системы широко применяются в всехобластях деятельности человека – в промышленности, на транспорте, в устройствах связи, при научных исследованиях и др. Во многих отраслях техникивозможность автоматизации управления определяет дальнейшее их развитие.Автоматизация - высшая ступень механизации производственных процессов - существенно улучшает условия труда.

Техническое устройство, выполняющее операции управления без непосредственного участия человека, называется автоматическим устройством.Автоматизация облегчает труд рабочего, позволяет находиться на безопасном расстоянии от производственного процесса, и, кроме того, способствуетувеличению долговечности оборудования благодаря снижению перегрузов,обеспечивает эксплуатацию машин в рациональных режимах при оптимальныхрасходах электроэнергии, предотвращает возникновение аварийных ситуаций,облегчает поиск неисправностей и этим сокращает простои.С автоматизацией производственных процессов мы сталкиваемся повсеместно: при осуществлении погрузочно-разгрузочных работ, при контроле производства и качества какой - либо продукции, при проведении анализированиядеятельности производства.Задача автоматизации состоит в осуществлении автоматического управления различными техническими процессами.Автоматическое управление в технике, совокупность действий, направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта без непосредственного участия человека в соответствии с заданной цельюуправления.

Автоматическое управление широко применяется во многих технических и биотехнических системах для выполнения операций, не осуществимых человеком в связи с необходимостью переработки большого количестваинформации в ограниченное время, для повышения производительности труда,качества и точности регулирования, освобождения человека от управления системами, функционирующими в условиях относительной недоступности илиопасных для здоровьяВ различных технологических и производственных процессах величины,их характеризующие, должны удовлетворять определенным условиям.

Создание условий, гарантирующих требуемое протекание любого процесса, называется управлением, т.е. под управлением понимают такую организацию того илииного процесса, которая обеспечивает достижение определенной цели.Цель управления тем или иным образом связывается с изменением вовремени регулируемой (управляемой) величины — выходной величины управляемого объекта.

Машина, аппарат, агрегат, комплекс машин или система, в которых протекает процесс, подлежащий управлению, называются объектамиуправления, т.е. это совокупность технических средств, выполняющих данныйпроцесс.5Для осуществления цели управления, с учётом особенностей управляемых объектов различной природы и специфики отдельных классов систем, организуется воздействие на управляющие органы объекта — управляющее воздействие. Управляющим - называют воздействие, подаваемое на объект с целью изменить ход процесса в соответствии с заданием. Если управление осуществляется без участия человека, то оно называется автоматическим, а если сучастием человека - ручным.

Оно предназначено также для компенсации эффекта внешних возмущающих воздействий, стремящихся нарушить требуемоеповедение регулируемой величины. Управляющее воздействие вырабатываетсяустройством управления (УУ).Совокупность автоматического управляющего устройства и объектауправления, связанных и взаимодействующих между собой в соответствии салгоритмом управления, называют системой автоматического управления(СА У).В теории автоматического управления каждый элемент блок-схемы называют элементарным звеном, реализующим элементарную операцию и характеризующимся математическим выражением.

Различают два типа блок-схем:структурные и функциональные, имеющие одинаковое или аналогичноеграфическое изображение, но различную сущность.Структурной блок-схемой называют схему, в которой элементарные звенья, обозначенные буквами, соответствующими названиям отдельных электрических устройств (блоков), рассматривают с точки зрения динамики системы иописывают математическими (алгебраическими, дифференциальными, интегральными) уравнениями - передаточными функциями.Функциональной блок-схемой называют схему с обозначением составныхзвеньев (функциональных блоков) по роду выполняемых функций.На рисунке 1 приведена обобщенная структурная схема АСУ.Рисунок 1 - Обобщенная структурная схема АСУВ ней: x(t) – управляемая величина – физическая величина, характеризующая состояние объекта.Часто объект управления имеет несколько управляемых величин x1(t),x2(t)… xn(t), тогда говорят об n-мерном векторе состояния объекта x(t) с перечисленными выше компонентами.Объект управления в этом случае называют многомерным.6Примерами управляемых величин в электрической системе являются:ток, напряжение, мощность, частота вращения и т.д.zо(t), zд(t) – соответственно основное (действующее на объект управления)и дополнительное (действующее на устройство управления) возмущающиевоздействия.Примерами основного возмущающего воздействия zо(t) являются изменение нагрузки синхронного генератора, температуры охлаждающей его среды ит.п., а дополнительного возмущающего воздействия zд(t) – изменение условийохлаждения УУ, нестабильность напряжения источников питания УУ и т.п.y(t) – управляющее воздействие.Управляющее воздействие вырабатывается в управляющем устройстве всоответствии с алгоритмом управления в зависимости от истинного и предписанного значений управляемой величины.xк(t) = x(t) – контрольное воздействие – информация об истинном значении управляемой величины.xз(t) – задающее воздействие – предписанное (желаемое) значениеуправляемой величины.Воздействия z(t) и xз(t) являются внешними для рассматриваемой системы,а воздействия xк(t) и y(t) – внутренними.