63427 (573399)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

CЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Контроль и управление в химико-технологических процессах»

Тема: ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Выполнил:Студент заочного отделения

Факультета ЯХТ

Д-35б

Бурак Л.А.

Севастополь

2007

1. Общие понятия об автоматическом управлении и регулировании

Под управлением понимается совокупность действий, обеспечивающих протекание процесса с целью достижения требуемых результатов. Обеспечение всего комплекса возможных операций по управлению каким-либо процессом называется автоматическим управлением, а совокупность технических средств, посредством которых решается эта задача, называется системой управления.

Различают автоматические и автоматизированные системы управления. Системы автоматического управления САУ работают без участия человека. Они применяются для управления отдельными машинами, агрегатами, технологическими процессами. Автоматизированные системы управления АСУ предполагают наличие человека в процессе управления и применяются прежде всего для организационного управления, объектом которого являются коллективы, предприятия. Автоматизированные системы управления технологическими процессами называют АСУТП.

Система автоматического управления содержит управляемый объект и автоматическое управляющее устройство. Управляемый объект - устройство (совокупность устройств), осуществляющее технологический процесс. Автоматическое управляющее устройство осуществляет воздействие на управляемый объект в соответствии с алгоритмом управления.

Управляющее воздействие вырабатывается путем сравнения действительного (измеренного) и заданного значений управляемой величины и осуществляется при помощи устройств - автоматических регуляторов.

Алгоритм управления - совокупность предписаний, определяющих характер управляющих воздействий на объект и обеспечивающих выполнение алгоритма функционирования.

Алгоритм функционирования - совокупность предписаний, определяющих правильное выполнение технологического процесса.

Управляемая и регулируемая величина - параметр технологического процесса (давление, температура, уровень и т.д), значение которого автоматический регулятор поддерживает постоянным или изменяет в соответствии с заданным законом изменения.

Нерегулируемые величины, влияющие на регулируемую величину, называют возмущающими воздействиями или возмущениями (изменение температуры и давления окружающей среды, колебания электрического напряжения в питающей сети и т.д.).

На рис. 1 показана схема ручного регулирования температуры в электропечи для закалки металла. Контроль температуры в электропечи осуществляется при помощи термопары.

Входная величина термопары -температура в, а выходная - электрическое напряжение U, которое поступает на вторичный показывающий прибор. Человек, обслуживающий электропечь, судит о температуре в ней по углу поворота стрелки φ вторичного прибора. В случае отклонения температуры от заданного значения он производит перемещение S движка реостата в соответствующую сторону, изменяя сопротивление r в электрической цепи нагрева печи.

Для автоматизации процесса регулирования температуры необходимо проанализировать функции человека в этом процессе. Его функции сводятся к перемещению движка реостата в зависимости от наблюдаемого им отклонения температуры.

Перемещение движка реостата может осуществлять привод (сервопривод) , если на его вход подавать напряжение, соответствующее отклонению температуры в электропечи. Для этого напряжение на выходе термопары U₁ сравнивается с образцовым напряжением U₀, которое соответствует требуемой температуре Ө₀, усиливается до необходимой величины и подается на привод (рис. 8.2).

Разность напряжений U = U_l - U₀ называют рассогласованием. Оно пропорционально отклонению температуры от требуемого значения, т.е. ошибке регулирования. Следовательно, рассогласование (ошибка) – движущий сигнал.

Автоматические системы регулирования содержат следующие функциональные типовые элементы:

1. Чувствительные, или измерительные, элементы. Они воспринимают изменение регулируемого параметра и придают сигналу форму, удобную для сравнения с управляющим сигналом. В рассмотренном примере (рис. 8.2) измерительный элемент - это термопара.

2. Элементы сравнения, предназначенные для определения рассогласования между действительным и заданным значениями регулируемого параметра и выдачи управляющего сигнала. Чаще всего их выполняют в сочетании с задающим устройством.

3. Усилительные элементы, усиливающие сигнал, идущий от элемента сравнения к исполнительному элементу.

4. Исполнительные элементы. Они непосредственно воздействуют на регулирующий орган объекта регулирования.

5. Регулирующие элементы объекта регулирования (реостат, задвижка и т.д.). В системе автоматического регулирования, показанной на рис. 2, регулирующий элемент - реостат.

6. Корректирующие элементы, придающие системе регулирования требуемые динамические свойства.

Зависимость выходной величины элемента или системы от входной в установившемся режиме называют статической характеристикой, а в переходном режиме - динамической характеристикой звена или системы.

Линейная статическая характеристика обычно оценивается углом наклона описывающей ее кривой к оси абсцисс. Аналитически статическая характеристика может быть выражена через тангенс угла наклона. Чаще всего статические характеристики представляют в виде графиков, по оси абсцисс которых откладывается значение входной, а по оси ординат - выходной величины.

Динамические характеристики аналитически выражаются дифференциальными уравнениями, а графически - кривыми в системе координат, где по оси абсцисс откладывается время, а по оси ординат - значение выходной величины (при определенном значении входной величины).

2. Классификация автоматических систем регулирования

По характеру алгоритма управления автоматические системы регулирования АСР подразделяют на стабилизирующие, программные и следящие.

Стабилизирующей АСР называют систему, алгоритм управления которой содержит предписание поддерживать регулируемую величину на постоянном значении.

Программной АСР называют систему, алгоритм управления которой содержит предписание изменять регулируемую величину в соответствии с заранее заданной функцией. Изменение регулируемой величины обеспечивается изменением задающего воздействия по строго определенной программе.

Следящей АСР называют систему, алгоритм управления которой содержит предписание изменять регулируемую величину в зависимости от неизвестной заранее переменной величины на входе автоматической системы. В следящих системах регулируемое воздействие повторяет в определенном масштабе все изменения управляющей величины, т.е. слепит за ней.

В зависимости от вида закономерности изменений сигналов в АСР их подразделяют на линейные и нелинейные.

К линейным АСР относят системы, характерной особенностью которых является суперпозиция их движений, т.е. линейной комбинации произвольных входных сигналов ставится в соответствие та же линейная комбинация сигналов на выходе. Процессы в линейных системах математически описываются с достаточной точностью линейными дифференциальными уравнениями.

К нелинейным АСР относят системы, в которых не соблюдается принцип суперпозиции. Связь между входной и выходной величинами в нелинейных системах определяется нелинейными дифференциальными уравнениями, которые не могут быть линеаризованы.

Системы, содержащие один замкнутый контур, называют одноконтурными, а несколько – многоконтурными.

По количеству регулируемых величин АСР подразделяют на одномерные - с одной регулируемой величиной – и многомерные - с несколькими регулируемыми величинами.

АСР классифицируют также по их способности к самоприспосабливанию. АСР, в составе которой имеется дополнительное автоматическое устройство, изменяющее алгоритм управления основного автоматического регулирующего устройства таким образом, чтобы автоматическая система в целом осуществляла заданный алгоритм управления, называют самоприспосабливающейся АСР.

Самоприспосабливающаяся система обладает свойством адаптации. Автоматическую систему, в которой регулирующее воздействие вырабатывается при помощи подобных воздействий автоматического регулирующего устройства и анализа результатов пробных воздействий, называют АСР с пробными воздействиями или экстремальными автоматическими системами.

Экстремальные системы обеспечивают отыскание и поддержание таких регулирующих воздействий на объект регулирования, при которых регулируемая величина достигает наибольшего или наименьшего значения.

По функциональному назначению АСР подразделяют на системы регулирования давления, температуры, уровня и т.д.

По виду энергии, используемой для регулирования, различают АСР электрические, пневматические, гидравлические, механические и другие.

3. Передаточные функции АСР

Для исследования процесса автоматического регулирования его описывают математически при помощи алгебраических, дифференциальных, интегральных, разностных уравнений.

Безинерционные элементы и поведение системы регулирования в установившемся режиме описываются алгебраическими уравнениями, называемыми уравнениями статики.

Инерционные элементы и поведение любой системы в переходном режиме описываются дифференциальными и интегральными уравнениями, называемыми уравнениями динамики.

Для электронного усилителя, например, характеризующее его выражение имеет вид:

U=KU_вх

где К - коэффициент усиления.

Данное уравнение характеризует усилитель как элемент АСР.

Выражение, характеризующее, например, электродвигатель в статике, имеет более сложный вид, но также является алгебраическим. Поведение системы в динамических режимах описывается только дифференциальными и интегральными уравнениями.

При составлении дифференциальных уравнений за начало отсчета берут не нуль, а равновесное рабочее состояние, т.е. ΔU, ΔI и т.д.

Основные этапы составления дифференциальных уравнений АСР следующие:

1. Вся система разделяется на отдельные элементы, причем за основу деления принимаются не технические (функциональные) признаки, а динамические свойства элементов.

2. Выявляются физические закономерности в каждом отдельном элементе, которые связывают в зависимость.

3. Через параметры элемента записывают уравнения этого элемента.

4. Из системы уравнений отдельных элементов получают дифференциальное уравнение АСР в целом.

Для решения дифференциальных уравнений в теории автоматического регулирования пользуются так называемым операторным методом или методом преобразования Лапласа. Основное достоинство данного метода состоит в том, что он позволяет сложные дифференциальные и интегральные соотношения представить в удобной для анализа алгебраической форме. Сущность метода состоит в следующем. Преобразование Лапласа преобразует функцию вещественного переменного (в том числе и времени) в функцию комплексного переменного. Такое преобразование и превращает дифференциальные уравнения в алгебраические.

Понятие комплексного числа и операции над ними известны из курса элементарной алгебры.

Понятия: функция, производная, интеграл комплексного переменного остаются без изменения также, однако меняются их содержание и соответственно действия над ними.

Закон, по которому функция вещественного переменного преобразуется в функцию комплексного переменного или в операторное изображение, есть преобразование Лапласа функции f(t) :

, (1)

где p = α + jω – произвольная комплексная величина; α и ω – вещественные переменные; f(t) - функция времени, например, изменение во времени напряжения, угла поворота и т.д. В дальнейшем будем называть функцию f(t) оригиналом, а соотношение (1) ее операторным изображением.

Преобразование (1), осуществляемое над функцией f(t), сокращенно обозначается так:

f(t)↔F(p) или F(p) =L [f(t)]. (2)

Эту запись нужно понимать так: от данной функции f(t) можно перейти к ее изображению F(p) и, наоборот, от изображения данной функции F(р) можно перейти к самой функции f(t).

Формула обратного преобразования:

, (3)

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ответов (шпаргалок)