Курс лекций - Управление техническими системами (962909), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Передача внешних и внутренних воздействий происходит через элементы АСУ, которые в совокупности образуютнесколько цепей воздействий. На рисунке 3 можно указать, например, цепивоздействий от величины xз(t) к величине y(t) и далее к x(t), от zо(t) к x(t).Значение управляемой величины, которое следует поддерживать в данный момент времени для правильного протекания техпроцесса, называют предписанным (заданным) значением, а фактическое, т.е. измеряемое значение действительным (текущим). Разницу между заданным и действительными значениями называют рассогласованием.Сигналы – это совокупность потоков энергии или вещества, поступающих в объект управления или выходящих из него, возмущающие и управляющие воздействия, а также регулируемые параметрами.По направлению различают входные и выходные сигналы объекта управления.
Так возмущающие и управляющие воздействия будут входными сигналами для ОУ; регулируемый параметр всегда принимают за выходной сигналобъекта управления, даже если он физически не выходит за пределы объекта(например температура в топке котла, уровень вещества в бункере, напряжениена обмотках электродвигателя)Технологические параметры – это физико-химические величины, характеризующие состояние технологического процесса в объекте управления (например, температура, давление, скорость вращения и др.)Регулируемый параметр – это технологический параметр, значением которого управляют с помощью специальных технических средств. Число регулируемых параметров, как правило, значительно меньше общего числа технологических параметров.2. Автоматизация является одним из главных направлений научнотехнического прогресса и важным средством повышения эффективности про7изводства.
Современное промышленное производство характеризуется ростоммасштабов и усложнением технологических процессов, увеличением единичной мощности отдельных агрегатов и установок, применением интенсивных,высокоскоростных режимов, близких к критическим, повышением требованийк качеству продукции, безопасности персонала, сохранности оборудования иокружающей среды.
Экономичное, надежное и безопасное функционированиесложных технических объектов может быть обеспечено с помощью лишь самых совершенных технических средств, разработка, изготовление, монтаж, наладка и эксплуатация которых немыслимы без знания ТАУ.Современными тенденциями в автоматизации производства являются:- широкое применение ЭВМ для управления;- создание машин и оборудования со встроенными микропроцессорнымисредствами измерения, контроля и регулирования;- переход на децентрализованные (распределенные) структуры управления с микроЭВМ;- внедрение человеко-машинных систем;- использование высоконадежных технических средств;- автоматизированное проектирование систем управления.3.
Рассмотрим в качестве примера системы автоматического управлениятехнологический процесс – регулирование температуры в электропечи для закаливания металла. Для реализации этого процесса электропечь снабжаетсяуправляющим (или регулирующим) органом, с помощью которого можноуправлять процессом закаливания – изменять температуру в соответствии с заданным законом.Представим данный процесс с помощью функциональной схемы (Рисунок2).Устройство,задающеенужное изменениетемперату-y(t)ε(t)Усилительмощностиu(t)ПриводРеостатЭлектропечь длязакаливанияметаллах(t)Обратная связьТермопараЭлементсравненияРисунок 2 - Функциональная схема технологического процесса закаливания металла вэлектропечиДанная система поддерживает необходимый режим, т.е.
изменение температуры y(t) в электропечи по заданному закону. Для обеспечения требуемогопроцесса электропечь снабжается двумя элементами: термопарой, с выхода которой получают электрической напряжение x(t), пропорциональное температуре в электропечи, и реостатом, с помощью которого меняется сопротивление вцепи ее нагрева.8Предусмотрен прибор, на котором фиксируется реальная температура вэлектропечи. Отклонение реальной температуры от заданной не должно превышать допустимого значения ε(t).
В системе имеется обратная связь.При автоматическом управлении процессом воздействие u(t) на управляемый орган (реостат) осуществляет специальное управляющее устройство.Поскольку с выхода термопары получают сигнал очень небольшой мощности, всхему вводят промежуточное звено – усилитель мощности.Сигнал y(t) (заданной температуры в печи) называют управляющим, сигнал x(t) (реальной температуры) – управляемой переменной, а систему, реализующую процесс закаливания – системой автоматического управления.Еще одним примером является САУ, предназначенная для регулирования уровня жидкости в парогенераторах и конденсаторах.
Принципиальная схема такойсистемы представлена на рисунке 3.h3ε(t)РегуляторПУсилительu(t)~БИКGр(t)БИКGп2(t)Gр2(t)РМУМ__ __ __ __ __ __.__ __ __ ____ __ __ ____ __ __ __h(t)Gп(t)РКРисунок 3 - Принципиальная схема автоматического регулирования уровня жидкостиУровень жидкости h(t) завит от разности двух величин: ее притока Gп ирасхода Gр. Если Gп>Gр, уровень растет, и наоборот, при Gп<Gр уровеньуменьшается.
Приток Gп можно изменять посредством регулирующего клапана(РК), который управляется электроприводом (П). Сигнал, соответствующийдействительному уровню h(t), измеряется уровнемером (УМ) и сравнивается сзаданным уровнем hз.В зависимости от значения и знака сигнала рассогласования ε(t) регулятор посредством электропривода увеличивает (при ε>0) или уменьшает (приε<0) приток жидкости Gп, поддерживая равенство между Gп и Gр при заданномуровне hз.
Изменение расхода Gр нарушает баланс в схеме, т.е. Gр является возмущающим сигналом.Для повышения точности регулирования наряду с сигналом ε(t) используется сигнал Gп, который обеспечивает местную ОС, или так называемое комбинированное регулирование.Выходной сигнал некоторых расходомеров (РМ) пропорционален квадрату расхода жидкости, поэтому цепи измерения их расходов содержат блоки извлечения корня (БИК).Можно записать: сигнал на выходе системы (заданное воздействие) y(t)=hз; сигнал на выходе системы (уровень жидкости) x(t) = h(t); сигнал возмущения(расхода жидкости) u(t)= Gр(t).9Раздел 1. Автоматизированные системы управленияТема 1.1 Системы автоматического управления и следящие системы1.
Классификация систем автоматического управления2. Законы автоматического управления.3. Системы автоматизированного управления производством1. Существует большое разнообразие систем автоматического управления. Чтобы как-то разобраться в этом многообразии проводится классификацияСАУ. Существует несколько признаков, по которым проводится классификацияСАУ. На рисунке 4 приведена примерная классификация САУ.Рисунок 4 - Классификация САУОсновные признаки классификации САУ:По назначению, то есть характеру изменения задающего воздействия,различают: системы автоматической стабилизации; системы программного управления; следящие системы.Стабилизирующая АСУ – система, алгоритм функционирования которойсодержит предписание поддерживать значение управляемой величины постоянным:x(t) ≈ xз = const[1.1]Знак ≈ означает, что управляемая величина поддерживается на заданномуровне с некоторой ошибкой.Стабилизирующие АСУ самые распространенные в промышленной автоматике.
Их применяют для стабилизации различных физических величин, характеризующих состояние технологических объектов.Программная АСУ – система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять управляемую величину в соответствии с заранеезаданной функцией времени:x(t) ≈ xз(t) = fп(t)[1.2]10Следящая АСУ – система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять управляемую величину в соответствии с заранее неизвестной функцией времени:x(t) ≈ xз(t) = fс(t)[1.3]В стабилизирующих, программных и следящих АСУ цель управления заключается в обеспечении равенства или близости управляемой величины x(t) кее заданному значению xз(t).Такое управление, осуществляемое с целью поддержания x(t) ≈ xз(t), называется регулированием.
Управляющее устройство, осуществляющее регулирование, называется регулятором, а сама система – системой регулирования.По принципу управления различают: Системы с управлением по разомкнутому циклу; Системы с управлением по замкнутому циклу; Системы комбинированного управления.Разомкнутая АСУ – система, в которой не осуществляется контрольуправляемой величины, т.е. входными воздействиями ее управляющего устройства являются только внешние (задающее и возмущающее) воздействия.Рисунок 5 - Функциональные схемы САУ с разомкнутой (а, б), замкнутой (в) и комбинированной (г) цепями воздействийРазомкнутые АСУ можно разделить в свою очередь на два типа:• осуществляющие управление в соответствии с изменением только задающего воздействия (Рисунок 5, а);• осуществляющие управление в соответствии с изменением и задающегои возмущающего воздействий (Рисунок 5, б).Алгоритм управления разомкнутой системы первого типа имеет вид11y(t) = Ay [ xз(t) ][1.4]Чаще всего оператор Аy устанавливает пропорциональную связь междузадающим воздействием xз(t) и управляющим воздействием y(t), а сама системав этом случае осуществляет программное управление.Системы первого типа работают эффективно лишь при условии, есливлияние возмущений на управляемую величину невелико и все элементы разомкнутой цепи обладают достаточно стабильными характеристиками.В системах управления по возмущению (Рисунок 5, б) управляющее воздействие зависит от возмущающего и задающего воздействий:y(t) = Ay [ xз(t), z(t) ][1.5]В большинстве случаев разомкнутые системы управления по возмущению выполняют функции стабилизации управляемой величины.Преимущество разомкнутых систем управления по возмущению – их быстродействие: они компенсируют влияние возмущения еще до того, как онопроявится на выходе объекта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
