Теория автоматического управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теория автоматического управления

1. Основные термины и определения ТАУ

Системы управления современными химико-технологическими процессами характеризуются большим количеством технологических параметров, число которых может достигать нескольких тысяч. Для поддержания требуемого режима работы, а в конечном итоге - качества выпускаемой продукции, все эти величины необходимо поддерживать постоянными или изменять по определенному закону.

Физические величины, определяющие ход технологического процесса, называются параметрами технологического процесса. Например, параметрами технологического процесса могут быть: температура, давление, расход, напряжение и т.д.

Параметр технологического процесса, который необходимо поддерживать постоянным или изменять по определенному закону, называется регулируемой величиной или регулируемым параметром.

Значение регулируемой величины в рассматриваемый момент времени называется мгновенным значением.

Значение регулируемой величины, полученное в рассматриваемый момент времени на основании данных некоторого измерительного прибора называется ее измеренным значением.

Пример 1. Схема ручного регулирования температуры сушильного шкафа. Требуется вручную поддерживать температуру в сушильном шкафу на уровне Тзад. Человек-оператор в зависимости от показаний ртутного термометра РТ включает или выключает нагревательный элемент Н с помощьюрубильника Р. рубильника Р.

Объект управления (объект регулирования, ОУ) - устройство, требуемый режим работы которого должен поддерживаться извне специально организованными управляющими воздействиями.

Управление - формирование управляющих воздействий, обеспечивающих требуемый режим работы ОУ.

Регулирование - частный вид управления, когда задачей является обеспечение постоянства какой-либо выходной величины ОУ.

Автоматическое управление - управление, осуществляемое без непосредственного участия человека.

Входное воздействие (Х) - воздействие, подаваемое на вход системы или устройства.

Выходное воздействие (Y) - воздействие, выдаваемое на выходе системы или устройства.

Внешнее воздействие - воздействие внешней среды на систему.

Пример 2. Схема автоматического регулирования температуры сушильного шкафа.

В схеме используется ртутный термометр с контактами РТК. При повышении температуры до заданной контакты замыкаются столбиком ртути, катушка релейного элемента РЭ возбуждается и цепь нагревателя Н размыкается контактом РЭ. При понижении температуры контакты термометра размыкаются, реле обесточивается, возобновляя подачу энергии на объект (см. рис. 3).

Пример 3. Схема АСР температуры с измерительным мостом. При температуре объекта, равной заданной, измерительный мост М уравновешен, на вход электронного усилителя ЭУ сигнал не поступает и система находится в равновесии. При отклонении температуры изменяется сопротивление терморезистора RТ и равновесие моста нарушается. На входе ЭУ появляется напряжение, фаза которого зависит от знака отклонения температуры от заданной. Напряжение, усиленное в ЭУ, поступает на двигатель Д, который перемещает движок автотрансформатора АТ в соответствующую сторону. При достижении температуры, равной заданной, мост сбалансируется и двигатель отключится.

Величина заданного значения температуры устанавливается с помощью резистора Rзад. Исходя из описанных примеров, можно определить типовую структурную схему одноконтурной АСР (см. рис. 5).

Принятые обозначения:

x - задающее воздействие (задание),

e = х - у - ошибка регулирования,

u - управляющее воздействие,

f - возмущающее воздействие (возмущение).

Определения:

Задающее воздействие (то же, что входное воздействие Х) - воздействие на систему, определяющее требуемый закон изменения регулируемой величины).

Управляющее воздействие (u) - воздействие управляющего устройства на объект управления.

Управляющее устройство (УУ) - устройство, осуществляющее воздействие на объект управления с целью обеспечения требуемого режима работы.

Возмущающее воздействие (f) - воздействие, стремящееся нарушить требуемую функциональную связь между задающим воздействием и регулируемой величиной.

Ошибка управления

е=х-у

- разность между предписанным (х) и действительным (у) значениями регулируемой величины.

Регулятор (Р) - комплекс устройств, присоединяемых к регулируемому объекту и обеспечивающих автоматическое поддержание заданного значения его регулируемой величины или автоматическое изменение ее по определенному закону.

Автоматическая система регулирования (АСР) - автоматическая система с замкнутой цепью воздействия, в котором управление (u) вырабатывается в результате сравнения истинного значения у с заданным значением х.

Дополнительная связь в структурной схеме АСР, направленная от выхода к входу рассматриваемого участка цепи воздействий, называется обратной связью (ОС). Обратная связь может быть отрицательной или положительной.

2. Классификация АСР

1. По назначению (по характеру изменения задания):

стабилизирующая АСР - система, алгоритм функционирования которой содержит предписание поддерживать регулируемую величину на постоянном значении (x=const);

программная АСР - система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять регулируемую величину в соответствии с заранее заданной функцией (x изменяется программно);

следящая АСР - система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять регулируемую величину в зависимости от заранее неизвестной величины на входе АСР (x=var).

2. По количеству контуров:

одноконтурные - содержащие один контур,

многоконтурные - содержащие несколько контуров.

3. По числу регулируемых величин:

одномерные - системы с 1 регулируемой величиной,

многомерные - системы с несколькими регулируемыми величинами.

Многомерные АСР в свою очередь подразделяются на системы:

а) несвязанного регулирования, в которых регуляторы непосредственно не связаны и могут взаимодействовать только через общий для них объект управления;

б) связанного регулирования, в которых регуляторы различных параметров одного и того же технологического процесса связаны между собой вне объекта регулирования.

4. По функциональному назначению:

АСР температуры, давления, расхода, уровня, напряжения и т.д.

5. По характеру используемых для управления сигналов:

непрерывные,

дискретные (релейные, импульсные, цифровые).

6. По характеру математических соотношений:

линейные, для которых справедлив принцип суперпозиции;

нелинейные.

автоматический управление регулирование

Принцип суперпозиции (наложения): Если на вход объекта подается несколько входных воздействий, то реакция объекта на сумму входных воздействий равна сумме реакций объекта на каждое воздействие в отдельности:

L(х1 + х2) = L(х1) + L(х2),

где L - линейная функция (интегрирование, дифференцирование и т.д.).

7. По виду используемой для регулирования энергии:

пневматические,

гидравлические,

электрические,

механические и др.

8. По принципу регулирования:

по отклонению: Подавляющее большинство систем построено по принципу обратной связи - регулирования по отклонению. Элемент называется сумматором. Его выходной сигнал равен сумме входных сигналов. Зачерненный сектор говорит о том, что данный входной сигнал надо брать с противоположным знаком.

по возмущению.

К - усилитель с коэффициентом усиления К.

комбинированные - сочетают в себе особенности предыдущих АСР.

Этот способ достигает высокого качества управления, однако его применение ограничено тем, что возмущающее воздействие f не всегда можно измерить.

3. Классификация элементов автоматических систем

1. По функциональному назначению:

измерительные,

усилительно-преобразовательные,

исполнительные,

корректирующие.

2. По виду энергии, используемой для работы:

электрические,

гидравлические,

пневматические,

механические,

комбинированные.

3. По наличию или отсутствию вспомогательного источника энергии:

активные (с источником энергии),

пассивные (без источника).

4. По характеру математических соотношений:

линейные

нелинейные.

5. По поведению в статическом режиме:

статические, у которых имеется однозначная зависимость между входным и выходным воздействиями (состояние статики). Примером является любой тепловой объект.

астатические - у которых эта зависимость отсутствует. Пример: Зависимость угла поворота ротора электродвигателя от приложенного напряжения. При подаче напряжения угол поворота будет постоянно возрастать, поэтому однозначной зависимости у него нет.

Размещено на Allbest.ru